Штанговые насосные установки

Реферат: Штанговые насосные установки

ШТАНГОВЫЕ НАСОСНЫЕ УСТАНОВКИ (ШСНУ)

Прекращение или отсутствие фонтанирования обусловило использование  других способов подъема нефти на поверхность, например, посредством  штанговых скважинных насосов. Этими  насосами в настоящее время оборудовано большинство скважин. Дебит скважин — от десятков килограмм в сутки до нескольких тонн. Насосы опускают на глубину от нескольких десятков метров до 3000 м иногда до 3200 — 3400 м.

ШСНУ включает:

а) наземное оборудование —  станок-качалка (СК), оборудование устья, блок управления;

б) подземное оборудование — насосно-компрессорные трубы (НКТ), штанги насосные (ШН), штанговый скважинный насос (ШСН) и различные защитные устройства, улучшающие работу установки  в осложненных условиях.

Рис. 1. Схема штанговой  насосной установки

 

Штанговая глубинная  насосная установка (рисунок 1) состоит  из скважинного насоса 2 вставного или невставного типов, насосных штанг 4, насосно-компрессорных труб 3, подвешенных на планшайбе или в трубной подвеске 8 устьевой арматуры, 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.

СТАНКИ-КАЧАЛКИ

Станок-качалка (рисунок 2), является индивидуальным приводом скважинного насоса.

Рисунок 2 Станок-качалка  типа СКД

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; 17 канатная подвеска.

 

Основные узлы станка-качалки — рама, стойка в  виде усеченной четырехгранной пирамиды, балансир с поворотной головкой, траверса с шатунами, шарнирно-подвешенная  к балансиру, редуктор с кривошипами  и противовесами. СК комплектуется набором сменных шкивов для изменения числа качаний, т. е. регулирование дискретное. Для быстрой смены и натяжения ремней электродвигатель устанавливается на поворотной салазке.

Монтируется станок-качалка  на раме, устанавливаемой на железобетонное основание (фундамент). Фиксация балансира в необходимом (крайнем верхнем) положении головки осуществляется с помощью тормозного барабана (шкива). Головка балансира откидная или поворотная для беспрепятственного прохода спускоподъемного и глубинного оборудования при подземном ремонте скважины. Поскольку головка балансира совершает движение по дуге, то для сочленения ее с устьевым штоком и штангами имеется гибкая канатная подвеска 17 (рисунок 13). Она позволяет регулировать посадку плунжера в цилиндр насоса для предупреждения ударов плунжера о всасывающий клапан или выхода плунжера из цилиндра, а также устанавливать динамограф для исследования работы оборудования.

Амплитуду движения головки балансира (длина хода устьевого  штока — 7 на рисунке 12) регулируют путем изменения места сочленения кривошипа 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.

Долгое время  нашей промышленностью выпускались  станки-качалки типоразмеров СК. В  настоящее время по ОСТ 26-16-08-87 выпускаются  шесть типоразмеров станков-качалок типа СКД, основные характеристики приведены в таблице 1.

Таблица 1

Станок-качалка	Число ходов  балансира, мин.	Масса, кг	Редуктор
СКД3 — 1.5-710	5 ¸ 15	3270	Ц2НШ — 315
СКД4 21-1400	5 ¸ 15	6230	Ц2НШ — 355
СКД6 25-2800	5 ¸ 14	7620	Ц2НШ — 450
СКД8 3.0-4000	5 ¸ 14	11600	НШ —700Б
СКД10 3.5-5600	5 ¸ 12	12170	Ц2НШ — 560
СКД12 3.0-5600	5 ¸ 12	12065	Ц2НШ — 560

В шифре, например, СКД8 — 3.0-4000, указано Д — дезаксиальный; 8 — наибольшая допускаемая нагрузка  на головку балансира в точке подвеса штанг, умноженная на 10 кН; 3.0 — наибольшая длина хода устьевого штока, м; 4000 — наибольший допускаемый крутящий момент  на ведомом валу редуктора, умноженный на 10-2 кН*м.

АО «Мотовилихинские заводы» выпускает привод штангового насоса гидрофицированный ЛП — 114.00.000, разработанный совместно со специалистами  ПО «Сургутнефтегаз».

Моноблочная конструкция небольшой массы делает возможным его быструю доставку (даже вертолетом) и установку без фундамента (непосредственно на верхнем фланце трубной головки) в самых труднодоступных регионах, позволяет осуществить быстрый демонтаж и проведение ремонта скважинного оборудования.

Фактически  бесступенчатое регулирование длины  хода и числа двойных ходов  в широком интервале позволяет  выбрать наиболее удобный режим  работы и существенно увеличивает  срок службы подземного оборудования.

