Как применяются штанговые скважинные насосы в сфере нефтедобычи?

Обзор существующих вариантов

Опираясь на достоинства и недостатки всех типов моделей ручных насосов, можно выбрать готовое оборудование в магазине или сделать подобную конструкцию своими руками.

Готовые модели

Среди готовых вариантов популярны несколько моделей.

• Скважинный ручной насос НР-3М. Сделана такая модель из ударопрочных полимеров, также в нем присутствуют детали из резины и загрунтованной стали. За полный цикл устройство производит 1500 мл жидкости. Глубина скважины для такого насоса может быть от двух до пяти метров (в последнем случае необходимо установить на нижнем конце обратный клапан). Масса прибора – 4600 грамм, а его стоимость – всего 2500 рублей.
• Насосная конструкция РН-01 НЖ. Его корпус сделан из нержавейки, другие детали из латуни, а также грунтованной и окрашенной стали. Глубина скважины может быть от 6 до 9 метров. Производительность за цикл равна 1000 мл. Прибор весит 8 кг и стоит 6500 рублей.
• Особая разновидность – чугунный насос типа BSD. Он имеет открытую конструкцию излива, сделанную в виде желоба. Допустимая глубина скважины – от 6 до 9 метров. За один цикл насос прогоняет 500 мл воды. Его масса равна 7 кг, а стоимость – 3200 рублей.

Кустарное изготовление: способы

Существует ряд кустарных техник, которые позволят вам изготовить самодельный ручной насос. Чтобы любой из способов можно было осуществить грамотно, рекомендуется заранее составлять чертежи для будущей конструкции. Выделяют несколько методов кустарного производства.

Первый вариант

Изделие для прокачки скважины изготавливается из обсадной трубы и используется в качестве запасного варианта при отключении электричества. Чтобы нарезать металлические детали, следует использовать болгарку, также понадобится дрель, чтобы просверлить отверстия под крепежи. Металлическая деталь для каркаса должна иметь цилиндрическую форму, например, подойдет часть осадочной трубы.

Данный тип работ может выполняться только теми, кто имеет опыт в проведении сварочных работ.

Конструкция, помимо осадочной трубы, должна быть оснащена следующими элементами:

• нижняя крышка;
• два обратных клапана на патрубках;
• прокладка-уплотнитель из резины;
• поршень, закрепленный на штоке;
• крышка круглой формы (для цилиндра);
• рычаг из металла, сопряженный с крышкой;
• соединительные шпильки из металла.

Второй вариант

Возможно создание насоса с применением использованного огнетушителя в качестве насосной емкости. Такой прибор будет незаменим для очистки скважины от грязной воды и может устанавливаться на довольно большую глубину – до 15 метров.

Чтобы изготовить устройство, также необходимо использовать сварочный аппарат и инструмент для резки металла. Используя огнетушитель в качестве корпуса и другие запчасти, необходимо соорудить конструкцию со всеми элементами:

• специальной станиной, чтобы устанавливать насос в грунт;
• патрубком (наверху корпуса);

• сгоном на излив для подачи воды;
• сгоном на забор воды;
• ручкой, с помощью которой перетаскивают конструкцию;
• специальным уплотнителем, расположенным между корпусом и станиной;
• штоком, на который крепится корпус.

ПОДГОТОВКА К ОПИ

Штанговые глубинные насосы (шгн): конструкция, принцип работы, разновидности
Непосредственно перед переводом ШГН на эксплуатацию с помощью линейного привода в целях последующей оценки технологии был проведен комплекс исследований, включая снятие динамограммы работы насоса с использованием накладного датчика, выполнение комплекса замеров дебита жидкости на АГЗУ и определение динамического уровня жидкости в скважине посредством эхолотирования. Помимо этого, был выполнен анализ обводненности продукции по устьевым пробам и замер потребления электроэнергии с использованием анализатора количества и показателей качества энергии AR.5.

Рис. 3. Система контроля и мониторинга GMC

В процессе испытаний работа установки контролировалась по показаниям СУ LRP и в большей степени удаленно через систему GMC (рис. 3). Так, например, удаленно было выполнено динамометрирование с получением ваттметрограмм, были измерены нагрузки на полированный шток, уровень над приемом насоса и т.п.

Система GMC позволяет контролировать параметры как в виде отчета в определенный момент времени, так и в виде трендов в динамике. Потребление электроэнергии замерялось инструментально с использованием прибора AR.5 непосредственно после перевода скважины на LRP и смены насоса с НН-44 на НН-57 после ГТМ.

Рис. 4. Монтаж УШГН с ЛП на скважине

Затраты времени на шефмонтаж LRP, включавший первичный сбор узлов, заливку масла в редуктор и реечный механизм, наладку и запуск в работу, составили всего четыре часа (рис. 4). При монтаже использовался автокран. При смене насоса демонтаж и повторный монтаж LRP выполнялись монтажным звеном цеха добычи. При этом бригада из трех человек произвела монтаж и запуск оборудования всего за 35 минут

В ходе выполнения этого этапа работ было отмечено очень важное преимущество демонтажа LRP: привод может быть демонтирован и установлен на настил в вертикальном положении: в этом случае нет необходимости производить слив масла из реечного механизма. Если же привод будет укладываться в горизонтальное положение, то необходимо будет произвести слив масла из реечного механизма и повторную заливку перед монтажом LRP

Слив и повторный залив масла в редуктор по причине его полной герметичности производить не требуется.

