Оборудование.

12.1 Эксплуатация скважин штанговыми насосами. Наземное оборудование.

Эксплуатация скважин штанговыми скважинными насосами (ШСН) широко распространена на большой части нефтедобывающих месторождений мира.

Оборудование для эксплуатации скважин штанговыми насосами, включает:

• глубинный плунжерный насос;

• систему насосных труб и штанг, на которых насос подвешивается в скважине;

• приводную часть индивидуальной штанговой установки балансирного типа, состоящую из станка – качалки и двигателя;

• устьевое оборудование скважин, предназначенное для подвески насосных труб и герметизации устья;

• приспособления для подвески насосных штанг к головке балансира станка-качалки.

В скважину на колонке насосно-компрессорных труб (НКТ) под уровень жидкости спускают цилиндр насоса, в нижней части которого установлен приемный клапан, открывающейся только вверх. Затем на насосных штангах внутрь НКТ спускают поршень, называемый плунжером, который устанавливают в цилиндр насоса. Плунжер имеет один или два клапана, открывающихся только вверх, называемых выкидными или нагнетательными.

Верхний конец штанг прикрепляют к головке переднего плеча балансира станка-качалки.

Для направления жидкости из насосно-компрессорных труб в нефтепровод и предотвращения ее разлива на устье скважины, устанавливают тройник и выше него сальник через которых пропускают сальниковых (полированных) шток.

Скважинный насос приводится в действие от станка-качалки, в котором вращательное движение, получаемое от двигателя , при помощи редуктора кривошипно-шатунного механизма и балансира преобразуется в возвратно-поступательное движение. Это движение передается плунжеру скважинного насоса.

При ходе плунжера вверх под ним падает давление и всасывающий клапан под давлением столба жидкости в затрубном пространстве открывается, после этого жидкость из скважины поступает в цилиндр насоса. В это время нагнетательный клапан плунжера закрыт под давлением столба находящейся над ним жидкости.

При ходе плунжера вниз приемный клапан под давлением столба жидкости в насосных трубах закрывается, а клапан , расположенный на плунжере, открывается, и жидкость наступает в насосно-компрессорные трубы.

При непрерывной работе плунжера всасывание и нагнетание чередуются, в результате чего при каждом ходе некоторое количество жидкости поступает в насосные трубы. Уровень жидкости в НКТ повышается и достигает устья скважины, жидкость начинает переливаться в выкидную линию через тройник с сальниковым устройством.

Наземное оборудование

Индивидуальный механический привод штанговых скважинных насосов осуществляется станком-качалкой.

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.

В комплект входит набор сменных шкивов для изменения числа качаний. Для быстрой смены и натяжения ремней электродвигатель устанавливается на поворотной салазке.

Станки-качалки выпускаются различных типа размеров, что обеспечивает возможность работы штанговых скважинных насосов различных диаметров, спускаемых на разную глубину, получения необходимой длины хода устьевого штока и крутящего момента на ведомом валу редуктора.

Редуктор предназначен для уменьшения тела оборотов, передаваемых от электродвигателя кривошипам станка-качалки.

На нефтяных промыслах в эксплуатации имеются СК различных типоразмеров и конструкций. В механическом и кине­матическом отношении они достаточно совершенны (рис. 2). В шифре СК указывается грузо­подъемность, максимальный ход и допустимый момент на валу редуктора.

Пример шифра СКЗ—1,2—630. Это означает: грузоподъем­ность станка-качалки — 3 т, максимальный ход—1,2 м, наи­больший крутящий момент на валу редуктора — 630 кгс·м. Та­ким образом, в самом шифре указываются важнейшие харак­теристики СК.

Предусмотрено механизированное плавное перемещение кри-вошипных противовесов, при котором достигается лучшее уравновешивание СК.

Качалки оборудованы двухколодочным тормозом с ручным приводом. Тормозной барабан закреплен на трансмиссионном валу редуктора. С помощью тормоза балансир и противовесы качалки могут быть зафиксированы в любом положении. Элек­тродвигатель устанавливается на салазках, наклон которых регулируется для достижения необходимого натяжения тиксотропных ремней трансмиссионной передачи. Изменение длины хода балансира достигается перестановкой пальца шатуна на кривошипе, а изменение числа качаний достигается сменой шкива на валу электродвигателя на другой размер. Кроме описанных балансирных станков-качалок существует много других индивидуальных приводов для штанговых насос­ных установок, не получивших, однако, широкого распростра­нения. К числу таких приводов можно отнести безбалансирные станки-качалки, в которых возвратно-поступательное движение штанг осуществляется с помощью цепи или канатов, перекину­тых через шкивы-звездочки, укрепленные на наклонной к устью скважины пирамиде-опоре. Канатная подвеска (или цепь) прикрепляется к штангам, а другим концом к кривошипу ре­дуктора.

Рисунок 2. Схема балансирного станка-качалки:

1 — канатная подвеска, 2 — балансир с поворотной головкой, 3 — опора балансира, 4 — стойка, 5 — шатун, 6 — кривошип, 7 — редуктор, 8 —ведомый шкив, 9 — клиноременная передача, 10 — электромотор, 11 — ведущий шкив, 12 — ограждения, 13 — салазки пово­ротные для электромотора, 14 — рама, 15 — противовес, 16 — траверса, 17 — тормозной шкив

При вращении вала редуктора и укрепленных на валу кри­вошипов канаты подвески и колонна штанг совершают воз­вратно-поступательное движение. Отсутствие тяжелого высоко­поднятого на пирамиде-стойке балансира позволяет уменьшить массу безбалансирных станков и несколько улучшить кинема­тику привода. Безбалансирные СК уравновешиваются с по­мощью противовесов, укрепляемых на кривошипе, как и у ба­лансирных СК. Однако центр тяжести противовеса имеет по отношению к точке прикрепления шатунов угловое смещение, зависящее от наклона линии, соединяющей центры вращения шкивов на опоре и оси главного вала кривошипа.

Существуют балансирные СК с гидропневматическим и пнев­матическим уравновешиванием. Эти станки более компактные, чем обычные балансирные, имеют более плавный ход, меньшие инерционные нагрузки. Однако они сложнее в изготовлении, до­роже и, несмотря на некоторое уменьшение габаритных раз­меров, более металлоемки. Уравновешивание в них достигается как зa счет использования роторных противовесов, так и за счет сжатия воздуха в специальном цилиндре с перемещающимся в нем поршнем. Кроме того, на СК с пневматическим уравнове­шиванием обязательно имеется небольшой одноцилиндровый компрессор для подкачки воздуха в систему уравновешивания. Разработаны гидравлические качалки, состоящие из длин­ного цилиндра и движущегося в нем поршня, соединенного непосредственно с колонной штанг. Цилиндр устанавливается вертикально над устьем скважины. Возвратно-поступательное движение поршня и штанг достигается путем переключения золот­никовым устройством нагнетаемой силовым насосом жидкости в полости цилиндра. В качестве силового используется обычно шестеренчатый насос с приводом от электродвигателя. Уравно­вешивание осуществляется за счет противоположного по фазе перемещения насосных труб с гидравлической подвеской. Гид­равлические качалки очень компактны, имеют массу в 2— 2,5 раза меньшую, чем обычные балансирные СК, плавный ход, однако существенным их недостатком является перемещение НКТ, дополнительные уплотнительные сальниковые элементы и длинные силовые цилиндры, изготовление которых требует со­вершенной технологии.