 

Техническая характеристика
Нагрузка на шток, кН (тс)	60 (6)
Длина хода, м	1.2 ¸ 2.5
Число двойных  ходов в минуту	1 ¸ 7
Мощность, кВт	18.5
Масса привода, кг	1800

Станки-качалки  для временной добычи могут быть передвижными на пневматическом (или  гусеничном) ходу. Пример — передвижной станок-качалка «РОУДРАНЕР» фирмы «ЛАФКИН».

УСТЬЕВОЕ  ОБОРУДОВАНИЕ

Устьевое оборудование предназначено для герметизации затрубного пространства, внутренней полости НКТ, отвода продукции скважины, подвешивания колонны НКТ, а также  для проведения технологических операций, ремонтных и исследовательских работ в скважинах.

В оборудовании устья колонна насосно-компрессорных  труб в зависимости от ее конструкции  подвешивается в патрубке планшайбы  или на корпусной трубной подвеске.

Для уплотнения устьевого штока применяется устьевой сальник типа СУС1 или СУС2 (рисунок 3.).

Рисунок 3 —  Устьевой сальник типа СУС1

1 — ниппель; 2 накидная гайка; 3 — втулка; 4 — шаровая крышка; 5 — крышка головки; 6 — верхняя втулка; 7 — нажимное кольцо; 8, 10 манжеты; 9 — шаровая головка; 11 — опорное кольцо; 12 — нижняя втулка; 13 — кольцо; 14 — гайка; 15 — тройник; 16  болт откидной; 17 — палец.

Арматура устьевая типа АУШ-65/50х14 состоит из устьевого  патрубка с отборником проб, угловых вентилей, клапана перепускного, устьевого сальника и трубной подвески (рисунок 15).

Трубная подвеска, имеющая два уплотнительных кольца, является основным несущим звеном насосно-компрессорных  труб с глубинным насосом на нижнем конце и сальниковым устройством наверху. Корпус трубной головки имеет отверстие для выполнения исследовательских работ.

Проекция скважины поступает через боковое отверстие  трубной подвески, а сброс давления из затрубного пространства производится через встроенный в корпус трубной подвески перепускной клапан.

Техническая характеристика АУШ 65/50 Х 14:
Рабочее давление, МПа в устьевом сальнике СУС при работающем станке-качалке при остановленном  станке-качалке	4 14
Условный проход, мм: ствола обвязки	65 50
Подвеска насосно-компрессорных  труб	конусная
Диаметр подвески труб, мм	73
Присоединительная резьба (ГОСТ 632—80)	Резьба НКТ
Диаметр устьевого  патрубка, мм	146
Габариты, мм	3452х770х1220
Масса, кг	160

 

Рисунок 4 —  Устьевая арматура типа АУШ

1 отверстие для проведения исследовательских работ; 2 — сальниковое устройство; 3 — трубная подвеска; 4 — устьевой патрубок; 5, 8 и 9 — угловые вентили; 6 — отборник проб; 7 — быстросборная муфта; 10 — перепускной патрубок; 11 — уплотнительное кольцо.

ШТАНГИ  НАСОСНЫЕ (ШН)

ШН предназначены  для передачи возвратно-поступательного  движения плунжеру насоса (рисунок 16). Изготавливаются основном из легированных сталей круглого сечения диаметром 16, 19, 22, 25 мм, длиной 8000 мм и укороченные — 1000 - 1200, 1500, 2000 и 3000 мм как для нормальных, так и для коррозионных условий эксплуатации.

 

Рисунок 5 —  Насосная штанга

Шифр штанг  — ШН-22 обозначает: штанга насосная диаметром 22 мм. Марка сталей — сталь 40, 20Н2М, 30ХМА, 15НЗМА и 15Х2НМФ с пределом текучести от 320 до 630 МПа.

Насосные штанги применяются в виде колонн, составленных из отдельных штанг, соединенных посредством муфт.

Муфты штанговые  выпускаются: соединительные типа МШ (рисунок 6) — для соединения штанг одинакового  размера и переводные типа МШП  — для соединения штанг разного  диаметра.

Рисунок 6 Соединительная муфта

а — исполнение I; б — исполнение II

Для соединения штанг применяются муфты —  МШ16, МШ19, МШ22, МШ25; цифра означает диаметр  соединяемой штанги по телу (мм).

АО «Очерский  машиностроительный завод» изготавливает  штанги насосные из одноосноориентированного стеклопластика с пределом прочности не менее 80 кгс/мм2. Концы (ниппели) штанг изготавливаются из сталей. Диаметры штанг 19, 22, 25 мм, длина 8000 ¸ 11000 мм.

Преимущества: снижение веса штанг в 3 раза, снижение энергопотребления на 18 ¸ 20 %, повышение коррозионной стойкости при повышенном содержании сероводорода и др. Применяются непрерывные штанги «Кород».