Электрический двигатель установки

Производительность привода штангового СН зависит от работы электродвигателя, контролируемого специальным блоком управления. Это оборудование играет особую роль, так как при использовании установки могут возникать аварийные ситуации. К примеру, обрыв штанг, поломка редуктора, прорыв трубопровода, некачественная работа насоса, самозапуск СК после внезапного обрыва подачи электричества. СК имеет грузоподъемность 2-20 т на головке балансира.

В качестве источника электроэнергии для работы насосной установки используются короткозамкнутые электрические двигатели асинхронного типа. Для 3-фазных моделей серии АО характерно свойство влагоморозостойкости. Это относится и к модификациям электрических двигателей АО2 и АОП2.

Предназначение 3-фазных общепромышленных асинхронных электрических двигателей ремонтной серии АО2-9 связано с продолжительностью режима работы от сети. Такие типы электрических двигателей могут передавать энергию приводам разных механизмов. За счет них работают мельницы, вентиляторы, насосы, дымососы, станки, дробилки и т.д.

Электродвигатели серии АО незаменимы в нефтегазовой промышленности и других отраслях. Они выпускаются для разных климатических регионов, включая тропики, север и др. Модификации электрических двигателей могут быть совершенно разными.

Типы электрических двигателей подразделяются по разным критериям, включая мощность, способ монтажа, размещение и др. Предприятиями, выпускающими электродвигатели, проводятся доработки продукции по требованию клиента. В результате может быть изменен режим работы источника электроэнергии стандартной либо нестандартной формы исполнения.

Насос вставной с верхним механическим креплением (по 11AX-API)

Какие технологии применяются при обработке металла

Штанговая скважинная насосная установка

Назначение лазерных станков, где применяются и для чего они нужны

Штанговая скважинная насосная установка ( ШСНУ) получает энергию через колонну штанг, совершающую возвратно-поступательное движение, вызываемое работой станка-качалки. Привод электропогружеых центробежных и винтовых насосов осуществляется электрическим током, который подается по кабелю с дневной поверхности. Энергия может передаваться за счет периодического сжатия жидкости, как это происходит при эксплуатации скважин гидропоршневыми насосами.  

Штанговые скважинные насосные установки широко используются для добычи нефъи из скважин, что объясняется их простотой и эффективностью. Достаточно сказать, что свыше 70 % действующего фонда скважин оснащены ШСНУ, причем имеется тенденция к увеличению абсолютного их числа. Вое это предъявляет большие требования к надежности оборудования.  

Блок-схема штанговой скважинной насосной установки ( ШСНУ) приведена на рис. 1.14. Установка состоит из привода, насосных штанг, глубинного насоса, вспомогательного подземного оборудования, насосно-компрессорных труб.  

Недостатком штанговых скважинных насосных установок ( ШСНУ) и установок погружных центробежных электронасосов ( УЭЦН) является сложность в обслуживании, неустойчивость в работе при добыче жидкости с высоким содержанием механических примесей и газа, а также низкая степень надежности при работе в кустовых скважинах.  

Электродвигатели штанговых скважинных насосных установок снабжаются защитой от многофазных замыканий, от сверхтоков перегрузки и защитой минимального напряжения.  

В гидроприводных штанговых скважинных насосных установках ( ШСНУ) уплотнения работают со скоростями перемещения, достигающими 2 м / с при наличии значительных инерционных нагрузок, обусловленных массой жидкости, колонн штанг и труб, а давление в гидросистеме составляет 16 — 20 МПа.  

Правильно сконструированная штанговая скважинная насосная установка должна обеспечивать подъем необходимого количества жидкости с заданной глубины.  

Замена механического привода штанговых скважинных насосных установок гидроприводом позволяет обеспечить резкое увеличение длины хода штангового насоса, улучшить характеристику закона движения блока подвеса штанг и уменьшить металлоемкость и массу приводной части ШСНУ.  

Одним из главных недостатков штанговой скважинной насосной установки является циклический характер ее работы с малым периодом цикла и большой асимметричностью нагрузок при высоком верхнем пределе. Циклическим воздействием подвергаются все элементы установки — от двигателя до приемного клапана глубинного насоса.  

Одним из главных недостатков штанговой скважинной насосной установки является циклический характер ее работы с малым периодом цикла и большой асимметричностью нагрузок при высоком верхнем пределе. Циклическим воздействиям подвергаются все элементы установки от двигателя до приемного клапана глубинного насоса. Интенсивность накопления усталостных явлений з элементах штанговой установки составляет 7 200 — 21 600 циклов в сутки.  

Лабораторные эксперименты для модели штанговой скважинной насосной установки были проведены также в Уфимском нефтяном институте исследователями , которые также подтвердили наличие спиралеобразной формы изгиба низа колонны НКТ при ходе вверх. Экспериментально были объяснены причины слома клеток плунжера, вследствие нагружения изгибающим моментом из-за потери устойчивости труб НКТ над насосом. Было показано, что причиной обрыва проволоки при спуске приборов в затрубное пространство является его запутывание в витках спирали НКТ в нижней части подвески.  

В осложненных условиях эксплуатации эффективность работы штанговых скважинных насосных установок, которыми оснащены свыше 70 % всего фонда скважин и практически 100 % фонда малодебитных, низка и не обеспечивает рентабельности.  

Разработан регулируемый энергосберегающий приводной комплекс для штанговых скважинных насосных установок, позволяющий регулировать подачу насоса по условиям добычных возможностей скважины.  

Найденные выше параметры позволяют рассчитать рабочие параметры штанговой скважинной насосной установки.  

