Основное оборудование скважин эксплуатируемых штанговыми глубинными насосными установками
Обновлено: 07.07.2024
Штанговые глубинные насосы
Оборудование скважин, эксплуатируемых штанговыми насосными установками. Поверхностное оборудование: станок-качалка, подвески сальникового устьевого штока, оборудование устья скважин. Регулирование режима эксплуатации. Уравновешивание станка-качалки.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 09.11.2016 |
| Размер файла | 1,8 M |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Введение
станок качалка насосный штанговый
Наиболее общая задача проектирования эксплуатации скважин штанговыми насосными установками (ШСНУ) формулируется следующим образом: выбрать компоновку основного насосного оборудования и режим его работы для конкретной скважины (или группы скважин) таким образом, чтобы обеспечивался заданный плановый отбор жидкости при оптимальных технологических и технико-экономических показателях эксплуатации.
Такая задача решается при проектировании системы разработки и эксплуатации нового нефтяного месторождения или при переводе скважин на насосную эксплуатацию с других способов.
При оптимизации работы уже эксплуатируемых установок решаются более узкие задачи, связанные с подбором только некоторых узлов установки и режимных параметров. В качестве критерия оптимальности при сопоставлении возможных вариантов компоновки оборудования может быть использован минимум условных приведенных затрат на подъем нефти из скважины в части, зависящей от типоразмера и режима работы ШСНУ.
1. Оборудование скважин, эксплуатируемых ШСН
Это один из самых распространённых способов эксплуатации скважин: порядка 40% нефтяных скважин Российской Федерации эксплуатируются штанговыми скважинными насосами (рисунок 1.1). Современные установки штанговых скважинных насосов (ШСН) позволяют эксплуатировать скважины глубиной до 3500 м.
Диапазон изменения дебита - от нескольких сотен килограмм до нескольких сотен тонн жидкости в сутки, средний дебит по нефти достигает 3,9 т/сут.
ШСН предназначены для откачивания из нефтяных скважин жидкости:
- обводнённостью до 99%;
- температурой не более 130°С;
- содержанием сероводорода не более 50 г./л;
- минерализацией воды не более 10 г./л;
- содержанием мехпримесей до 1,3 г/л и более.
Рисунок 1.1. Оборудование скважины
В технической литературе, учебных изданиях и научных публикациях штанговые скважинные насосы (ШСН) ещё называют штанговыми глубинными насосами (ШГН). В данных методических указаниях насосы будем обозначать ШСН.
Рисунок 1.2. Схема установки ШСН
Поверхностное и скважинное оборудование скважины, которая эксплуатируется штанговым скважинным насосом, называется установкой штангового скважинного насоса (УШСН) (рисунок 1.2).
Поверхностное и скважинное (погружное) оборудование при этом способе эксплуатации (скважина вскрыла один пласт) состоит из следующих основных элементов:
• подвески устьевого штока;
• колонн насосных штанг (КНШ) и насосно-компрессорных труб (НКТ);
• собственно штангового скважинного насоса.
Ниже более подробно рассматривается данное оборудование, его назначение, составные части и их соединение.
2 Поверхностное оборудование УШСНВ состав поверхностного оборудования установки штангового скважинного насоса входит (рисунок 2.1):
• подвеска устьевого штока;
• устьевое оборудование устья.
Рисунок 2.1. Поверхностное оборудование скважины
2.1 Станок-качалка
Станок-качалка (СК) - балансирный индивидуальный механический привод ШСН. Станки-качалки обычно имеют балансир. В данных указаниях рассматриваются только балансирные станки-качалки.
СК применяется в умеренном и холодном макроклиматических районах. Основными узлами станка-качалки являются рама, стойка (обычно в виде усечённой четырёхгранной пирамиды), балансир с поворотной головкой, шарнир - но подвешенная к балансиру траверса с двумя шатунами, двумя кривошипами. Для изменения числа качаний станок-качалка комплектуется набором сменных шкивов.
Станки-качалки выпускаются в двух исполнениях:
• СК (семь типоразмеров) - станки-качалки аксиальные;
• СКД (шесть типоразмеров) - станки-качалки дезаксиальные.
На территории Российской Федерации применяются аксиальные станки качалки. Данные станки-качалки иногда называют симметричными, т.к. время движения головки балансира (полированного штока) вверх и вниз одинаковое (рисунок 2.2), т.е. время движения полированного штока вверх равно времени движения полированного штока вниз. В ограниченном количестве выпускаются безбалансирные станки-качалки, но они получили широкое применение в западных странах.
Рисунок 2.2. Схема станка-качалки аксиального типа
Отличительной особенностью станков-качалок типа СКД (рисунок 2.3) является следующее: кинематическая схема преобразующего механизма несимметричная (дезаксиальная) с углом дезаксиала 9 градусов и повышенным кинематическим отношением 0,6; меньшие габариты и масса; редуктор установлен непосредственно на раме станка-качалки.
Амплитуду движения головки балансира (длина хода полированного штока) регулируют путём изменения места сочленения кривошипа с шатуном относительно оси вращения (перестановка пальца кривошипа в другое место).
Частоту движения головки балансира (число качаний) изменяют.
