Штанговращатель

Штанговращатель — механическое приспособление, закреп­ляемое на сальниковом штоке для медленного проворачивания колонны штанг и плунжера «на заворот» при каждом ходе головки балансира.

Штанговращатели применяются при эксплуатации искрив­ленных скважин для предотвращения одностороннего истирания штанг, муфт и плунжера, для предотвращения отворотов штанговых колонн, а также в случаях применения пластинчатых скребков, укрепляемых на колонне штанг для удаления отло­жений парафина на внутренних стенках насосных труб.

Обычно штанговращатель состоит из зубчатого круглого ди­ска, закрепляемого на теле штока горизонтально, и храпового механизма с шарнирным зубом и рычагом, который тросом соединяется с неподвижной точкой. При каждом качании ба­лансира трос натягивается, перемещает рычаг, с помощью ко­торого шарнирный зуб (собачка) поворачивает диск на один шаг.

Таким образом, штанги делают один оборот за такое число качаний, сколько зубьев имеется в диске по его периметру.

Штанговращатели существенно улучшают работу ШСНУ при осложненных условиях эксплуатации.

Осн.: 1. [350-352], 3. [582-590]

Контрольные вопросы:

1. Что относится к наземному оборудованию?

2. Что такое штанговращатель?

12.3 Подземное оборудование.

Скважину, эксплуатируемую насосным способом, оборудуют штанговыми скважинными насосами, спущенными на трубах, плунжер которых приводится в движение колонкой штанг.

Для эксплуатации скважин различных категорий (нормальных, с усложненными условиями) разработан ряд скважинных насосов невставного и вставного типов.

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 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.

Вставные насосы. Цилиндр в сборе с плунжером и клапанами спускается на штангах. В этом случае на конце насосных труб заранее устанавливается специальное посадочное устройство — замковая опора, на которой происходит посадка и уплотнение насоса. Для извлечения вставного насоса в случае ремонта достаточно извлечь только штанги, вместе с которыми извлекается весь насос.

Поскольку при вставном насосе через трубы данного диа­метра пропускается не только плунжер; но и цилиндр вместе с кожухом, то диаметр плунжера вставного насоса должен быть намного меньше диаметра трубного. Поэтому подача вставного насоса при трубах данного диаметра всегда меньше подачи невставного.

Общая характеристика насосов. На рис. 1 показаны прин­ципиальные схемы невставных (рис. 1, а, б) и вставного (рис. 1, в) насосов.

Рисунок 1. 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

Как видно из рисунка (см. рис. 1, а), в НГН-1 всасываю­щий клапан 5 держится в седле конуса 6 и соединен с плун­жером 3 специальным штоком 7. Это позволяет при подъеме штанг, а следовательно, и плунжера сразу извлечь всасываю­щий клапан 5. Такая операция необходима не только для за­мены или ремонта клапана, но и для спуска жидкости из на­сосных труб перед их подъемом. Однако наличие длинного штока не позволяет установить в нижней части плунжера второй нагнетательный клапан для уменьшения вредного простран­ства и повышения надежности работы насоса. Кроме того, на­личие штока внутри плунжера ограничивает ход последнего, и в насосах этой конструкции он не превышает 1 м.

В насосах НГН-2 (см. рис. 1, б) —два нагнетательных клапана. Это существенно уменьшает (на объем плунжера) объем вредного пространства и повышает коэффициент напол­нения при откачке газированной жидкости. У этих насосов для посадки и извлечения всасывающего клапана 5 имеется специ­альный ловитель 9, которым захватывается шток 10. После спуска плунжера на штангах и посадки всасывающего клапана на конус поворотом штанг ловитель разъединяется от штока, и плунжер может производить возвратно-поступательное движе­ние с любой допускаемой длиной цилиндра величиной хода. Перед подъемом насоса для его ремонта необходимо ловителем захватить шток конуса. Это осуществляется поворотом штанг по часовой стрелке при посаженном плунжере до отказа. Если операция ловли конуса неудачна, то насосные трубы при­ходится поднимать вместе с жидкостью, что сильно осложняет работу бригады текущего ремонта.