ПРИВОДЫ СКВАЖИННЫХ ШТАНГОВЫХ НАСОСОВ

Скважинный штанговый насос представляет собой (рисунок 11) насос поршневого типа 1, штоком которого является длинная колонна штанг 2, перемещающаяся в колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) 3. На НКТ подвешен цилиндр насоса 4, а на штангах – плунжер 1.

Поскольку поршневые насосы работают с возвратно- поступательным движением штоков, следовательно, колонне штанг необходимо сообщить возвратно-поступательное движение. Для этой цели созданы и применяются повсеместно приводы скважинных штанговых насосов (СШН), получившие название станки- качалки (СК).

На каждой скважине, в которой эксплуатируется СШН, установлен СК, т.е. в данном случае привод является отдельным для каждой скважины и называется индивидуальным.

Раннее на промыслах Азербайджана применялись групповые приводы (рисунок 12). Их назначение – сообщить возвратно-поступательное движении, не одной, а целой группе штанговых насосов (до 24).

Привод состоит из электродвигателя 1, ременной передачи 2, конических шестерен 3 и 4, эксцентрика 5 и бугеля 6. К бугелю прикрепляются тяги 7 привода СШН. Эксцентрик 5 и бугель 6 соприкасаются между собой, поэтому при вращении эксцентрика бугель совершает возвратно-поступательное движение, заставляя перемещаться тяги.

Групповые приводы могли быть применены там, где скважины расположены недалеко друг от друга, имеют небольшую глубину, можно учесть особенности каждой скважины.

При этом территория промысла перегораживается движущимися тягами, создаются трудности для передвижения транспорта и людей, создаются опасные условия труда. КПД группового привода очень низок. Применялись групповые приводы на промыслах Башкирии – в Ишимбае (1936-1940 г.г.).

1-насос; 2-колонна штанг; 3-колонна НКТ; 4- цилиндр насоса

Рисунок 11- Схема глубинно-насосной установки

1-электродвигатель; 2-ременная передача; 3,4- конические шестерни; 5-эксцентрик; 6-бугель; 7-тяги

Источник

Разновидности устьевого оборудования

Устьевой шток, представляющий собой особую штангу, необходим для соединения колонны штанг с канатной подвеской. Он имеет полированную поверхность, выпускается без головок с типом резьбы, который предусматривает стандарт. Чтобы защитить полированный шток от коррозии осуществляется окрашивание, цинкование, ингибирование. Функции, выполняемые устьевым оборудованием НС, являются следующими:

• обеспечение герметизации затрубного пространства;
• отвод скважинной продукции;
• подвешивание НКТ.

Насосная установка оснащается устьевым оборудованием, включающим:

1. Устьевой сальник. Обеспечивает герметизацию выхода устьевого штока за счет сальниковой головки.
2. Тройник. Ввинчивается в муфту НКТ, он необходим для отвода скважинной продукции.
3. Крестовина. Позволяет подвесить колонну НКТ на конусе, чтобы правильно расположить ее относительно скважинной оси.
4. Запорные краны, а также обратные клапаны.

Для самоустановки сальниковой головки предусмотрено шаровое соединение. Это обеспечивается при несоосности сальникового штока и НКТ, у которых отсутствует совпадение осей

Это важно для исключения износа уплотнительной набивки и облегчения смены специальной набивки. Наличие крестовины позволяет опускать приборы в затрубное пространство посредством устьевого патрубка, имеющего задвижку

Комплектация станка-качалки

Среди узлов станка-качалки выделяются:

1. Рама.
2. Стойка, имеющая вид усеченной 4-гранной пирамиды;
3. Балансир, оснащенный поворотной головкой.
4. Траверса с шатунами.
5. Редуктор.

Комплектация СК предусматривает набор шкивов, позволяющих изменять число качаний путем дискретного регулирования. Смена и натяжение ремней двигателя происходит достаточно быстро с использованием поворотной рамы-салазок. Монтаж станка-качалки производится на раму, смонтированную на железобетонном фундаменте. Для фиксации насосного балансира применяется шкив, который носит название тормозной барабан. Головка обеспечивает проход насосной установки в процессе ремонта скважины под землей.

Совершаемое головкой балансира движение по дуге предполагает ее соединение со штангами и устьевым штоком за счет гибкой канатной подвески, регулирующей посадку насосного плунжера в цилиндр СН. Амплитуда перемещения головки балансира регулируется посредством изменения участка сочленения кривошипа с шатуном относительно оси вращения. Перемещение грузов на балансир приводит к уравновешиванию действия станка-качалки. Процесс рассматривается как балансирное, роторное либо комбинированное штанговое уравновешивание.

Штанговые глубинные насосы: конструкция, принцип работы, разновидности

Штанговое глубинное гидрооборудование используется для того, чтобы обслуживать очень глубокие скважины.

Примером отрасли, в которой достаточно широко распространено применение такого гидрооборудования, является нефтедобывающая промышленность. Именно штанговые глубинные насосы зачастую применяются для откачивания нефти.

Конструкция и принцип работы штанговых глубинных насосов

1. Особого цилиндрического корпуса, внутри которого находится плунжер.
2. Специального нагнетательного клапана.
3. Всасывающего клапана.
4. Насосных штанг, соединенных между собой специальным устройством.

Принцип работы штанговых глубинных насосов весьма прост. С помощью плунжера, который создает определенное разрежение давления, происходит всасывание жидкости.