1 - подвеска устьевого штока; 2 - балансир с опорой; 3 - стойка; 4 - шатун; 5 - кривошип; 6 - редуктор; 7 - ведомый шкив; 8 - ремень; 9 - электродвигатель; 10 - ведущий шкив; 11 - ограждение; 12 - поворотная плита; 13 - рама; 14 - противовес; 15 - траверса; 16 - тормоз. Рисунок 2.3 - Станок-качалка типа СКД
Редукторы
Редукторы предназначены для уменьшения частоты вращения кривошипов. Редукторы типа Ц2НШ (рисунок 2.4) двухступенчатые, с цилиндрической шевронной зубчатой передачей зацепления Новикова. На концах ведущего вала насажены ведомый шкив клиноременной передачи и шкив тормоза. Клиноре - менная передача представляет собой открытую передачу с несколькими ремнями. Рабочими поверхностями ремня являются его боковые стороны (рисунок 2.5, а) [6]. На рисунке 2.5, б показан ремень клиновой узкого сечения кордшну - ровый, предназначенный для передачи вращательного движения [13]. Высококачественная резина и синтетический корд обеспечивают долговечную работу ремня. Ремни имеют низкую степень растяжения, работают при повышенных температурах.
1 - ведущий вал: 2 - крышка подшипника; 3 - промежуточный вал; 4 - ведомый вал; 5 - стакан подшипника
Рисунок 2.4. Редуктор типа Ц2НШ
Рисунок 2.5. Клиноременная передача и ремень клиновой
На оба конца ведомого вала редуктора нанизываются кривошипы с противовесом. На кривошипе предусмотрены отверстия для изменения длины хода устьевого штока (рисунок 2.6).
Рисунок 2.6. Станок-качалка
2.2 Подвески сальникового устьевого штока
Головка балансира станка-качалки двигается вертикально вверх и вниз. Ограничение положения самой верхней и нижней точки положения головки балансира накладывает длина хода головки балансира. Длина хода головка балансира регулируется, о чём будет написано ниже.
Через шкив (ролик) на головке балансира станка-качалки (рисунок 2.7) перекидывается стальной канат, которой крепится в зажимах нижней траверсы подвески сальникового устьевого штока (канатная подвеска).
Рисунок 2.7. Станок качалка
Подвески сальникового устьевого штока (подвеска устьевого штока, канатная подвеска) предназначены для соединения устьевого штока с приводом ШСН. Позволяют исследовать скважины с помощью гидравлического динамографа, а также регулировать установку плунжера в цилиндре насоса (рисунок 2.8).
1 - канат; 2 - полированный шток; 3 - верхняя траверса; 4 - нижняя траверса
Рисунок 2.8. Подвеска сальникового устьевого штока типа ПСШ
Подвески типа ПСШ выпускаются трёх типоразмеров
Поверхностное оборудование УШСН При эксплуатации искривлённых скважин используется канатная подвеска со штанговращателем. Штанговращатель предназначен для периодического поворота штанг в штангонасосной арматуре во время его работы. На рисунке 2.9 показан штанговращатель, который состоит из зубчатого круглого диска 2 и храпового механизма 3.
В настоящее время к данному оборудованию предъявляют дополнительные функции, такие как равномерный износ штанг в искривлённых скважинах и равномерный износ поршня насоса.
Рисунок 2.9. Канатная подвеска типа ПКН со штанговращателем
На рисунке 2.10 показан штанговращатель акционерной компании «Корвет» (г. Курган), который имеет следующие технические характеристики:
• максимально передаваемый крутящий момент 120 Нм;
• габаритные размеры 388x182x125 мм;
• количество ходов на 1 оборот штанги 60;
• вращение по часовой стрелке при ходе рукоятки вверх.
Рисунок 2.10. Штанговращатель
Данное оборудование имеет следующие основные преимущества:
- применение червячной передачи значительно увеличивает передаваемый крутящий момент;
- высокая безопасность работы обслуживающего персонала.
Штоки сальниковые устьевые
Шток сальниковый устьевой (полированный шток) подвешивается в клиновом захвате верхней траверсы подвески устьевого штока (см. рисунок 2.8). Штоки сальниковые устьевые предназначены для соединения колонны насосных штанг с канатной подвеской станка-качалки. Штоки типа ШСУ изготавливаются из круглой холоднотянутой калиброванной качественной углеродистой стали марки 40 (рисунок 2.11). Штоки представляют собой металлический стержень или, в ряде случаев, полую конструкцию. С одного конца штоки сальниковые имеют резьбу, с помощью муфты штоки соединяются с колонной насосных штанг. Наружная поверхность штока должна быть полированной.
Рисунок 2.11. Насосная штанга
Сальниковые штоки выпускают трёх типоразмеров. Техническая характеристика штоков приведена в таблице 2.1.
Добыча нефти и газа
Штанговые скважинные насосные установки (ШСНУ)
Две трети фонда (66%) действующих скважин стран СНГ (примерно 16,3% всего объема добычи нефти) эксплуатируются ШСНУ. Дебит скважин составляет от десятков килограммов в сутки до нескольких тонн. Насосы спускают на глубину от нескольких десятков метров до 3000 м., а в отдельных скважинах на 3200 ¸ 3400 м.
Рис. 3.12. Схема установки штангового скважинного насоса
1. Наземное оборудование: станок-качалка (СК), оборудование устья.
2. Подземное оборудование: насосно-компрессорные трубы (НКТ), насос-ные штанги (НШ), штанговый скважинный насос (ШСН) и различные защитные устройства, улучшающие работу установки в осложненных условиях.
Отличительная особенность ШСНУ обстоит в том, что в скважине устанавливают плунжерный (поршневой) насос, который приводится в действие поверхностным приводом посредством колонны штанг (рис. 3.12).
