28 Силы, действующие на головку балансира при работе шсну

Для выяснения нагрузок, действующих на колонну штанг (в ТПШ) в течение насосного цикла, рассмотрим схему, представленную на рис. 9.7. В общем случае на колонну штанг действуют следу­ющие нагрузки (при ходе вверх):

1. От собственной силы тяжести штанг в смеси (жидкости) — G_{ш Т}.см .

2. От силы тяжести смеси (жидкости) в колонне НКТ — G_{cм т}.

3. От давления на устье в колонне НКТ — G_py .

4.От трения колонны штанг о НКТ, плунжера в цилиндре, а также от гидродинамического трения продукции скважины в тру­бах — G_Tр (при ходе вверх), G_T'_p (при ходе вниз). Направление указанных сил совпадает с направлением ускоре­ния свободного падения. Кроме этих сил, на колонну штанг (плун­жер) действуют следующие силы с противоположным знаком:

5. От давления в затрубном пространстве скважины — G_рз.

6. От силы тяжести жидкости (смеси) в затрубном пространстве—G_сMз.

При ходе штанг (плунжера) вверх всасывающий клапан открыт, а нагнетательный — закрыт и нагрузка, действующая на плунжер (штанги) со стороны НКТ (труб) G_T, такова (см. рис. 9.7):

G_т = G_см.т + G_py , (9_-74)

а со стороны затрубного пространства G₃:

Gз =(G_см.з + G_рз). (9.75)

При ходе штанг (плунжера) вниз нагнетательный клапан открыт, а всасывающий — закрыт и нагрузки, действующие на плунжер (штанги) как со стороны НКТ (труб) G_T, так и со стороны затруб­ного пространства G₃, равны нулю. При этом такте (нагнетания) нагрузка (G_T - G₃) действует на колонну НКТ (труб).

Силы, рассмотренные выше, являются преобладающими при ста­тическом режиме работы установки. При динамическом режиме, кроме рассмотренных, существенными являются следующие силы:

1. Инерционные — G_ин.

2. Вибрационные — G_виб.

Таким образом, при ходе вверх максимальная нагрузка, действу­ющая в ТПШ, такова:

G =G_шт.см +G _см.т +G_py + G_тр - G_рз – G_см.з + G_ин + G_виб. (9.76)

При ходе вниз нагрузка, действующая в ТПШ, минимальна и такова:

G_мин, = G_шт.см - G’_тр- G_ин- G_виб . (9.77)

При ходе вниз нагрузка (G_T - G₃) действует на колонну НКТ, т.к. всасывающий клапан закрыт, а нагнетательный клапан открыт.

29 Принципы подбора оборудования и режима работы шсну применительно к конкретной скважине

Штанговые скважинные насосы

Насосы разделяются на невставные или трубные и вставные. Основные особенности их состоят в следующем.

Невставные насосы. Цилиндр спускается в скважину на насосных трубах без плунжера. Плунжер спускается отдельно на насосных штангах. Плунжер вводится в цилиндр вместе с подвешенным к плунжеру всасывающим клапаном. Чтобы плунжер

Рис. 10.2. Принципиальная схема скважинных штанговых насосов:

а - невставной насос с штоком типа НГН-1; б - невставной насос с ловителем типа НГН-2; 1 - нагнетательные клапаны, 2 - цилиндры, 3 - плунжеры; 4 - патрубки-удлинители, 5 - всасывающие клапаны, 6 - седла конусов, 7 - захватный шток, 8 - второй нагнетательный клапан, 9 - ловитель, 10 - наконечник для захвата клапана; в - вставной насос типа НГВ-1: 1 - штанга, 2 - НКТ, 3 - посадочный конус, 4 - замковая опора, 5 - цилиндр, 6 - плунжер, 7 - направляющая трубка

довести до цилиндра насоса без повреждений через трубы, последние должны иметь внутренний диаметр больше наружного диаметра плунжера (примерно на 6 мм). Для извлечения невставного насоса в случае замены или ремонта необходимо сначала извлечь штанги с висящим на их конце плунжером, а затем насосные трубы с висящим на их конце цилиндром насоса.

Цилиндры насосов. Цилиндры собираются из коротких (0,3 м) стальных или чугунных втулок, вставляемых на специальной оправке в кожух и сжатых с торцов муфтами кожуха. Число втулок в насосах НГН-1 - от 2 до 7, что обеспечивает ход плунжера до 0,9 м; в насосах НГН-2 - от 6 до 24 и в насосах НГВ-1 - от 9 до 27, что обеспечивает ход плунжера до 6 м. В некоторых случаях цилиндры короткоходовых насосов изготовляются из цельной стальной трубы с гладкообработанной внутренней поверхностью. Длинные цельные цилиндры изготовить технически трудно, так как при этом не удается выдержать необходимую точность.