С началом движения этого устройства вниз жидкость начинает поступать в систему с помощью подъемных труб. Если идет безостановочная работа глубинного оборудования, жидкость заполняет все подъемные трубы и только затем поступает в систему на поверхности.

Типы штангового глубинного оборудования

Конструктивное исполнение позволяет разделить глубинное насосное оборудование такого типа на несколько разновидностей:

1. Вставные штанговые насосы. Такие насосы погружаются в шахту источника и извлекаются из нее только в собранном виде. Подобное оборудование обслуживает скважины большой глубины с очень небольшим дебитом откачиваемой жидкости. Осуществление ремонтных работ штанговых насосов данного типа не вызывает затруднений, что также выступает в качестве их преимущества. Вставные штанговые насосы также можно условно разделить на 2 вида в зависимости от места расположения замка: снизу или сверху.
2. Невставные штанговые насосы. Установка данного насосного оборудования требует выполнения сложных действий. Погружение и извлечение невставного штангового насоса осуществляется в 2 этапа. Такое оборудование также разделяется на несколько типов:

• насосная установка без специального ловителя;
• невставной глубинный насос с захватным штоком;
• невставной глубинный насос с ловителем.

Помимо различий в конструкции штанговые глубинные насосы могут иметь весьма большую разницу в размерах, обусловленную спецификой применения устройства и требований к нему.

Также существует возможность изготовления штанговых глубинных насосов по специальному заказу, что позволяет создать устройство, обеспечивающее возможность работы в особых условиях.

• Невставное насосное оборудование с ловителем имеет большую популярность из-за того, что отличается простой конструкцией и высоким уровнем надежности при использовании.
• На выбор насосного штангового оборудования влияют конкретные условия применения, характеристики жидкости.
• Категория штангового насоса и технические характеристики указаны в виде специальной маркировки на изделии, с помощью которой отражены все основные характеристики и параметры устройства.

Детали конструкции

Уровень эффективности и степень работоспособности в ходе применения глубинного насосного оборудования зависят от различных специальных устройств.

В процессе работы глубинного гидрооборудования штанги испытывают очень сильные нагрузки, что диктует особые требования к их производству.

Они должны быть выполнены из высококачественной стали с последующим нормализационным отжигом. Также выполняется закалка ТВЧ. От того, какой установлен плунжер и цилиндр, от расположения якорного башмака зависит категория насосного штангового оборудования.

Плюсы и минусы штанговых насосов

По сравнению с другими типами разнообразного насосного оборудования штанговые насосы обладают определенными преимуществами и недостатками.

Преимущества:

1. Высокая эффективность.
2. Легкость технического обслуживания и проведения ремонтных работ.
3. Можно использовать для работы двигатели разных видов.
4. Можно использовать для обслуживания пескопроявляющих источников, перекачивания нефти, имеющей газовые составляющие.

Недостатки:

1. Невозможность использования в скважинах различной глубины. Возрастает риск обрыва штанг в зависимости от глубины скважины.
2. Невысокий уровень подачи, обеспечиваемый данными насосами.
3. Нельзя использовать для обслуживания различных скважин имеющих большой наклон и высокую степень искривления.
4. Нельзя использовать для обслуживания источников, которые имеют горизонтальный тип.

Выбор подходящего штангового глубинного гидрооборудования зависит от многих факторов и параметров, которые во многом влияют на эффективность и долговечность его применения.

Как читать маркировку

Для того чтобы определить, к какой категории относится глубинный штанговый насос, а также узнать, какими характеристиками обладает такое устройство, достаточно расшифровать его маркировку. Такая маркировка, расшифровка которой не представляет больших сложностей, выглядит следующим образом:

Буквы и цифры, присутствующие в такой маркировке, последовательно обозначают следующие параметры:

• тип штангового насоса, который, как уже говорилось выше, может относиться к одной из следующих категорий: HB1, НВ2, НН, HH1, НН2;
• тип конструктивного исполнения цилиндра и конструктивные особенности устройства в целом;
• условный диаметр плунжера, измеряемый в мм (современные модели штанговых глубинных насосов по данному параметру могут относиться к устройствам следующих категорий: 29, 32, 38, 44, 57, 70, 95 и 102 мм);
• максимальный ход, который может совершать плунжер (для того чтобы узнать, на какое расстояние в мм перемещается плунжер, значение в маркировке необходимо разделить на сто);
• напор в м вод. ст., который способен обеспечить представленный глубинный насос (это значение в маркировке также необходимо разделить на сто);
• группа посадки (по степени увеличения расстояния, имеющегося между плунжером и внутренними стенками цилиндра, рассматриваемые устройства могут соответствовать одной из следующих групп посадки: 0, 1, 2, 3).

Группы посадок насоса в зависимости от величины зазора между цилиндром и плунжером

КОМПОНОВКА ШГН-ШГН С ПОЛЫМИ ШТАНГАМИ

В 2012 году в рамках Системы Новых Технологий мы испытали в скважинах ОАО «Удмуртнефть» две компоновки данного типа разных (совместно с ООО ПКТБ «Техпроект») и ООО «ЭЛКАМ» (рис. 5).

Рис. 5. Компоновка ШГН-ШГН с полыми штангами

В данных компоновках сдвоенный ШГН состоит из последовательно соединенных верхнего и нижнего насосов. Нижний насос отбирает жидкость из пласта, расположенного под пакером, и по полым штангам подает ее на поверхность, после чего жидкость проходит через тройник, кран, гибкий рукав, расходомер, обратный клапан в тройник, объединяющий два потока пластовой жидкости. Верхний насос отбирает жидкость из пласта, расположенного над пакером, и по полости между колоннами полых штанг и НКТ-73 подает ее на поверхность. Пакер предназначен для разобщения нефтяных пластов при добыче. Также данные компоновки оснащены греющими кабельными линиями (ГКЛ), предназначенными для нагрева НКТ в целях предотвращения образования АСПО, и могут быть дополнительно оснащены капиллярными трубками для подачи химических реагентов.