Штанговая глубинная насосная установка (рис. 3.12) состоит из скважинного насоса 2 вставного или невставного типов, насосных штанг 4 насосно-компрессорных труб 3, подвешенных на планшайбе или в трубной подвеске 8, сальникового уплотнения 6, сальникового штока 7, станка-качалки 9, фундамента 10 и тройника 5. На приеме скважинного насоса устанавливается защитное приспособление в виде газового или песочного фильтра 1.
3.3.2.ШТАНГОВЫЕ СКВАЖИННЫЕ НАСОСЫ
ШСН обеспечивают откачку из скважин жидкости, обводненностью до 99% , абсолютной вязкостью до 100 мПа·с, содержанием твердых механических примесей до 0,5%, свободного газа на приеме до 25%, объемным содержанием сероводорода до 0,1%, минерализацией воды до 10 г/л и температурой до 1300С.
По способу крепления к колонне НКТ различают вставные (НСВ) и невставные (НСН) скважинные насосы (рис. 3.13, 3.14). У невставных (трубных) насосов цилиндр с седлом всасывающего клапана опускают в скважину на НКТ. Плунжер с нагнетательным и всасывающим клапаном опускают в скважину на штангах и вводят внутрь цилиндра. Плунжер с помощью специального штока соединен с шариком всасывающего клапана. Недостаток НСН - сложность его сборки в скважине, сложность и длительность извлечения насоса на поверхность для устранения какой-либо неисправности. Вставные насосы целиком собирают на поверхности земли и опускают в скважину внутрь НКТ на штангах. НСВ состоит из трех основных узлов: цилиндра, плунжера и замковой опоры цилиндра.
В трубных же насосах для извлечения цилиндра из скважины необходим подъем всего оборудования (штанг с клапанами, плунжером и НКТ). В этом коренное отличие между НСН и НСВ. При использовании вставных насосов в 2 ¸ 2,5 раза ускоряются спуско-подъемные операции при ремонте скважин и существенно облегчается труд рабочих. Однако подача вставного насоса при трубах данного диаметра всегда меньше подачи невставного.
Насос НСВ-1 – вставной одноступенчатый, плунжерный с втулочным цилиндром и замком наверху, нагнетательным, всасывающим и противо-песочным клапанами (рис. 3.13).
Рис. 3.13. Насосы скважинные вставные
1 – впускной клапан; 2 – цилиндр; 3 – нагнетательный клапан;
4 – плунжер; 5 – штанга; 6 – замок.
Рис. 3.14. Невставные скважинные насосы:
1 – всасывающий клапан; 2 – цилиндр; 3 – нагнетательный клапан;
4 – плунжер; 5 – захватный шток; 6 – ловитель
Насос НСВ спускается на штангах. Крепление (уплотнение посадками) происходит на замковой опоре, которая предварительно опускается на НКТ. Насос извлекается из скважины при подъеме только колонны штанг. Поэтому НСВ целесообразно применять в скважинах с небольшим дебитом и при больших глубинах спуска.
Невставной (трубный) насос представляет собой цилиндр, присоединенный к НКТ и вместе с ними спускаемый в скважину, а плунжер спускают и поднимают на штангах. НСН целесообразны в скважинах с большим дебитом, небольшой глубиной спуска и большим межремонтным периодом.
В зависимости от величины зазора между плунжером и цилиндром изготавливают насосы следующих групп посадок (исполнение «С» - т.е. с составным цилиндром):
Эксплуатация скважин штанговыми глубинными насосами
Характеристика схемы штанговой насосной установки (ШНУ), ее элементы и назначение. Узлы ШНУ: станок-качалка, штанговые скважинные насосы, насосная штанга. Работа насосов в осложненных условиях. Техника безопасности при штанговой эксплуатации скважин.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 03.03.2017 |
| Размер файла | 319,3 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Введение
Принудительный подъем нефти из скважин с помощью насосов является наиболее продолжительным в жизни месторождения.
Одним из разновидностей этого способа является добыча нефти установками штанговых глубинных насосов (УШГН). Свыше 70% действующего фонда скважин оснащены глубинными скважинными насосами. С их помощью добывается около 30% нефти.
В настоящее время ШГНУ, как правило, применяют на скважинах с дебитом до 30. 40 м жидкости в сутки, реже до 50 м при средних глубинах подвески 1000. 1500 м. В неглубоких скважинах установка обеспечивает подъем жидкости до 200 м/сут. В отдельных случаях может применяться подвеска насоса на глубину до 3000 м.
Широкое распространение ШГНУ обусловливают следующие факторы: простота ее конструкции,простота обслуживания и ремонта в промысловых условиях, удобство регулировки, возможность обслуживания установки работниками низкой квалификации, малое влияние на работу ШГНУ физико-химических свойств откачиваемой жидкости, высокий КПД, возможность эксплуатации скважин малых диаметров.
УШГН представляет собой поршневой насос одинарного действия, шток которого связан колонной штанг с наземным приводом - станком-качалкой. Последний включает в себя кривошипно-шатунный механизм, преобразующий вращательное движение первичного двигателя в возвратно-поступательное движение и сообщает его колонне штанг и плунжеру насоса.
Осуществление способа производится с помощью установки. Подземное оборудование составляют: насосно-компрессорные трубы, насос, штанги, устройства для борьбы с осложнениями. К наземному оборудованию относится привод (станок-качалка), устьевая арматура, рабочий манифольд.
