ЗМІСТ стор.
1 Штангові свердловинні насосні установки....................................................................... 8
1.1 Штангова свердловинна насосна установка.
Комплект обладнання...................................................... 8
Контрольні запитання................................................... 13
2 Приводи ШСН............................................................... 14
2.1 Класифікація індивідуальних приводів
штангових насосів за основними параметрами......... 19
2.2 Тихохідні верстати-качалки..........................................23
2.3 Верстати-качалки з фігурним балансиром..................28
2.4 Привод штангового свердловинного насоса
щоглового типу...............................................................29
2.5 Безбалансирні верстати-качалки................................. 31
2.6 Гідроприводні штангові насосні установки............... 33
Контрольні запитання................................................... 34
3 Штангові свердловинні насоси......................35
3.1 Класифікація і основні типи ШСН...............................36
3.2 Вставні насоси...............................................................36
3.2.1 Насоси для ускладнених умов експлуатації............39
3.2.2 Замкові опори..............................................................40
3.3 Невставні (трубні) насоси............................................ 41
3.4 Область застосування вставних і невставних
штангових свердловинних насосів............................. 46
3.5 Основні вузли і деталі ШСН та їх виконання...... 47
3.5.1 Циліндри..................................................................... 47
3.5.2 Плунжери................................................................. 49
3.5.3 Клапанні вузли.......................................................... 51
3.6 Розрахунок параметрів ШСН....................................... 53
3.6.1 Нагнітальний клапан................................................. 56
3.6.2 Всмоктувальний клапан............................................ 57
3.6.3 Розрахунок на міцність деталей
свердловинного насоса....................................................... 58
Контрольні запитання............................................. 59
4 НАСОСНІ ШТАНГИ....................................................... 60
4.1 Умови експлуатації штанг.............................................61
4.2 Сталі для виготовлення насосних штанг, область застосування, основні правила транспортування
та зберігання...................................................................63
4.3 Виготовлення насосних штанг і з’єднувальних
муфт................................................................................... 66
4.4 Механічні параметри і матеріали для насосних штанг...............................................................................70
4.5 Аналіз причин руйнування штангових колон..............70
4.6 Методи розрахунку насосних штанг............................ 73
4.7 Вдосконалення технологій виробництва сталевих штанг...............................................................................76
4.8 Методи захисту штанг від корозійного і корозійно-механічного руйнування...............................................77
4.9 Методи підвищення експлуатаційних показників
штанг..............................................................................78
4.10 Пустотілі стальні насосні штанги............................78
4.11 Безперервно-намотувані штанги................................ 81
4.12 Склопластикові штанги............................................... 83
Контрольні запитання................................................ .85
5 ДОПОМІЖНЕ ОБЛАДНАННЯ ШТАНГОВИХ
СВЕРДЛОВИННИХ НАСОСНИХ УСТАНОВОК....... 86
5.1 Центратори та протектори............................................86
5.2 Амортизатори..................................................................87
5.3 Газосепаратори............................................................... 89
Контрольні запитання...................................................90
6 КІНЕМАТИЧНИЙ РОЗРАХУНОК БАЛАНСИРНОГО
ПРИВОДУ (ВЕРСТАТА-КАЧАЛКИ)…......................... 91
Контрольні запитання...................................................98
7 ВИЗНАЧЕННЯ СИЛ, ЯКІ ДІЮТЬ В ТОЧЦІ
ПІДВІСУ ШТАНГ.............................................................99
7.1 Пружні деформації штанг і труб................................ 102
7.2 Особливості умов роботи і розрахунку
балансирних верстатів-качалок...................................107
7.2.1 Умови роботи і головні завдання розрахунків верстатів-качалок........................................................ 107
7.2.2 Методи зрівноваження верстатів-качалок.............. 108
7.3 Тангенціальні зусилля на пальці кривошипа
верстата-качалки..........................................................112
7.4 Вибір способу зрівноваження і практичні методи зрівноваження..............................................................116
7.4 Визначення споживаної потужності установки штангового насоса...................................................... 118
7.5 Сили, що діють на вузли верстата-качалки................124
Контрольні запитання................................................ 125
8 ДІАГНОСТУВАННЯ РОБОТИ ШСНУ....................... .126
Контрольні запитання............................................... 136
9 ВИБІР ОБЛАДНАННЯ ШСНУ................................. 137
Контрольні запитання............................................... 138
10 УСТАНОВКИ ШТАНГОВИХ ГВИНТОВИХ
НАСОСІВ ДЛЯ ВИДОБУТКУ НАФТИ....................... 139