Достоинства и недостатки цепного привода

Модель ПЦ-80х6,1 в нашей стране производится предприятием АО «Ижнефтемаш». Отечественное оборудование создано на основе разработки американского предприятия Weatherford под названием Rotaflex. Конструкция привода оборудована рамой, которая размещена на отдельном основании. В процессе сборки оборудования на раму производится установка следующих деталей:

• электрического двигателя;
• редуктора;
• ременной передачи;
• ведущей и ведомой звездочек;
• каретки с противовесом;
• колонны штанг.

Для соединения элементов используются гибкие звенья непрерывного типа. В нефтедобывающей отрасли широко применяются не только балансирные приводы, которые считаются традиционными, но и безбалансирные, т. е. цепные. Преимущества, которые имеет привод цепной скважинного штангового насоса, могут быть следующими:

1. Размеры безбалансирных приводов и их масса в меньшей степени зависят от длины хода, чем параметры этих элементов станка-качалки балансирного типа.
2. Скорость движения штанг привода цепного меньше по части хода, чем параметр скорости подъема колонны за цикл у станков-качалок балансирного типа в 1,6-1,7 раза.
3. Производительность оборудования увеличивается, а расходы энергии на подъем скважинного продукта сокращаются.
4. Коэффициент использования мощности (КИМ) повышается, поскольку нагрузка электрического двигателя на привод штангового скважинного насоса равномерная.

Нагрузка различных типов, приходящаяся на штанги, снижается в условиях спокойного режима откачки скважинной жидкости на длинном ходу. Перечисленные достоинства позволяют привести в соответствие следующие виды показателей, характеризующих работу оборудования:

• откачка состава, имеющего высокую степень вязкости;
• количество аварийных ситуаций, произошедших со штангами;
• износ труб, включая штанги;
• коэффициент наполнения скважинного насоса;
• длительность срока эксплуатации устьевого сальника и его производительность.

При всей надежности устройства балансирный привод отличается следующими недостатками:

Короткий срок использования редуктора. Разрушение деталей, входящих в состав преобразующего механизма. Усложненная перестановка пальцев шатунов. Высокий уровень трудоемкости движения грузов при достижении их равновесия. Неуравновешенность масс. Важность обустройства фундамента под установку, обладающего высокой стоимостью.

Модификация насосов российского производства отличается присоединительными параметрами.

Условия использования ШСН

Изготавливаемые типы скважинных штанговых насосов осуществляют подъем жидкости. Государственный стандарт предусматривает деление колонн НКТ по методу крепления на 2 типа:

1. Вставные (НСВ).
2. Невставные (НСН).

Трубный насос или НСН, имеющий седло ВК (всасывающего клапана), оснащен цилиндром, опускание которого происходит в скважину на НКТ. Плунжер, предусматривающий наличие клапанов, должен опуститься в скважину перед сосом, а затем входит в цилиндр. Это осуществляется посредством штанг. Чтобы обеспечивалось соединение плунжеров установок с шариками клапанов всасывающего типа, применяются специальные штоки.

Минусом НСН является не только сложность процесса сборки, но и долгое время подъема устройства на поверхность. Ликвидировать неисправности конструкции сложно. Вставные насосы собираются на поверхности, после производится их спуск под землю на штангах внутрь колонн НКТ на определенную глубину скважины.

Трубный скважинный насос требует при подъеме насосного цилиндра установки из-под земли извлекать ее целиком. Это условие считается основной отличительной чертой НСН от НСВ. Вставные насосы в 2-2,5 раза увеличивают скорость спускоподъемных операций, что облегчает труд рабочих, осуществляющих ремонт скважин.

Вставной насос обладает меньшей подачей, чем невставной. Это обусловлено наличием труб заданного диаметра. Спуск НСВ осуществляется на штангах, а укрепление либо уплотнение элемента при наличии посадок производится на замковой опоре цилиндра. Она должна опуститься на НКТ.

Осуществлять подъем насоса из нефтяной скважины с помощью НСВ следует одновременно с извлечением колонны штанг при значительной глубине спуска. Эксплуатация НСВ осуществляется, если скважина обладает малым дебитом. Движение плунжера НСН является вертикальным, так как спуск и подъем осуществляются через штанги.

Структура полного обозначения ГШН по API

Cпециальные исполнения всасывающих клапанов трубных насосов

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Главное преимущество технологии заключается в уникальной мобильности ЛП, что было подтверждено в практических условиях. Интеллектуальный алгоритм контроллера станции управления, основанный на анализе ваттметрограмм, продемонстрировал способность поддерживать режим максимальной подачи насоса в границах технических характеристик подземного и наземного оборудования. Способность станции управления передавать не только текущую информацию, но и историю событий в режиме реального времени позволила оптимизировать процесс закачки химреагента для разрушения эмульсии. Полностью исчезла необходимость в проведении исследования скважины с применением динамографа и эхолота. Немаловажным преимуществом служит и то, что почти все движущиеся механизмы LRP закрыты, что повышает уровень безопасности при эксплуатации данного оборудования.