В данной работа предназначена для рассмотрения особенности работы УШГН и выбора становки для опреленных условий.
штанговый насосный скважина качалка
1. Основная часть
1.1 Общая схема штанговой насосной установки, ее элементы и назначение
Штанговая насосная установки ШНУ (рис. 1) состоит из наземного и подземного оборудования. Подземное оборудование включает: штанговый скважинный насос (ШСН) со всасывающем клапаном 1 (неподвижный) на нижнем конце цилиндра и нагнетательным клапаном 2 (подвижный) на верхнем конце поршня-плунжера, насосные штанги 3 и трубы.
Кроме того, подземное оборудование может включать различные защитные устройства (газовые и песочные якори, хвостовики), присоединяемые к приемному патрубку ШСН и улучшающие его работу в осложненных условиях (песок, газ).
Рисунок - 1. Общая схема штанговой насосной установки
В наземное оборудование входит станок-качалка (СК), состоящий из электродвигателя 9, кривошипа 7, шатуна 8, балансира 6, устьевого сальника 5, устьевой обвязки и тройника 4.
Станок-качалка сообщает штангам возвратно-поступательное движение, близкое к синусоидальному. СК имеет гибкую канатную подвеску для сочленения с верхним концом полированного штока и откидную или поворотную головку балансира для беспрепятственного прохода спуско-подъемных механизмов (талевого блока, крюка, элеватора) при подземном ремонте.
Балансир качается на поперечной оси, укрепленной в подшипниках, и сочленяется с двумя массивными кривошипами 7 с помощью двух шатунов 8, расположенных по обе стороны редуктора. Кривошипы с подвижными противовесами могут перемещаться относительно оси вращения главного вала редуктора на то или иное расстояние вдоль кривошипов. Противовесы необходимы для уравновешивания СК.
Редуктор с постоянным передаточным числом, маслозаполненный, герметичный имеет трансмиссионный вал, на одном конце которого предусмотрен трансмиссионный шкив, соединенный клиноременной передачей с малым шкивом электродвигателя 9. На другом конце трансмиссионного вала имеется тормозной барабан. Опорный подшипник балансира укреплен на металлической стойке-пирамиде.
Все элементы станка-качалки - пирамида, редуктор, электродвигатель - крепятся к единой раме, которая закрепляется на бетонном фундаменте. Кроме того, все СК снабжены тормозным устройством, необходимым для удержания балансира и кривошипов в любом заданном положении. Точка сочленения шатуна с кривошипом может менять свое расстояние относительно центра вращения перестановкой пальца кривошипа в то или иное отверстие, которых для этого предусмотрено несколько. Этим достигается ступенчатое изменение амплитуды качаний балансира, т. е. длины хода штанг.
Поскольку редуктор имеет постоянное передаточное число, то изменение частоты качаний достигается только изменением передаточного числа клиноременной трансмиссии и сменой шкива на валу электродвигателя на больший или меньший диаметр.
Промышленностью выпускается большое число станков-качалок различных типоразмеров (так называемый нормальный ряд) грузоподъемностью на головке балансира от 10 до 200 кН, в соответствии с широким диапазоном глубин и дебитов скважин, которые приходится оборудовать штанговыми установками (ШСНУ).
Типоразмеры СК и их основные параметры регламентируются государственным стандартом.
Штанговый скважинный насос состоит из длинного (2 - 4 м) цилиндра той или иной конструкции. На нижнем конце цилиндра укреплен неподвижный всасывающий клапан, открывающийся при ходе вверх. Цилиндр подвешивается на трубах. В нем перемещается поршень-плунжер, выполненный в виде длинной (1 - 1,5 м) гладко обработанной трубы, имеющей нагнетательный клапан, также открывающийся вверх. Плунжер подвешивается на штангах. При движении плунжера вверх жидкость через всасывающий клапан под воздействием давления на приеме насоса заполняет внутреннюю полость цилиндра. При ходе плунжера вниз всасывающий клапан закрывается, жидкость под плунжером сжимается и открывает нагнетательный клапан. Таким образом, плунжер с открытым клапаном погружается в жидкость. При очередном ходе вверх нагнетательный клапан под давлением жидкости, находящейся над плунжером, закрывается. Плунжер превращается в поршень и поднимает жидкость на высоту, равную длине хода (0,6 - 6 м). Накапливающаяся над плунжером жидкость достигает устья скважины и через тройник поступает в нефтесборную сеть.
1.2 Основные узлы ШСНУ
1.2.1 Станок-качалка
Приводы классифицируются: а) по роду используемой энергии - на механические, гидравлические, пневматические; б) по числу обслуживаемых скважин - на индивидуальные и групповые; в) по типу первичного двигателя - на электрические и тепловые.
Станок-качалка является индивидуальным приводом штангового глубинного насоса, спускаемого в скважину и связанного с приводом гибкой механической связью - колонной штанг.
В конструктивном отношении станок-качалка представляет собой четырехзвенный механизм, преобразующий вращательное движение первичного двигателя в возвратно-поступательное движение колонны штанг.
Устройство серийного станка-качалки по ГОСТу 5866-76 описывается следующим образом.
Крутящий момент от электродвигателя через клиноременную передачу передается на ведущий вал редуктора, а затем и на ведомый вал. На последнем укрепляется кривошип с противовесами. Кривошип с помощью шатунов и траверсы связан с балансиром, качающимся на опоре, укрепленной на стойке. Балансир со стороны переднего плеча снабжен откидной головкой, на которой монтируется канатная подвеска.
