2. Установки штанговых скважинных насосов

Одним из традиционных и наиболее распространенных видов механизированной добычи нефти является добыча установками скважинных штанговых насосов (УШСН). В состав данных установок входит штанговый скважинный насос (ШСН), приводимый в действие через колонну штанг от поверхностного привода.

Назначение.

Штанговые скважинные насосы относятся к классу объемных насосов возвратно-поступательного действия. Область их применения – добыча нефти из скважин при обводненности продукции до 99%, температуре до 403⁰К (130⁰С), содержании механических примесей до 1,3 г/л, содержании H₂S и CO₂ до 200 мг/л, минерализации воды до 200 мг/л и водородном показателе рН 4,0…8,0. Насосы применяются для эксплуатации скважин в умеренном и холодном климатических районах по ГОСТ 16350. Категория изделий - 5 по ГОСТ 15150.

В области подач от 1 до 40 м³/сут имеют более высокий к.п.д. по сравнению с другими способами добычи нефти. При подаче 35 м³/сут к.п.д. достигает 37%. Максимальная подача до 400 м³/сут, глубина подвески до 3500 м.

Схемы насосов и их основные параметры установлены государственным стандартом Российской Федерации, действующим с 2002 года (ГОСТ-Р 51896-2002), а до этого отраслевым стандартом (ОСТ 26.16.06-86) и техническими условиями (ТУ).

В

а

б

США и Европе штанговые скважинные насосы изготавливают в соответствии со стандартами Американского нефтяного института (АPI) – Спецификация 11АХ. С 1994 г. в России осуществляется серийный выпуск глубинных штанговых насосов по спецификации 11АХ-АРI (ОАО Ижнефтемаш).

Р исунок 2.6 – Схема штанговой насосной установки (а – вставной насос НВ1; б – трубный насос НН2):1 – станок – качалка; 2 – сальник устьевой; 3 – колонна НКТ; 4 – колонна насосных штанг; 5 – вставной скважинный насос; 6 – невставной скважинный насос; 7 – опора

Состав УШСН.

Скважинный штанговый насос (ШСН) является частью насосной установки (рисунок 2.6). для подъема пластовой жидкости из скважин.

ШСН в подавляющем большинстве случаев представляет собой объемный погружной насос с возвратно-поступательным движением пустотелого плунжера, приводимый в действие наземным приводом через колонну штанг.

Характеристика составных частей УШСН.

1) Привод шсн:

Назначение:

- создать закон движения плунжеру насоса,

-обеспечить пуск и остановку СШНУ,

- уравновешивание нагрузки на двигатель в течение цикла,

- закрепление частей привода в определенном положении.

Разновидности:

По виду передачи энергии от двигателя к скважинному насосу приводы могут быть:

- механический привод (СК ) – основной

- гидравлический привод

- пневматический привод.

По виду двигателя:

- электроприводом

- тепловой двигатель

По числу обслуживаемых одним приводом скважин:

- индивидуальные

-групповые.

Основные параметры и соответствующая классификация индивидуальных приводов насосов:

1. Допускаемая нагрузка в точке подвеса штанг Р_max (примерно до 28 т)

Легкие приводы - Р_max<3 т

Средние 3 >Р_max<10

Тяжелые Р_max>10

2) Длина хода точки подвеса штанг S_а (в основном до 6 м)

По максимальной длине хода приводы могут быть:

Короткоходовые S_max<1

Среднеходовые 1 >S_max<3

Длинноходовые 3 >S_max<6

Сверхдлинноходовые S_max>6

3) Число ходов точки подвеса штанг п_max (в основном от 2-4 до 20 в минуту): Тихоходные п_max<6

Со средним числом ходов 6 >п_max<15

Быстроходные п_max>15

4) потребляемая мощность N, кВт:

Маломощные N<5

Средней мощности 5>N<25

Мощные 25>N<100

Сверхмощные N>100

Индивидуальный механический привод состоит из трансмиссии для снижения скорости вращения вала двигателя и механизма, преобразующего вращательное движение в возвратно-поступательное.

Преобразующие механизмы делятся на две группы:

- балансирные и безбалансирные

В балансирном приводе вертикальное возвратно-поступательное движение точки подвеса штанг осуществляется посредством качающегося балансира (коромысла), а в безбалансирных приводах – другими средствами (канаты или цепи) без качающегося балансира.

Балансирные индивидуальные приводы – станки-качалки

Одним из основных его параметров, помимо вышеприведенных, является максимально допустимое значение крутящего момента на валу ведущего звена преобразующего механизма. По этому параметры станки-качалки могут быть:

- с малым моментом <1000кгс.м

- со средним от 1000 до 3000

- с большим от 3000 до 6000

- со сверхбольшим >6000

Существуют многочисленные конструкции станков-качалок с различными кинематическими схемами трансмиссий и преобразующих кривошипно-коромысловых механизмов.

По виду балансира станки-качалки могут быть

- с двуплечим балансиром (опора балансира находится между точкой подвеса штанг и точкой сочленения балансира с шатуном) (в основном отечественные конструкции)

- одноплечим балансиром (точка сочленения шатуна с балансиром находится между точкой подвеса и опорой балансира) – более компактны, лучше динамические характеристики – меньше нагрузки, вибрация. Недостатки – пониженная боковая устойчивость, затрудненность обслуживания и ремонта( Mark2 Lufkin; рум.завод «Вулкан»; тип ПШГНщ6-2,5 «Уралтрансмаш», ПШГН8-3-5500; СКМР6-2,5 и СКМР12-3,5 з-д «Редуктор»).

Трансмиссия состоит из ременной передачи и редуктора двух или трехступенчатого с зубчатым зацеплением.

Стандартом 1966 года предусмотрено 20 типоразмеров СК; Стандартом 1976 года освоено 7 моделей.

Условно обозначение: СК10-3-5600 (10 – максимальная нагрузка на головку балансира в т, 3 максимальная длина хода устьевого штока в м, 5600 – максимальный крутящий момент на ведомом валу редуктора в кГс.м)

В 1987 был предусмотрен выпуск дезаксиальных станков-качалок – 6 типов с установкой на раме и тумбе (всего 12 типов). Дезаксиальные СК обеспечивают разное врема хода штанг вверх и вниз. Условное обозначение: СКДТ3-1,5-710 (Д – дезаксиальный, Т – редуктор установлен на тумбе, 3 –номинальная нагрузка на устьевой шток в т, 1,5 – максимальная длина хода устьевого штока в м, 710 – номинальный крутящий момент на ведомом валу редуктора в кГс.м.

Новые модификации СК выпускают в соответствии с ГОСТами и ТУ. Они могут отличаться конструктивными особенностями редукторов, количеством ступеней в них, усовершенствованными устройствами противовесов и т.п.