Однако обнаружились и недостатки ЛП. Основным из них, и довольно серьезным стала малая длина хода привода, по причине которой приходилось переходить на режимы с повышенным числом качаний или применять плунжер с увеличенным диаметром. Такие режимы эксплуатации ШГН значительно повышают усталостные нагрузки на штанги, что увеличивает вероятность их обрыва и снижает ресурс эксплуатации. В свою очередь увеличение числа двойных ходов штока при эксплуатации наклонных скважин привело бы к увеличению износа штанг и НКТ и, соответственно, к повышению частоты отказов оборудования. Как показал вышеописанный пример испытаний LRP, увеличение числа двойных ходов штока осложняет эксплуатацию и скважин, осложненных образованием эмульсий. Следует отметить, что конструкторы компании-производителя UNICO хорошо понимают проблемы, связанные с конструктивными недостатками LRP, и по итогам ОПИ приступили к разработке привода большей длиной хода, что должно сделать данное оборудование более конкурентоспособным.

Безусловно, руководствуясь результатами работы одной установки в течение шести месяцев, было бы неправильно делать вывод о необходимости повсеместного тиражирования технологии. Но основываясь на том, что в течение этого времени удалось достичь всех поставленных целей и оценить неоспоримые преимущества LRP на реальном месторождении, а также, учитывая успешный опыт эксплуатации ЛП за рубежом (в чем имели возможность убедиться специалисты компании), очевидна целесообразность тиражирования данной технологии. Возможно, на первом этапе в ограниченном объеме.

Областью применения для данного оборудования могли бы стать скважины с нестабильным или снижающимся притоком (после ГТМ), скважины в пробной эксплуатации, в отношении которых необходимо оценить целесообразность обустройства; месторождения в труднодоступной местности, куда затруднена доставка грузов (вес LRP – 1,7 т); низкодебитные скважины, осложненные мехпримесями; скважины часто-ремонтируемого фонда.

Процесс испытания проходил под постоянным контролем представителей фирмы-производителя и компании-поставщика. Стало очевидным, что данное оборудование нуждается в контроле высококвалифицированного персонала, в большей части это касается настроек станции управления. Подавляющее число манипуляций с установкой представители фирмы выполняли дистанционно из других регионов и даже государств в любое время суток.

УСТАНОВКИ ШТАНГОВЫХ ВИНТОВЫХ НАСОСОВ ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ

Еще одним видом штанговых насосных установок для добы­чи нефти являются винтовые штанговые насосные установки (ВШНУ) с поверхностным приводом. Их история начинается в 50-е годы XX века от выпускавшихся в СССР установок винто­вых артезианских насосов типа ВАН для откачки воды из неглу­боких (до 100 м) скважин с приводом через собранный из штанг трансмиссионный вал, вращающийся в радиальных резинометаллических опорах внутри напорного трубопровода.

ВШНУ для отбора пластовых жидкостей из глубоких нефтя­ных скважин появились на нефтепромысловом рынке в начале 80-х годов в США и во Франции. В настоящее время создано большое количество типоразмеров ВШНУ с диапазоном подач от 0,5 до 1000 м3/сут и давлением от 6 до 30 МПа.

Причиной достаточно широкого применения ВШНУ служат их технико-экономические преимущества по сравнению с дру­гими механизированными способами добычи нефти:

по сравнению с СШНУ.

• простота конструкции и малая масса привода;

• отсутствие необходимости в возведении фундаментов под привод установки;

• простота транспортировки, монтажа и обслуживания;

• широкий диапазон физико-химических свойств откачивае­мых пластовых жидкостей (возможность откачки жидкостей высокой вязкости и повышенного газосодержания);

• уравновешенность привода, постоянство нагрузок, действу­ющих на штанги, равномерность потока жидкости, снижение энергозатрат и мощности приводного двигателя, минимальное эмульгирующее воздействие на откачиваемую жидкость;

• отсутствие клапанов в скважинном насосе;

по сравнению с УЭВН:

• простота конструкции насоса (отсутствуют шарнирные со­единения, пусковые муфты, радиальные и осевые подшипники);

• наземное расположение приводного электродвигателя, что приводит к снижению его стоимости и к отсутствию дорогосто­ящих гидрозащиты и длинного бронированного кабеля.

Рациональной областью применения ВШНУ являются

вертикаль­ные скважины или скважины с малыми темпами набора кри­визны с пластовыми жидкостями высокой вязкости, с повышен­ным содержанием газа и механических примесей. Чаще всего ВШНУ применяются для дебитов от 3 до 50—100 м3/сутки с напором до 1000—1500 м, однако, как уже отмечалось, некото­рые типоразмеры ВШНУ могут иметь гораздо большие добыч­ные возможности.

СОСТАВ УСТАНОВКИ И ЕЕ ОСОБЕННОСТИ

ВШНУ (рис. 7.128) включат в свой состав наземное и скважинное оборудование.

Наземное оборудование ВШНУ устанавливается на трубной головке скважины и предназначено для преобразования энер­гии приводного двигателя в механическую энергию вращающейся колонны штанг.

Наземное оборудование состоит из:

— тройника для отвода пластовой жидкости;

— приводной головки;

— рамы для крепления приводного двигателя;

— трансмиссии;

— приводного двигателя с устройством управления;

— устройства для зажима (подвески) полированного штока. Приводная головка

предназначена для передачи крутящего

момента колонне штанг, восприятия осевых нагрузок от веса штанг и гидравлической силы в рабочих органах насоса, уплот­нения устья скважины. Конструктивно приводная головка вы­полнена на базе корпуса, устанавливаемого на тройник-отвод посредством фланцевого или резьбового соединения. Внутри корпуса, заполненного маслом, на подшипниках качения распо­лагается приводной вал, связанный с ведомым шкивом силовой передачи. В качестве упорного подшипника, воспринимающего осевую нагрузку, используются конический или сферический роликовые подшипники. Для уплотнения вращающегося при­водного вала или полированного штока служит одинарное или сдвоенное сальниковое устройство с использованием уплотнительных колец или мягкой набивки.