Станок-качалка (СК) состоит из ряда самостоятельных узлов.
Рама предназначена для установки на ней всего оборудования СК и выполняется из профильного проката в виде двух полозьев, соединенных поперечниками, и имеет специальную подставку под редуктор. Стойка является опорой для балансира и выполняется из профильного проката в виде четырехгранной пирамиды. Ноги стойки связаны между собой поперечинами. Снизу стойка крепится к раме сваркой или болтами, сверху несет плиту для крепления оси балансира с помощью двух скоб.
Балансир предназначен для передачи возвратно-поступательного движения колонне штанг. Выполняется из профильного проката двутаврового сечения и имеет однобалочную или двухбалочную конструкцию. Траверса выполняет роль связующего звена между кривошипно-шатунным механизмом и балансиром и конструктивно выполняется в виде прямолинейной балки из профильного проката. Крепление к балансиру шарнирное при помощи сферического роликоподшипника. Шатун - трубная заготовка со специальными головками по концам; с помощью верхней головки шатун соединяется пальцем с траверсой, нижней - кривошипом через палец и сферический подшипник. Кривошип - основной элемент кривошипно-шатунного механизма, предназначенный для преобразования вращательного движения вала редуктора в возвратно-поступательные колонны штанг. Выполнен в виде прямоугольных пластин с отверстиями для крепления к шатунам и ведомому валу редуктора. Снабжен пазами для установки и перемещения противовесов. Канатная подвеска является гибком звеном между колонной штанг и балансиром. Состоит из двух траверс - верхней и нижней, разделенных втулками зажимов канатов. На верхней траверсе лежит узел крепления полированного штока. Траверсы могут быть раздвинуты винтами для установки динамографа. Клиноременная передача СК предусматривает применение клиновых ремней типов О,А,Б,В,Г. Правильный выбор типа ремня обеспечивает долговечность работы передачи. Шкивы выполняют быстросменными за счет конусной расточки тела и применения конусной втулки, закрепляемой гайкой. Поворотные салазки являются рамой для двигателя, крепящейся в наклонном положении, что обеспечивает изменение межцентрового расстояния между осями валов и, следовательно, натяжение ремней. Тормоз двух колодочной конструкции укрепляется на тормозном барабане и приводится в действие ходовым винтом. Рукоятка тормоза в целях безопасности вынесена в конец рамы станка-качалки.
Приводом станка качалки является трехфазный, асинхронный электродвигатель во влагоморозостойком исполнении с короткозамкнутым ротором с кратностями пускового и максимального момента соответственно 1,8…2,0 и 2,2…2,5.
Основная синхронная частота вращения - 1500 об/мин. Для получения необходимого числа ходов точки подвеса штанг могут быть применены электродвигатели с частотой вращения 750 или 1000 об/мин серии АОП.
Амплитуду движения головки балансира (длина хода устьевого штока) регулируют путем изменения места сочленения кривошипа с шатуном относительно оси вращения (перестановка пальца кривошипа в другое отверстие).
За один двойной ход балансира нагрузка на СК неравномерная. Для уравновешивания работы станка-качалки помещают грузы (противовесы) на балансир, кривошип или на балансир и кривошип. Тогда уравновешивание называют соответственно балансирным, кривошипным (роторным) или комбинированным.
Блок управления обеспечивает управление электродвигателем СК в аварийных ситуациях (обрыв штанг, поломки редуктора, насоса, порыв трубопровода и т.д.), а также самозапуск СК после перерыва в подаче электроэнергии.
1.2.2 Штанговые скважинные насосыПо способу крепления насосов к колонне НКТ различают вставные (НСВ) и не вставные (НСН) скважинные насосы (Рисунок 4.5, 4.6).
У не вставных (трубных) насосов цилиндр с седлом всасывающего клапана опускают в скважину на НКТ. Плунжер с нагнетательным и всасывающим клапаном опускают в скважину на штангах и вводят внутрь цилиндра. Плунжер с помощью специального штока соединен с шариком всасывающего клапана. Недостаток НСН -- сложность его сборки в скважине, сложность и длительность извлечения насоса на поверхность для устранения какой-либо неисправности.
Рисунок -2. Насосы скважинные вставные 1 -- впускной клапан; 2 -- цилиндр; 3 -- нагнетательный клапан; 4-- плунжер; 5 -- штанга; 6 -- замок.
Вставные насосы целиком собирают на поверхности земли и опускают в скважину внутрь НКТ на штангах. НСВ состоит из трех основных узлов: цилиндра, плунжера и замковой опоры цилиндра.
В НСН для извлечения цилиндра из скважины необходим подъем всего оборудования (штанг с клапанами, плунжером и НКТ). В этом коренное отличие между НСН и НСВ. При использовании вставных насосов в 2 ё 2.5 раза ускоряются спускоподъемные операции при ремонте скважин, и существенно облегчается труд рабочих. Однако производительность вставного насоса при трубах данного диаметра всегда меньше производительности не вставного.
Рисунок-3. Невставные скважинные насосы 1 -- всасывающий клапан; 2 -- цилиндр; 3 -- нагнетательный клапан; 4 -- плунжер; 5 -- захватный шток; 6 -- ловитель
Насос НСВ спускается на штангах. Крепление (уплотнение посадками) происходит на замковой опоре, которая предварительно опускается на НКТ. Насос извлекается из скважины при подъеме только колонны штанг. Поэтому НСВ целесообразно применять в скважинах с небольшим дебитом и при больших глубинах спуска.