Конструктивно вставные насосы несколько сложнее невставных.

Все насосы по зазору между плунжером и цилиндром делятся на три группы посадки:

Группа посадки ......…….. 1 II III

Зазор, мкм ........………… 20 - 70 70 - 120 120 – 170

Насосы III группы посадки, как правило, применяются для неглубоких скважин при откачке вязких нефтей и эмульсий и при больших отборах жидкости. Насосы II группы посадки применяются при средних глубинах и откачке масляной нефти. Насосы I группы применяют для глубоких скважин при откачке масляной нефти при полном отсутствии песка в откачиваемой жидкости.

Плунжеры насосов. Плунжеры изготавливаются из стальных труб стандартной длины 1,2 м. Наружная поверхность - полированная хромированная. Плунжеры бывают гладкие (рис. 10.3, а), с кольцевыми канавками (рис. 10.3, б), с винтовой канавкой (рис. 10.3, в) и типа «пескобрей» (рис. 10.3, г).

Кроме того, имеются плунжеры, армированные тремя или четырьмя резиновыми кольцами, которые применяются в насосах НГН-2Р, что означает: насос глубинный невставной типа 2 с плунжером, имеющим резиновые кольца (Р).

Если цилиндр насоса безвтулочный, а плунжер с резиновыми кольцами, то к шифру будет добавлена буква Б, например, НГН-1РБ (буква Б означает безвтулочный). Насосы с гуммированным (обрезиненным) плунжером разработаны в Грозном и применяются в неглубоких скважинах.

Клапаны насоса (рис. 10.4, 10.5). Наиболее быстро изнашиваемым узлом в насосе является клапан. Непрерывные удары шарика по седлу под действием столба жидкости в течение длительного времени разбивают поверхность контакта, и герметичность клапана нарушается. Особенно тяжелые условия для работы клапана создаются при откачке жидкости с абразивной взвесью (песок) и при наличии коррозионной среды.

На верхнем переводнике каждого вставного и невставного насоса выбивается клеймо, на котором отмечаются 1 - товарный знак завода-изготовителя, 2 - заводской номер насоса, 3 - шифр насоса, условный диаметр, допустимая длина хода плунжера и максимальная глубина спуска, 4 - год выпуска насоса.

Кроме того, на кожухе каждого насоса у верхнего его конца наносится шифр насоса (по трафарету эмалевой краской), например, НГН2-43-4200-II-П-120. Это означает: насос невставной 2-го типа диаметром 43 мм с максимальным ходом плунжера до 4200 мм, II-й группы пригонки с плунжером типа пескобрей (П) с давлением опрессовки 120 атмосфер (12 МПа). Все насосы, кроме того, снабжаются паспортом с указанием всех технических данных.

Рис. 10.3. Плунжеры, применяемые для штанговых глубинных насосов

Рис. 10.4. Клапанные узлы: а - нагнетательный клапан для насосов НГН-1 (43, 55 и 68 мм);

б - всасывающий клапан для насосов НГН-1 (43, 55 и 68 мм);

1 - клетка клапана; 2 - шарик; 3 - седло клапана; 4 - ниппель или ниппель-конус

Рис. 10.5. Нижний нагнетательный клапан насосов НГН-2 с ловителем для захвата

штока всасывающего клапана: 1- 3 - см. рис. 10.4; 4 - корпус ловителя; 5 - ловитель

Необходимо также указать на существование специальных насосов, спускаемых на трубчатых штангах. Их шифр содержит букву Т, например НГН2Т. Это означает: насос глубинный невставной типа 2, для трубчатых штанг. При откачке жидкости с большим содержанием песка и взвеси, для предотвращения попадания этой взвеси в зазор между цилиндром и плунжером и заклинивания, откачиваемая жидкость из плунжера попадает не в насосные трубы, а в полые (трубчатые) штанги и по ним поднимается на поверхность. В качестве трубчатых штанг используются те же трубы, но малого диаметра (48 - 60 мм). Принципиальное отличие насосов для трубчатых штанг состоит только в том, что нагнетательный клапан (один или два) располагается в нижней части плунжера. Верхняя часть плунжера через специальный переводник соединяется с трубчатыми штангами. Поэтому жидкость не попадает в пространство между насосными трубами и трубчатыми штангами. В остальном конструкция этих насосов не отличается от обычных. Насосы для трубчатых штанг могут быть как вставные, так и невставные. Кроме того, разработаны конструкции специальных насосов других типов и назначений, например для раздельной добычи нефти.