Рис. 7.128. Установка винтового штангового насоса

1 — приводная головка; 2 —

приводная головка;
3
— превентор;
4 —
трубная головка; 5 — полированный шток;
6 —
штанга;
7 —
центра­тор;
8 —
ротор;
9 —
статор,
10 —
палец; 11 — электродвигатель

Для предотвращения обратного вращения колонны штанг после остановки приводного двигателя приводная головка ос­нащается тормозным устройством механического или гидрав­лического типа. Это устройство необходимо для восприятия момента кручения от колонны насосных штанг и не допуска­ет отворота резьб штанг и обратного вращения, как самой ко­лонны штанг, так и элементов приводной головки и транс­миссии.

В отдельных компоновках ВШНУ для удобства обслужива­ния установки под приводной головкой устанавливается допол­нительный сальник или плашечный превентор. Первый служит для замены основного сальника без остановки насоса, что осо­бенно актуально в зимних условиях эксплуатации ВШНУ, вто­рой — для герметизации устья скважины при ремонте поверхно­стного оборудования.

В ряде моделей ВШНУ зарубежных фирм приводная головка снабжается ограничителем крутящего момента.

Рама под приводной двигатель при использовании клиноременной силовой передачи оснащается устройством натяжения ремней.

Зажим полированного штока, как правило, осуществляется двумя полухомутами, внутренняя цилиндрическая поверхность которых закрепляется со штоком с помощью четырех или шести болтов, а наружная профилированная поверхность (например, прямоугольная) вставляется в ступицу приводного вала.

Скважинное оборудование ВШНУсостоит из колонны НКТ, в нижней части которой устанавливается статор насоса и враща­ющейся в центраторах колонны штанг, нижний конец которой соединен с ротором насоса.

Компоновка низа колонны НКТ в зависимости от условий эксплуатации скважины может включать следующие элементы: фильтр; газовый и песочный сепараторы; динамический якорь (анкер); центратор или фонарь статора; обратный и циркуляци­онный клапаны; упорный палец насоса.

Динамический якорь, устанавливаемый ниже статора, фик­сирует НКТ относительно эксплуатационной колонны в ради­альном направлении, допуская при этом их вертикальное пере­мещение. Включение в скважинное оборудование ВШНУ якоря обусловлено тем, что при правом (по часовой стрелке) враще­нии штанговой колонны реактивный момент, возникающий на корпусе статора насоса, работает на отворот резьб статора и НКТ. Якорь выполняется на базе фрикционного механизма, приводя щего в действие плашки при возникновении крутящего момен­та. Якорь целесообразно использовать при больших крутящих моментах, обусловленных диаметром винта или давлением на­соса. При отсутствии якоря при монтаже ВШНУ необходимо обеспечить требуемые моменты крепления резьбовых соедине­ний НКТ.

Упорный палец в насосе служит для правильной подгонки длины колонны штанг при монтаже винтового насоса.Штанговые невращающиеся центраторы, выполняющие фун­кцию промежуточных радиальных опор, могут быть представле­ны в двух конструктивных исполнениях:

— неразборные, размещенные непосредственно на полноразмерной или укороченной штанге по специальной технологии и заводских условиях;

— разборные, устанавливаемые между муфтами стандартных штанг.

Наиболее рационально применять штанговые центраторы, обеспечивающие их неподвижность относительно колонны НКТ, что приводит к снижению расхода электроэнергии и износа НКТ. Центраторы выполняются из пластмасс или композитных мате­риалов, работоспособных в различных средах и температурных условиях.

Несколько нижних штанг, расположенных в непосредствен­ной близости к эксцентрично вращающемуся ротору, центрато­рами не оснащаются.

Надежность работы ВШНУ во многом зависит от точности осевой подгонки ротора в статор, определяемой по разгрузке веса колонны штанг при помощи индикатора веса на подъем­ном агрегате или по вращению колонны штанг при перемеще­нии ротора в статоре. Для осевой подгонки ротора в компонов­ку колонны штанг, также как и в СШНУ, включаются укор штанги длиной от 1 до 3 м. Точная подгонка, как и в СШНУ, обеспечивается за счет захвата полированного штока (в ВШНУ имеющего название полированного или приводного вала) специальными полухомутами в любом месте поверхности.

При работе установки ВШН поднимаемая пластовая жидкость движется в кольцевом зазоре между колоннами НКТ и штанг и алее через боковой отвод тройника поступает в промысловый коллектор.

В ВШНУ наибольшее распространение получили НКТ и насосные штанги диаметром соответственно 73 и 22 мм. В установках используются стандартные полированные штоки диамет­ром 31 и 36 мм.

КЛАССИФИКАЦИЯ ВШНУ

В зарубежной и отечественной практике известно большое Количество схем и типоразмеров ВШНУ, которые можно клас­сифицировать следующим образом:

— по типу привода

различают установки с электроприводом, объемным гидроприводом, приводом от ДВС и газового двига­тели. Наиболее широкое применение получили ВШНУ с асинх­ронным электроприводом переменного тока с номинальной частотой вращения 1000 об/мин. Мощность электродвигателя в зависимости от подачи и давления насоса изменяется от 3 до 100 кВт и выше;

— по кинематической схеме привода

различают ВШНУ с одной и двухступенчатой трансмиссией.

Простейшая схема ВШНУ, исключающая силовую трансмис­сию, в которой двигатель напрямую соединяется с валом приводной головки, на практике не используется, поскольку требу­ет применения тихоходных двигателей, что неэффективно.

Одноступенчатая схема трансмиссии может быть реализова­на на базе ременной, цепной или зубчатой (цилиндрической или конической, встроенной в опорный корпус приводной головки, которая в этом случае выполняет также функцию редуктора) передачи.

Двухступенчатая схема (первая ступень — ременная, вторая ступень — зубчатая передача) обеспечивает возможность использования быстроходных приводных двигателей с пониженными массогабаритными показателями, а также снижение передаточ­ного отношения первой ступени, что позволяет осуществлять широкое регулирование частоты вращения штанг путем смены шкивов ременной передачи.

В отдельных случаях для упрощения трансмиссии в качестве приводного электродвигателя целесообразно использовать мо­тор-редуктор.

Наибольшее распространение получили схемы приводов с одноступенчатой ременной трансмиссией;

— по типу ременной передачи

различают приводы с клиноременными и зубчатыми ремнями.

Наиболее часто в ВШНУ применяются обычные многоряд­ные клиноременные передачи. В некоторых конструкциях ис­пользуются поликлиновые и зубчатые ремни. Последние обес­печивают передачу высоких крутящих моментов без скольже­ния, не требуют предварительного натяжения и периодической подтяжки, отличаются компактностью и высоким КПД.

Передаточное отношение клиноременной передачи обычно не превышает 5, поэтому при использовании одноступенчатой трансмиссии с номинальной частотой вращения электродвига­теля 1000 об/мин минимально возможная частота вращения штанг составляет 200 об/мин, что не всегда соответствует требованиям эксплуатации;

— по конструкции вала

приводной головки существуют ком­поновки с цельным и полым валом.

Компоновка с цельным валом, не требующая использования полированного штока, сложна при регулировке осевого положе­ния ротора насоса относительно статора во время монтажа ко­лонны штанг. В этой связи приводной вал, как правило, выпол­няется полым, что позволяет пропускать внутри него полиро­ванный шток и регулировать положение последнего в осевом направлении;

— по расположению приводного двигателя

встречаются компо­новки с вертикальным и горизонтальным расположением оси двигателя.

Вертикальная компоновка двигателя характерна для односту­пенчатых ременных трансмиссий, горизонтальная (когда ось приводного двигателя располагается перпендикулярно оси сква­жины) — для приводов с зубчатой конической передачей;

— по способу регулирования скорости

приводного вала ВШНУ различают приводы с регулируемым приводным двигателем (элек­трическим или гидравлическим) и с регулируемым передаточ­ным отношением трансмиссии, осуществляемым сменой шки­вов ременной или введением в кинематическую схему механи­ческого вариатора передачи.

Наиболее перспективно использование установок с частотно-регулируемым электроприводом переменного тока, обеспечива­ющим полный диапазон регулирования скорости (от 0 до 100%) и возможность поддержания оптимального в заданных условиях режима работы системы пласт—насос—привод. Другая функция регулируемого электропривода — плавный пуск и останов уста­новки, что повышает надежность ее эксплуатации. Станция уп­равления регулируемым электроприводом включает систему кон­троля и регистрации, что позволяет отслеживать режим работы привода и вносить необходимые управляющие воздействия;

— по кинематическому отношению рабочих органов винтового насоса

различают насосы с однозаходным ротором (с кинемати­ческим отношением 1:2) и многозаходными рабочими органами (с кинематическим отношение 2:3; 3:4; 4:5 и т.д.).

Выбор кинематического отношения рабочих органов насоса обусловливается требуемыми эксплуатационными параметрами (диаметр, расход, давление, частота вращения) и технологичес­кими возможностями производителей винтовых пар (см. ниже);

— по схеме закрепления статора

различают трубный (статор закрепляется на резьбе на конце колонны НКТ) и вставной (ста­тор спускается на штангах в сборе с ротором и крепится в НКТ с помощью специального замка) винтовые насосы.

Области применения и эффективность схемы вставного на­соса, позволяющая производить замену рабочих органов насоса (при их износе или в случае перехода на новых режим откачки) без подъема колонны НКТ подробно рассмотрена в разделе 7.2.11. настоящей книги;

— по схеме закрепления низа НКТ

относительно обсадной ко­лонны различают компоновки со свободным и заякоренным низом;

— по кинематической схеме насоса

возможна реализация двух вариантов: с вращающимся внутренним элементом (винтом) и с вращающимся наружным элементом (обоймой).

Типовая схема с вращающимся винтом — наиболее простая и экономичная как в конструктивном плане, так и при монтаже и эксплуатации — нашла повсеместное применение в зарубежной и отечественной практике.

Схема с вращающейся обоймой, в которой поток пластовой жидкости поднимается по внутреннему каналу вращающихся полых штанг или труб, предложена с целью предотвращения отложения парафина на НКТ и снижения гидравлических по­терь на трение за счет создания водяного кольца на стенках по­лых штанг. Такая схема является более сложной, требует ис­пользования полых штанг увеличенного диаметра и устьевого вертлюга для отвода жидкости из скважины и не нашла про­мышленного применения.