Невставной (трубный) насос представляет собой цилиндр, присоединенный к НКТ и вместе с ними спускаемый в скважину, а плунжер спускают и поднимают на штангах. НСН целесообразны в скважинах с большим дебитом, небольшой глубиной спуска и большим межремонтным периодом.
1.2.3 Насосная штанга
Насосная штанга предназначена для передачи возвратно-поступательного движения плунжеру насоса. Штанга представляет собой стержень круглого сечения с утолщенными головками на концах. Выпускаются штанги из легированных сталей диаметром (по телу) 16, 19, 22, 25 мм и длиной 8 м - для нормальных условий эксплуатации.
Для регулирования длины колонн штанг с целью нормальной посадки плунжера в цилиндр насоса имеются также укороченные штанги (футовки) длиной 1; 1,2; 1,5; 2 и 3 м. Штанги соединяются муфтами. Имеются также трубчатые (наружный диаметр 42 мм, толщина 3,5 мм). Начали выпускать насосные штанги из стеклопластика (АО «Очерский машиностроительный завод»), отличающиеся большей коррозионной стойкостью и позволяющие снизить энергопотребление до 20%.
Для защиты от коррозии осуществляют окраску, цинкование штанг, а также применяют ингибиторы.
Особая штанга -- устьевой шток, соединяющий колонну штанг с канатной подвеской. Поверхность его полирована (полированный шток). Он изготавливается без головок, а на концах имеет стандартную резьбу.
1.2.4 Устьевое оборудование
Устьевое оборудование насосных скважин предназначено для герметизации затрубного пространства, внутренней полости НКТ, отвода продукции скважин и подвешивания колонны НКТ (Рисунок 4).
Рисунок-4. Типичное оборудование устья скважины для штанговой насосной установки 1 -- колонный фланец; 2 -- планшайба; 3 -- НКТ; 4 -- опорная муфта; 5 -- тройник, 6 -- корпус сальника, 7 -- полированный шток, 8 -- головка сальника, 9 -- сальниковая набивка
Устьевое оборудование типа ОУ включает устьевой сальник, тройник, крестовину, запорные краны и обратные клапаны.
Устьевой сальник герметизирует выход устьевого штока с помощью сальниковой головки и обеспечивает отвод продукции через тройник. Тройник ввинчивается в муфту НКТ. Наличие шарового соединения обеспечивает самоустановку головки сальника при несоосности сальникового штока с осью НКТ, исключает односторонний износ уплотнительной набивки и облегчает смену набивки.
1.3 Работа насосов в осложненных условиях
Среди штанговых насосов можно выделить отдельную группу специальных насосов, созданных для работы в осложненных условиях. Такими условиями принято считать наличие в нефти газа, солей, парафина, песка, воды и других агентов, приводящих к изменению свойств жидкости и условий ее добычи. Вот некоторые из применяемых типов.
Манжетные насосы отличаются конструкций поршня и предназначены для эксплуатации скважин, содержащих очень вязкую нефть. Манжеты изготовлены из нефтестойкой резины и собираются на трубе-стержне.
Насосы с гуммированным плунжером выпускаются вставного и не вставного типа. Используются для эксплуатации скважин с большим содержанием песка. На кольцевые проточки плунжера запрессовываются 3. 4 резиновых кольца. Уплотнение кольца достигается давлением жидкости внутри поршня через отверстие в корпусе, выходящее под кольцо.
Телескопические насосы предназначены для эксплуатации скважин с очень высоким содержанием песка и большой вязкостью жидкости (50*10 -6 м 2 /с и более).
Конструктивно насос выполнен из трех труб: нижняя - неподвижная, является цилиндром насоса и подвижных, скользящих по ней и выполняющих функцию плунжера. Эти трубы вверху соединены. Такая конструкция обеспечивает получение между цилиндром и плунжером большого зазора (до 0,5 мм). Наличие циркулирующей жидкости по зазору обеспечивает вынос песка и гидравлическое уплотнение.
Многоступенчатые насосы предназначены для эксплуатации скважин с большим газовым фактором. Состоят из 2-3 плунжеров различного сечения, работающих по принципу «тандем»: нижний плунжер увеличенного диаметра подает газированную жидкость в верхний, где она сжимается под большим давлением вследствие меньшего диаметра верхнего плунжера и цилиндра и т.д.
Рассмотрим технологические особенности работы УШГН в осложненных условиях.
По мере движения ГЖС от забоя скважины к приему насосы из-за снижения давления и температуры происходит выделение газа. Как наиболее подвижный агент, газ первым входит в цилиндр насоса и, заполняя его, препятствует поступлению жидкости. Улучшить это положение можно двумя путями: создать на приеме насоса давление, больше чем давление раз газирования (давление насыщения), или изменить направление движения жидкости на входе в насос таким образом, чтобы газ отделялся от жидкости и уходил в затрубное пространство.
Первый метод требует спуска насоса под динамический уровень на очень большую величину, что не всегда достижимо и не экономично. Второй метод требует применения специальных устройств - якорей. И хотя газовых якорей создано в настоящее время много, большинство из них работают на одном принципе - гравитационном разделении газа и жидкости за счет изменения направления движения смеси на 90 или 180 градусов.