СКВАЖИННЫЕ  ШТАНГОВЫЕ НАСОСЫ

ШСН предназначены  для откачивания из нефтяных скважин  жидкости обводненностью до 99 %, температурой не более 130 °С, содержанием сероводорода не более 50 мг/л, минерализацией воды не более 10 г/л.

Скважинные  насосы имеют вертикальную конструкцию  одинарного действия с неподвижным  цилиндром, подвижным металлическим  плунжером и шариковыми клапанами. Насосы спускают в скважину на штангах и насосно-компрессорных трубах. Различают следующие типы скважинных насосов (рисунок 7).

Рисунок 7 —  Типы скважинных штанговых насосов

НВ1 вставные с  заулком наверху;

НВ2 вставные с  замком внизу;

НН невставные без ловителя;

НН1 невставные с захватным штоком;

НН2 невставные с ловителем.

Выпускают насосы следующих конструктивных исполнений:

а) по цилиндру:

Б с толстостенным  цельным (безвтулочным) цилиндром;

С с составным (втулочным) цилиндром.

б) специальные:

Т с полным (трубчатым) штоком для подъема жидкости по каналу колонны трубчатых штанг;

А со сцепляющим устройством (только для насосов  типа НН), обеспечивающим сцепление  колонны насосных штанг с плунжером насоса;

Д1 одноступенчатые, двухплунжерные для создания гидравлического  тяжелого низа;

Д2 двухступенчатые, двухплунжерные, обеспечивающие двухступенчатое  сжатие откачиваемой жидкости;

У с разгруженным цилиндром (только для насосов типа НН2), обеспечивающим снятие с цилиндра технической нагрузки при работе.

Насосы всех исполнений, кроме Д1 и Д2, одноступенчатые, одноплунжерные.

в) по стойкости  к среде:

без обозначения  — стойкие к среде с содержанием  механических примесей до 1.3 г/л нормальные;

И стойкие к  среде с содержанием механических примесей более 1.3 г/л абразивостойкие.

Скважинные  штанговые насосы являются гидравлической машиной объемного типа, где уплотнение между плунжером и цилиндром  достигается за счет высокой точности их рабочих поверхностей и регламентируемых зазоров. При этом в зависимости от размера зазора (на диаметр) в паре «цилиндр-плунжер» выпускают насосы четырех групп (таблица 2).

Таблица 2

Группа посадки	Размер зазора между цилиндром и плунжером  насоса при исполнении цилиндра, мм
	Б	С
0	< 0.045	< 0.045
1	0.01 ¸ 0.07	0.02 ¸ 0.07
2	0.06 ¸ 0.12	0.07 ¸ 0.12
3	0.11 ¸ 0.17	0.12 ¸ 0.17

В условном обозначении  насоса, например, НН2БА-44-18-15-2, первые две  буквы и цифра указывают тип  насоса, следующие буквы — исполнение цилиндра и насоса, первые две цифры — диаметр насоса (мм), последующие длину хода плунжера (мм) и напор (м), уменьшенные в 100 раз и последняя цифра — группу посадки.

Цилиндры  насосов изготовляют двух исполнений: ЦБ и ЦС.

ЦБ цельный  безвтулочный толстостенный;

ЦС составной  из набора втулок, стянутых внутри кожуха переводниками.

Исходя из назначения и области применения скважинных насосов, выпускают плунжеры и пары «седло-шарик» клапанов различных поверхностей.

Плунжеры  насосов изготавливают четырех  исполнений:

ПХ1 с кольцевыми канавками, цилиндрической расточкой  на верхнем конце и с хромовым покрытием наружной поверхности;

ПХ2 то же, без  цилиндрической расточки на верхнем  конце;

П111 с кольцевыми канавками, цилиндрической расточкой  на верхнем конце и упрочнением наружной поверхности напылением износостойкого порошка;

П211 то же, без  цилиндрической расточки на верхнем  конце.

Пары  «седло-шарик» клапанов насосов изготавливают  в трех исполнениях:

К с цилиндрическим седлом и шариком из нержавеющей стали;

КБ то же, с седлом и буртиком;

КИ с цилиндрическим седлом из твердого сплава и шариком из нержавеющей стали.

Скважинные насосы нормального  исполнения по стойкости к среде, применяемые преимущественно для  подъема жидкости с незначительным содержанием (до 1.3 г/л) механических примесей, комплектуют плунжерами исполнения ПХ1 или ПХ2 с парами «седло-шарик» исполнения К или КБ. Скважинные насосы абразивостойкого исполнения И, применяемые преимущественно для подъема жидкости, содержащей более 1.3 г/л механических примесей, комплектуют плунжерами исполнения П1И или П2И и парами «седло-шарик» исполнения КИ.