10.1 Склад обладнання.................................................... 140
10.2 Привод штангових гвинтових насосів.................... 142
10.3 Особливості роботи і розрахунку штанг з
гвинтовими насосами................................................ 144
10.4 Вибір обладнання штангових
гвинтових насосних установок...................................145
Контрольні запитання............................................... 146
11 УСТАНОВКИ БЕЗШТАНГОВИХ СВЕРДЛО-
ВИННИХ НАСОСІВ (продовження)......................... 148
11.1 Установки гідропоршневих насосів........................ 148
11.1.1 Свердловинні гідропоршневі двигуни, насоси і золотники.................................................................. 153
11.1.2 Порядок розрахунку параметрів вузлів
ГПНУ.......................................................................156
11.2 Установка заглибного гвинтового електронасоса.. 158
11.3 Установка заглибних діафрагмових
електронасосів............................................................ 161
11.4 Струменеві насосні установки.................................. 164
11.5 Вібраційні насосні установки....................................167
Контрольні запитання............................................. 169
12 ПІДЗЕМНИЙ РЕМОНТ СВЕРДЛОВИН. ОБЛАД-НАННЯ ДЛЯ ПРОВЕДЕННЯ ПІДЗЕМНОГО РЕМОНТУ СВЕРДЛОВИН........................................ 170
12.1 Структура підземного ремонту свердловин............ 170
12.1.1 Поточний ремонт свердловин............................... 170
12.1.2 Капітальний ремонт свердловин........................... 171
12.2 Класифікація обладнання для поточного ремонту свердловин.................................................................. 172
12.3 Класифікація обладнання для капітального
ремонту свердловин.................................................. 172
12.4 Інструмент та пристрої для СПО при існуючому
рівні механізації......................................................... 174
12.4.1 Штропи.................................................................... 174
12.4.2 Спайдери................................................................. 176
12.4.3 Клини..................................................................... 178
12.4.4 Ключі........................................................................ 178
12.4.5 Трубні і штангові механічні ключі........................ 179
12.4.6 Ключ штанговий..................................................... 180
Контрольні запитання........................................... 181
13 ІНШІ ВИДИ ОБЛАДНАННЯ...................................... 182
13.1 Ротори....................................................................... .182
13.2 Вертлюги..................................................................... 182
13.3 Гвинтові вибійні двигуни....................................... . 183
13.4 Талева система.......................................................... .184
Контрольні запитання............................................ . 186
14 АГРЕГАТИ ДЛЯ ПІДЗЕМНОГО РЕМОНТУ СВЕРДЛОВИН............................................................187
14.1 Загальна характеристика та класифікація................187
14.2 Особливості конструкцій агрегатів для
підземного ремонту свердловин................................191
Контрольні запитання................................................200
15 РОЗРАХУНОК ПІДЙОМНИКА................................ 201
15.1 Визначення навантаження на гаку............................201
15.2 Швидкості підйому і спуску колони труб і
штанг. Вибір оптимальних швидкостей підйому.....201
15.3 Розрахунок фрикційної муфти зчеплення............... 206
15.4 Розрахунок стрічкового гальма.................................207
15.5 Вплив довжини свічки на темп спуско-
піднімальних операцій...............................................209
Контрольні запитання............................................. 210
16 ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ ПРОМИВАННЯ ПІЩАНИХ ВІДКЛАДЕНЬ В НАФТОВИХ І ГАЗОВИХ СВЕРДЛОВИНАХ...................................................... 211
16.1 Вимоги до насосних установок та їх вибір............ 213
Контрольні запитання.............................................. 215
17 ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ ЗБОРУ ТА ПІДГОТОВКИ НАФТИ, ГАЗУ І ВОДИ.............................................. 216
17.1 Системи збору та підготовки нафти, газу і води
на промислах............................................................... 217
17.2 Загальна схема системи збору продукції
свердловини................................................................ 218
Контрольні запитання ..............................................221
Перелік використаних та рекомендованих джерел................................... 222
1 Штангові свердловинні насосні установки
1.1 Штангова свердловинна насосна установка. Комплект обладнання
Штангові свердловинні насосні установки (ШСНУ) широко застосовуються в нафтовій промисловості для видобутку нафти. Близько 75 % діючого фонду нафтових свердловин експлуатуються ШСНУ. Основними перевагами ШСНУ є: технічно нескладний і швидкий монтаж, наявність штангових свердловинних насосів (ШСН) різних діаметрів, вузли яких виготовляються з різних матеріалів, що забезпечує експлуатацію свердловин в широкому діапазоні дебітів і корозійної активності середовища, можливість адаптації до зміни режиму роботи свердловини шляхом регулювання довжини переміщення плунжера і частоти обертання кривошипа та зміни діаметра ШСН, відносно високий коефіцієнт корисної дії, невимогливість до технічного обслуговування, довгий середній термін амортизації, незначні витрати на ремонт ШСН.