Выпадение парафина из нефти ведет к перекрытию отверстий фильтра, клапанов, труб. Борьба с парафином ведется несколькими методами: механическими - посредством постоянного соскабливания выделяющегося на внутренней поверхности НКТ парафина укрепленными на штангах скребками; химическими - посредством дозирования на прием насоса химических реагентов, разрушающих парафин; тепловыми - рас плавлением нагреваниями.
Примером механического способа борьбы с отложениями парафина являются пластинчатые скребки, получившие распространение на промыслах восточных районов.
Скребки уплотняются на штангах через определенные интервалы и периодически поворачиваются с помощью специальных устройств - штанговращателей.
Крепление пластины к штанге производится хомутами, которые охватывают штанги и привариваются к пластине. Считается, что за счет деформации сварочного соединения, возникающего после его остывания, пластина надежно будет удерживаться на штанге.
Химические методы борьбы с парафином заключаются в подаче химических реагентов в скважину.
Опыт показывает, что наиболее целесообразным является дозирование реагента непосредственно на прием насоса с помощью глубинных дозаторов.
Приведем описание одного из них. Установка скважинного штангового насоса с дозатором химреагентов состоит из насоса, колонны труб, штанг, корпуса дозатора. Последний связан с контейнером и разделительным поршнем. В корпусе дозатора расположены всасывающий и нагнетательный клапаны, ограничительная решетка, в которой установлена регулирующая втулка клапана. В корпусе дозатора имеются отверстия для поступления пластовой жидкости в насос. Установка работает следующим образом. При всасывании жидкости штанговым насосом происходит подъем клапана, который в свою очередь захватывает через клапан химический реагент. При нагнетании жидкости штанговым насосом клапан захлопывается под действием столба жидкости и пружины.
Шток клапана вытесняет реагент в полость всасывания через нагнетательный клапан. По мере расхода реагента давление в контейнере снижается; за счет разницы пластового давления и давления в контейнере происходит перемещение реагента поршнем вверх.
При демонтаже производится выдавливание пластовой жидкости из контейнера отворачиванием пробки, через которую производится наполнение контейнера реагентом.
Применение данной установки позволяет повысить эффективность внутрискважинной обработки за счет применения химреагента против коррозии, отложений парафина внутри насоса и других осложнений, а также очистки фильтра.
Тепловые методы снижения вязкости предполагают спуск в скважину совместно с УШГН электрических нагревателей, к которым по кабелю подается напряжение с поверхности.
Известно поднасосное и наднасосное расположение нагревателей, спускаемых в скважину одновременно с насосом. Этот метод основан на жидкостей снижать свою вязкость при нагреве.
1.4 Техника безопасности при штанговой эксплуатации скважин
Основные положения по техинке безопасности при штанговой насосной эксплуатации скважин ограждение движущихся частей станка-качалки, обслуживание электрообрудования и выполнение требований при ремонте.Серьезные требования предъяляеются к оборудованию устья скважины, принятому к серийному производству, к числу которого относятся устьевые сальники типа СУС.
При монтаже и эксплуатации станков-качалок основными требованиями по технике безопасности являются следующие:
1.СК необходимо монтировать под руководством опытного бригадира или мастера при помощи монтажных приспособлений и крана.
2. Все движущиеся части должны быть ограждены
3. При нижнем положении головки балансира расстояние между траверсой и подвески сальникового штока и устьевым сальником должно быть не менее 20 см.
4. Запрещается проворачивать шкиф редуктора вручную и тормозить его подкладыванием трубы, лома и других предметов.
5. Запрещается снимать клиновой ремень при помощи рычагов , устанавливать и снимать ремень необходимо путем передвижания электродвигателя.
6. При замене пальцев кривошипа шатун требуется надежно прикрепить к стойке станка.
7. Осмотр и замену отдельных частей станка следует выполнять при остановке и затормажевании СК.
8. Перед пуском станка-качалки необходимо убедиться в том, что тормоз освобожден, ограждения установлены и нет посторонних людей в опасной зоне.
9. До начала ремонтных работ на установке привод должен быть отключен, а на пусковом устройстве укреплен плакат «Не включать - работают люди». На скважинах с автоматическим и дистанционным управлением пускового устройства должен быть укреплен щит с надписью «Внимание! Пуск автоматический».
10. Устье скважины рекомендуется оборудовать клапаном для предотвращеиня разлива нефти через сальник при обрыве полированного штока.
Управление электродвигателем станка-качалки обычно проводится упрощенной системой блокировки и защиты. Разработан блок управления БУС-3М, с помощью которого можно осуществлять управление в ручном, дистанционном , автоматическом и программном режимах работы.
При обслуживании электропривода персонал должен работать в диэлектрических перчатках. Скважинная насосная установки перед включением должна быть заземлена.
Подобные документы
Штанговые скважинные насосыКоэффициент подачи штанговой скважинной насосной установки как отношение действительной фактической производительности к условной теоретической производительности установки. Способы определения коэффициента подачи скважинной штанговой установки.
лабораторная работа [941,0 K], добавлен 20.11.2013
Схема штанговой насосной установки, ее элементы и назначение. Расчет коэффициента подачи штангового скважинного насоса. Факторы, снижающие подачу. Нагрузки, действующие на штанги, и их влияние на ход плунжера. Фонтанная эксплуатация нефтяных скважин.
контрольная работа [463,0 K], добавлен 19.01.2016
Варианты крепления вставных насосов. Основные узлы станка-качалки типа СКД. Правила безопасности при эксплуатации скважин штанговыми насосами. Использование устьевого оборудования для герметизации затрубного пространства и отвода продукции скважины.