Вставные насосы НГВ-1 имеют один или два клапана, раз­мещенные в верхней и нижней части плунжера.

Поскольку на штангах извлекается и опускается весь насос в сборе, то отпадает необходимость иметь ловитель или шток для подъема всасывающего клапана.

Отечественные насосы имеют следующие номинальные диа­метры цилиндров, мм:

НГН-1 — 28; 32; 43; 55; 68;

НГН-2 — 28; 32; 38; 43; 55; 68; 82; 93;

НГВ-1 —28; 32; 38; 43; 55; 68.

Фактические диаметры могут отличаться от номинальных на 1—2 мм в большую сторону (для 93-мм насоса фактический диаметр может доходить до 96 мм). Это объясняется повтор­ным использованием как плунжеров, так и цилиндров, а также и других деталей насосов после их реставрации на заводах или в мастерских.

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 I 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 1 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. 2, а), с кольцевыми канавками (рис. 2, б), с винтовой канавкой (рис. 2, в) и типа «пескобрей» (рис. 2, г).

Рисунок 2. Плунжеры, применяемые для штанговых глубинных насосов

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. 3, 4). 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-П-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.

Рисунок 3. 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

Рисунок 4. Нижний нагнетательный кла­пан насосов НГН-2 с ловителем для захвата штока всасывающего кла­пана:

1 – клетка клапана; 2 – шарик; 3 – седло клапана; 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 плун- жера 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.

Штанги

Обычные штанги выпускаются четырех номинальных раз­меров по диаметру тела штанги: 16, 19, 22 и 25 мм. Концы штанги имеют утолщенные головки с квадратным сечением для захвата специальными ключами при свинчивании и развинчивании колонны штанг. Штанги соединяются штанговыми муф­тами (рис. 5).

Кроме штанг нормальной длины (8 м) выпускаются укоро­ченные штанги длиной 1; 1,2; 1,5; 2; 3 м стандартных диамет­ров. Укороченные штанги необходимы для регулировки длины всей колонны штанг с таким расчетом, чтобы висящий на них плунжер перемещался в цилиндре насоса в заданных пределах. Верхний конец колонны штанг заканчивается утолщенным по­лированным штоком, проходящим через сальниковое уплотне­ние устья скважины.

Рисунок 5. Насосная штанга и соединительная муфта

В зависимости от условий эксплуатации штанги выпус­каются с различной прочностной характеристикой. Для их изготовления используются стали марки 40 или никель- молибденовые стали марки 20НМ с термообработкой и по­следующим поверхностным уп­рочнением токами высокой ча­стоты (ТВЧ).

Несмотря на то что верх­ние сечения штанг обычно бы­вают наиболее нагружен­ными, практика показывает, что поломки и обрывы штанг случаются и в нижних сече­ниях. При использовании на­сосов больших диаметров (56, 70, 95 мм), особенно при от­качке вязких жидкостей и при больших скоростях плунжера (Sn>30) нижние штанги могут испытывать продольный изгиб и, как следствие, отвороты и поломки. В таких случаях при­бегают к установке «утяже­ленного низа», состоящего из 2—6 тяжелых штанг или труб общей массой 80—360 кг. Это улучшает условия работы ниж­ней части колонны штанг, но одновременно сокращает пре­дельную глубину подвески на­соса.

При креплении штанг ре­комендованы следующие пре­дельные крутящие моменты:

Диаметр штанг, мм 16 19 22 25

Крутящий момент,

Н∙м 300 500 700 1000

Частые спуски и подъемы штанг приводят к увеличению частоты обрывов штанг. Соответствующими инструкциями peгламентируются правила хранения, перевозки и сборки штанг и штанговых колонн.