Серед недоліків слід відмітити: обмеження подачі насоса і глибини експлуатації гранично допустимими навантажен-нями на насосні штанги, високе спрацювання насосних штанг і НКТ в похилих свердловинах, трудоємкість операцій по заміні штангових свердловинних насосів.
В основу способу експлуатації свердловин штанговими насосами покладено використання об’ємного (плунжерного) насоса зворотно-поступальної дії, який опускається у свердловину і приводиться в дію поверхневим приводом за допомогою колони штанг. Весь цей комплекс обладнання називається штанговою свердловинною насосною установкою.
ШСНУ складається з привода, устьового обладнання, колони насосних штанг, колони насосно-компресорних труб, свердловинного насоса і допоміжного підземного обладнання. В окремих випадках який-небудь із елементів може бути відсутній, тоді його функцію виконують інші елементи ШСНУ.
Привод призначений для перетворення енергії двигуна в механічну енергію колони насосних штанг, яка рухається зворотно-поступово.
Колона насосних штанг представляє собою довгий стержень, який складається із окремих штанг, з’єднаними між собою різьбовими з’єднаннями. Колона насосних штанг передає механічну енергію від привода до свердловинного насоса.
Штанговий свердловинний насос (ШСН), як правило, плунжерний, перетворює механічну енергію рухомих штанг в енергію відкачуваної пластової рідини.
Колона насосно-компресорних труб служить каналом для підйому відкачуваної пластової рідини і забезпечує утримування на вазі циліндра свердловинного насоса.
Устьове обладнання герметизує внутрішню порожнину колони НКТ, її з’єднання з нафтопромисловим колектором, а також фіксує верх колони НКТ.
Допоміжне підземне обладнання встановлюється в залежності від особливостей кожної свердловини. В комплект можуть входити: якір, який фіксує низ колони НКТ відносно обсадної експлуатаційної колони; газові і пісочні якорі або сепаратори для відокремлення із пластової рідини, яка поступає та прийом свердловинного насоса, газу і піску, інколи клапани-відсікачі пласта.
В окремих випадках колона штанг може бути порожнинною, і її внутрішня порожнина використовується як канал для підйому пластової рідини. При цьому колона НКТ буде відсутня, а циліндр свердловинного насоса фіксується спеціальним якорем із пакером.
В більшості ШСНУ (рис.1.1) приводом служать балансирні верстати-качалки. Балансирний верстат-качалка складається із рами 2, встановленої на фундаменті 1. На рамі змонтована стійка 11, до якої прикріплена опора балансира 14. З опорою зв’язане тіло балансира, передня частина якого шарнірно з’єднана з головкою 13, а задня з траверсою 9. До траверси з обох боків шарнірно приєднані шатуни 8. Шатуни за допомогою пальців з’єднані з кривошипами 7, які встановлені на вихідному валу редуктора 6. Вихідний вал редуктора за допомогою клинопасової передачі 5 з’єднаний з електродвигуном 4. Головка балансира 13 в робочому положенні фіксується за допомогою механізму фіксації 15, і з’єднана з колоною штанг за допомогою канатної підвіски 16. Колона насосних штанг 24 з’єднує канатну підвіску з плунжером свердловинного насоса 26. Колона в більшості випадків збирається із окремих штанг, які з’єднуються між собою за допомогою муфт.
Устьовий шток 19 має поверхню, яка повинна бути оброблена по високому класу чистоти. Це забезпечує необхідну герметизацію устя і дозволяє підтримувати на усті необхідний тиск для транспортування видобутої продукції до збірного колектора.
Колона НКТ 23 служить для підйому пластової рідини на поверхню і з’єднує устьову арматуру з циліндром свердловинного насоса. Вона складена із труб довжиною 8 – 12 м, діаметром 48 – 114 мм, які з’єднані трубними муфтами. У верхній частині колони встановлений устьовий сальник 21, який герметизує НКТ. Через сальник пропущений устьовий шток 19. Обладнання устя свердловини має вивід, по якому відкачувана рідина направляється в промислову сітку (маніфольд). Конструкції сальників різноманітні. В даний час на промислах використовують вдосконалені конструкції самоущільнювальних сальників.
На рис. 1.2 представлена конструкція устьового сальника. Устьовий сальник включає: кулькову головку 9 з розташованими в ній верхньої і нижньої 3 втулками. Остання розміщена у нижній втулці 12, яка відокремлена від ущільнювальної набивки 10 опорним кільцем 11. На верхню частину кулькової головки нагвинчена кришка 5, яка має скоби, за допомогою яких підтягується ущільнювальна набивка.
1 - фундамент; 2 - рама; 3 - гальмо; 4 - електродвигун; 5 - клинопасова передача; 6 - редуктор; 7 - кривошипи; 8 - шатуни; 9 - траверса з опорою; 10 - кривошипні вантажі (противаги); 11 - стійка; 12 - тіло балансира; 13 - головка балансира; 14 - опора балансира; 15 - механізм фіксації головки балансира; 16 - канатна підвіска; 17 - штангообертач; 18 - підвіска устьового штока; 19 - устьовий шток; 20 - зворотний клапан; 21 - устьовий сальник; 22 - планшайба; 23 - колона НКТ; 24 - колона насосних штанг; 25 - замкова опора; 26 - насос штанговий свердловинний (вставний); 27 - фільтр; 28 - обсадна експлуатаційна колона
Рисунок 1.1 - Штангова свердловинна насосна установка
Кришка 5 у верхній частині над грундбуксою утворює ємкість, яка служить для зберігання мастила деталей, які труться – устьового штока, ущільнювальної набивки і вкладишів.
Рисунок 1.2 - Сальник устьовий СУС1
Кулькова головка 9 встановлюється у верхній частині трійника 14 в кулькову розточку і притискається до нього за допомогою кулькової кришки 4, прикріпленої до трійника двома відкидними болтами 16 і гайками 15, встановлених з допомогою пальців 17. Пальці фіксуються від осьових переміщень шплінтами.
Зазор між трійником 14 і сферичною поверхнею кулькової головки герметизуються за допомогою ущільнювального кільця 13.
Пластова рідина відводиться у викидну лінію, яка з’єднується з трійником за допомогою швидкорозбірної конструкції, яка складається із ніпеля і накидної гайки.
Устьові сальники виготовляють двох типів:
СУС1 – з одинарним ущільненням (для свердловин з низьким статичним рівнем і без газопроявлень);
СУС2 – з подвійним ущільненням (для свердловин з високим статичним рівнем і з газопроявленнями).
При експлуатації викривлених і похило-скерованих свердловин ШСН для попередження нерівномірного зношення плунжера, циліндра і одностороннього зношення протекторів насосних штанг і муфт застосовують пристрій для обертання штанг – штангообертач 17 (див. рис.1.1) За допомогою штангообертача колоні штанг додається повільний обертовий рух. Це обумовлює рівномірне зношення плунжера, насосних штанг і муфт та збільшує термін їх служби. Завдяки тому, що штанги обертаються за напрямком згвинчування різьби, виключається також самовільне відкручування штанг.
Контрольні запитання
1 Вкажіть область використання ШСНУ.
2 Назвіть основні переваги і недоліки ШСНУ.
3 Назвіть комплект обладнання ШСНУ.
4 Яке призначення основного обладнання ШСНУ?