реферат [822,1 K], добавлен 21.05.2009
Создание инструмента по выявлению и предотвращению возможных неисправностей в работе скважинной штанговой насосной установки с помощью динамометрирования. Анализ возможных неисправностей добывающих скважин в программном обеспечении "DinamoGraph".
дипломная работа [4,4 M], добавлен 29.04.2015
Анализ причин обрывности штанговой колонны при эксплуатации скважин, оборудованных штанговыми скважинными насосными установками (ШСНУ). Подбор оборудования для эксплуатации ШСНУ. Разработка мероприятий по увеличению межремонтного периода скважин.
Эксплуатация скважин с помощью штанговых глубинно-насосных установок (ШГН). Наземное оборудование штанговых глубинонасосных установок.
Штанговая насосная установка- комплекс оборудования для механизированной добычи жидкости через скважины с помощью штангового насоса, приводимого в действие СТАНКОМ-КАЧАЛКОЙ. Штанговый насос (рис.5) опускается в скважину ниже уровня жидкости и состоит из
· плунжера, соединенного со штангой,
· клапанов всасывающих и нагнетательных
· Цилиндр невставного штангового насоса опускается на колонне насосно-компрессорных труб, а плунжер - на колонне штанг внутри насосно-компрессорных труб;
· цилиндр вставного штангового насоса опускается вместе с плунжером на штангах и закрепляется на замковой опоре, установленной на конце насосно-компрессорных труб или на пакере;
· штанговый насос большого диаметра опускается целиком на колонне насосно-компрессорных труб и соединяется с колонной штанг через сцепное устройство.
· штанговые насосы с подвижным цилиндром и неподвижным плунжером,
· с двумя ступенями сжатия (для откачки сильно газированных нефтей), с двумя цилиндрами и плунжерами (для одновременной откачки из двух горизонтов),
· с камерой разрежения (для высоковязких нефтей) и др.
Станок-качалка преобразует вращение вала двигателя в возвратно-поступательное движение, передаваемое колонне штанг через гибкую (канатную, цепную) подвеску и полированный шток. Применяются в основном
· балансирные (одно- и двухплечевые) и
· безбалансирные, а также
Максимальная длина хода точки подвеса штанг 1-6 м (башенные до 12 м), максимальная нагрузка 1-20 тс, частота ходов в минуту от 5 до 15. Используют электрические, реже газовые двигатели ( на нефтяном газе от скважины) мощностью до 100 кВт.
Станция управления ШГН обеспечивает пуск, установку, защиту от перегрузок, а также периодическую работу.
Дополнительное оборудование ШГН.:
· якорь для предотвращения перемещений нижнего конца насосно-компрессорных труб;
· хвостовик - колонна насосно-компрессорных труб малого диаметра (25-40 ниже насоса для выноса воды;
· газовые и песочные якори для защиты насоса от попадания свободного газа и абразивных механических примесей;
· штанговые протекторы (полимерные или с катками) для уменьшения износа труб и штанговых муфт в наклонных скважинах;
· скребки на штангах для удаления парафиновых отложений с насосно-компрессорных труб:
· динамограф, показывающий зависимость нагрузки от перемещения точки подвеса штанг, для технической диагностики узлов ШГН.
Продукция скважины (нефть, вода) подается на поверхность по насосно-компрессорным трубам, обсадной колонне, либо по полым штангам. Производительность при постоянной откачке до 300 м3/сут.
Винтовая насосная установка – комплекс устройств для перемещения жидкости; состоит из винтового насоса и двигателя. Скважинная винтовая насосная установка – одновинтовой насос с погружным электродвигателем и системой токоподвода, аналогичной применяемой в электроцентробежных насосных установках (могут также применяться гидродвигатели вращательного движения – турбинные, винтовые).
Подземный ремонт скважин.
Комплекс работ, связанных с устранением неполадок с подземным оборудованием и стволом скважины и воздействием на призабойные зоны пластов, называется подземным ремонтом.
Продолжительность простоев действующего фонда скважин с связи с ремонтными работами учитывается коэффициентом эксплуатации, который представляет собой отношение времени фактической работы скважины к их общему календарному времени за месяц или год.
· текущий
· капитальный
К текущему ремонту скважин (ТРС) относятся:
· ликвидация обрыва или отвинчивания насосных штанг и труб,
· смена насосно-компрессорных труб или штанг,
· изменение глубины погружения подъемных труб,
· очистка и смена песочного якоря,
· очистка скважин от песчаных пробок,
· удаление со стенок труб парафина, солей и др.
Эти работы выполняются специализированными бригадами по текущему ремонту скважин, организуемыми на каждом предприятии по добыче нефти и газа. Бригады по текущему ремонту работают по вахтно, в состав их входят три человека:
· и оператор работают у устья скважины,
· машинист - на лебедке подъемного механизма.
Более сложные работы, связанные
· с ликвидацией аварий с подземным оборудованием,
· исправлением поврежденных эксплуатационных колонн,
· изоляцией притоков вод в скважину,
· переходом на другой эксплуатационный горизонт,
· обработкой призабойных зон пластов и др.,
относятся к категории капитального ремонта скважин (КРС).
Подземный ремонт скважин выполняется с помощью комплекса оборудования, состоящего из подъемных и транспортных средств, инструмента для выполнения ручных операций, средств механизации, оборудования по чистке скважины и др.
Читайте также: