3.3.2 Подземное оборудование шсну
Скважинные штанговые насосы предназначены для откачивания из нефтяных скважин жидкости обводненностью до 99 %, температурой не более 130 °С, содержанием сероводорода не более 50 г/л, минерализацией воды не более 10 г/л, максимальная концентрация мех. примесей – до 1,3 г/л, содержание свободного газа на приеме насоса – не более 10 % по объему, с газосепараторами до 75 %.
Скважинные насосы представляют собой вертикальную конструкцию одинарного действия с неподвижным цилиндром, подвижным металлическим плунжером и шариковыми клапанами; спускаются в скважину на колонне насосно-компрессорных труб и насосных штанг.
При штанговой эксплуатации каналом для подъема жидкости от насоса на поверхность служат насосно-компрессорные трубы.
Устройство скважинных штанговых насосов
Скважинный насос представляет собой видоизмененный плунжерный насос, предназначенный для работы в нефтяных скважинах на различных глубинах. Несмотря на большое многообразие скважинных насосов по конструктивным особенностям и условиям их применения, принцип их действия одинаков.
Все скважинные штанговые насосы состоят из следующих основных узлов и деталей (рисунок 3.3): корпус, цилиндр, плунжер, узлы нагнетательного и всасывающего клапанов.
Корпус насоса
Корпус скважинного насоса представляет собой полую трубку, снабженную фильтром. В зависимости от типа насоса его корпус может являться продолжением насосно-компрессорных труб (невставные насосы) или спускаться внутрь колонны насосно-компрессорных труб. Длина цилиндра зависит от длины цилиндра насоса и длины хода плунжера.
а) НСН - 1
б) НСН - 2
1 - колонна насосных штанг; 2 - корпус насоса; 3 - нагнетательный клапан;
4 - плунжер; 5 - цилиндр; 6 - захватный шток; 7 - патрубок-удлинитель;
8 - всасывающий клапан; 9 - седло конуса всасывающего клапана
Рисунок 3.3 – Схемы насосов типа НСН
Цилиндр насоса
Цилиндр скважинного насоса собирается из коротких (300 мм) стальных или чугунных втулок, монтируемых при сборке на специальной скалке и сжатых с торцов муфтами корпуса насоса. После установления в корпусе монтажная скалка извлекается и втулки составляют единый герметичный узел. Внутренняя поверхность и торец втулки тщательно обрабатываются и шлифуются с целью обеспечения плотного прилегания к плунжеру и предотвращения утечек между втулками. Использование наборного цилиндра обусловлено технологическими трудностями обработки внутренней поверхности цилиндра, особенно для длинноходовых насосов. В некоторых случаях цилиндры короткоходовых насосов могут быть изготовлены из цельной стальной трубы с гладкообработанной внутренней поверхностью.
По точности подгонки и величине зазора между цилиндром и плунжером насосы делятся на четыре группы посадки:
группа посадки |
0 |
I |
II |
III |
зазор, мкм |
0-20 |
20-70 |
70-120 |
120-170 |
Чем меньше вязкость откачиваемой жидкости и больше глубина спуска насоса, тем меньше должна быть величина зазора между цилиндром и плунжером.
Число втулок в насосе зависит от необходимой длины хода насосной установки и может меняться от 2 до 24.
Плунжер насоса
Плунжеры насосов представляют собой стальную бесшовную трубу и могут быть нескольких типов:
с гладкой поверхностью;
с кольцевыми канавками;
с винтовой канавкой;
«пескобрей» с кольцевыми канавками и цилиндрической расточкой со скошенными концами в верхней части плунжера;
с накатной поверхностью;
манжетные.
Длина плунжеров для всех типов (кроме манжетных) равна 1200 мм.
Гладкие плунжеры предназначены для откачки жидкости, в которой не содержится песок. Если в жидкости содержится незначительное количество песка, то применяются плунжеры с кольцевыми и винтообразными канавками. Выносимый с жидкостью песок попадает в эти канавки, и его истирающее действие на поверхность плунжера становится слабее.
В случае значительного содержания песка в откачиваемой жидкости применяют плунжер - «пескобрей», у которого нагнетательный клапан расположен в нижней части. Песок, оседающий на поверхности цилиндра, удаляется острой верхней кромкой плунжера, попадает во внутреннюю полость плунжера и в дальнейшем выносится потоком жидкости.
В настоящее время для эксплуатации нефтяных скважин применяют 3 вида плунжеров, использование которых зависит содержания в газожидкостной смеси различных механических примесей и песка. Конструкция плунжеров изображена на рисунке 3.4.
а – плунжер с гладкой внешней поверхностью для нефтей без механических примесей; б – плунжер с кольцевыми канавками-ловушками для нефтей с небольшим количеством песка; в – плунжер типа «пескобрей» для нефтей с большим содержанием песка
Рисунок 3.4 – Конструкция плунжеров насосов
Клапанный узел
Клапанные узлы нагнетательных и всасывающих клапанов в насосах всех типов одинаковы и отличаются лишь размерами и небольшими изменениями в исполнении. Они состоят из седла клапана и шарового клапана, которые изготавливаются из специальных легированных сталей (рисунок 3.5). Причем для самого клапана выбирается более твердый материал с целью сохранения его формы во время работы. В процессе работы происходит приработка клапана к рабочей фаске седла, что обеспечивает хорошую герметичность клапанных узлов. Применяются клапанные шарики диаметром 14; 17,5; 22; 25; 32; 38 и 51 мм в зависимости от типоразмера насоса. Клапанные узлы унифицированы – их применяют и как всасывающие, и как нагнетательные.
а – тип К; б – тип КБ (с буртом); в – тип КИ (износостойкий);
1 – шарик; 2 – седло; 3 – кольцо из твердого сплава
Рисунок 3.5 – Пара "седло – шарик" по ОСТ 26-16-06-86