Уравновешивание станков-качалок

Неравномерная нагрузка, действующая на головку балансира, вызывает неравномерную работу электродвигателя. В простей­шей постановке при статическом режиме, когда динамическими нагрузками и силами трения можно пренебречь, эта работа по­ложительна при ходе штанг вверх (направление действующей нагрузки противоположно движению штанг)

A_В = (P_шт^! + P_ж)S (7.18)

и отрицательна при ходе вниз (нагрузка действует в направле­нии движения штанг)

А_Н=Р_шт^!S, (7.19)

т. е. двигатель приводится в действие силой тяжести колонны штанг. Такая неравномерность обусловливает ускоренный износ узлов станка-качалки, ненормальный режим работы электро­двигателя. Оптимальный режим его работы будет обеспечен в том случае, если работа, совершаемая двигателем в течение одного двойного хода (при ходе штанг вверх и вниз) постоянна. Постоянство работы достигается уравновешиванием СК гру­зами .

Величину и местоположение груза можно установить из ус­ловия равенства работ при ходе штанг вверх и вниз. На прак­тике для уравновешивания СК используются номограммы, имеющиеся в паспортной характеристике СК. Окончательное уравновешивание и контроль его осуществляют путем контро­лирования тока, потребляемого электродвигателем. Ток должен быть одинаковым при ходе вверх и вниз. Проверку осущест­вляют с помощью переносного амперметра, называемого ампер клещами, работающими по принципу трансформатора. Для рас­чета расстояния перемещения груза используется эмпирическая формула А. М. Рабиновича.

11. Подача шсну и факторы, влияющие на нее

На коэффициент подачи ШСН влияют постоянные и переменные факторы.

К постоянным факторам можно отнести:

• влияние свободного газа в откачиваемой смеси;

• уменьшение полезного хода плунжера по сравнению с ходом точки подвеса штанг за счет упругих деформаций насосных штанг и труб;

• уменьшение объема откачиваемой жидкости (усадка) в результате ее охлаждения на поверхности и дегазации в сепарационных устройствах.

• К переменным факторам, изменяющимся во времени, можно отнести:

• утечки между цилиндром и плунжером, которые зависят от степени износа насоса и наличия абразивных примесей в откачиваемой жидкости;

• утечки в клапанах насоса из-за их немгновенного закрытия и открытия и, главным образом, из-за их износа и коррозии;

• утечки через неплотности в муфтовых соединениях НКТ, которые все время подвергаются переменным нагрузкам.

Переменные факторы, сводящиеся к различного рода утечкам, меняются во времени и поэтому их трудно определить расчетным путем, за исключением утечек через зазор между плунжером и цилиндром. Это приводит к тому, что коэффициент подачи η вновь спущенного в скважину насоса, после незначительного его снижения в начальный период в результате приработки плунжера, затем стабилизируется и длительное время остается практически постоянным. Затем он заметно начинает снижаться в результате прогрессирующего износа клапанов, их седел и увеличения зазора между плунжером и цилиндром. Наряду с этим может произойти и резкое уменьшение коэффициента подачи в результате смещения втулок насосов, отворотов и неплотностей в муфтах.

Таким образом, результирующий коэффициент подачи насоса можно представить как произведение нескольких коэффициентов, учитывающих влияние на его подачу различных факторов:

(7.4)

где η₁ - коэффициент наполнения цилиндра насоса жидкостью, учитывающий влияние свободного газа; η₂ - коэффициент, учитывающий влияние уменьшения хода плунжера; η_{3 -} коэффициент утечек, учитывающий наличие неизбежных утечек жидкости при работе насоса; η_{4 -} коэффициент усадки, учитывающий уменьшение объема жидкости при достижении ею поверхностных емкостей.

Рассмотрим эти коэффициенты более подробно, а также методы их расчета.

12. Борьба с вредным влиянием газа и песка

Нефтяной газ в скважине выполняет работу по подъему жидкости с забоя на поверхность. Однако значительное коли­чество свободного газа на приеме насоса приводит к уменьшению коэффициента наполнения насоса а_н вплоть до нарушения подачи.

Известно несколько методов борьбы с вредным влиянием свободного газа на работу насосов. Уменьшением доли вредного пространства К_ВР можно добиться повышения коэффициента наполнения ан. При отсут­ствии влияния вредного пространства (Квр = 0) работа насоса устойчива с любым даже самым низким коэффициентом напол­нения. Это достигается либо применением насоса с нагнета­тельным клапаном в нижней части плунжера (НСН-2, НСВД), либо увеличением длины хода плунжера (длинноходовой насос, правильная посадка плунжера над всасывающим клапаном), либо одновременным увеличением длины хода плунжера при одновременном уменьшении диаметра насоса. Однако тип наcoca всегда должен быть правильно подобран / к условиям скважины.

Основной метод борьбы — уменьшение газосодержания в жидкости, поступающей в насос. При увеличении погружения насоса под динамический уровень увеличивается давление на приеме Рпр, как следствие, уменьшается объем св.газа за счет сжатия и больше газа растворяется в нефти. Если дав­ление р_пр становится больше давления насыщения нефти га­зом рн, то св.газа вообще нет на этой глубине, т.е. вредное влияние газа прекращается. Поэтому перед входом в прием насоса осуществля­ют сепарацию (отделение) газа от жидкости и отвод его в за­тр. пр-во, а оттуда перепуск в выкидную линию, где Р меньше давления газа. Сброс газа в атмосферу недопустим. В результате сепарации часть естественной энергии газа теряется и не используется для подъема жидкости. Эффективность сепарации может быть повышена созданием условий для коалесценции (объединения) пузырьков газа в большие пузырьки, скорость всплывания которых больше. Это особенно важно при откачке нефти с пенообразованием.

При наличии фонтанных проявлений целесообразно не се­парировать газ у приема насоса, а использовать его энергию на подъем жидкости наряду с энергией, которую сообщает на­сос. Для этого под насосом устанавливают хвостовик до глу­бины, по возможности, выделения газа.

Можно выделить следующие четыре группы методов борь­бы с песком при насосной эксплуатации.

• Наиб.эфф.метод — предупреждение(осущ посредством либо уст-ки спец.фильт­ров на забое, либо крепления призабойной зоны) и регу­лирование(уменьшением отбора жидкости) поступления песка из пласта в скважину. При этом нужно обес­печить плавный запуск песочной скв последовательным увеличением длины хода, числа качаний или подливом чи­стой жидкости в скважину через затр.простр (20-25% от дебита).

• Обеспечение выноса на поверхность значительной части песка, поступающего в скв.

• Песочные якори (сепа­раторы) и фильтры, устанав­ливаемые у приема насоса, осуществляют сепарацию пес­ка от жидкости. Работа песоч­ных якорей основана на гра­витационном принципе. В якорях прямого и обратного действия ж-ть изменяет направление движения на 180°, песок отде­ляется под действием силы тяжести и осаждается в пе­сочном «кармане», при запол­нении которого якорь извлека­ют на поверхность и очища­ют. Условием эффективной работы является существование в коре скорости восходящего потока жидкости, меньшей скорости осаждения песчинок. Применение песочных якорей — не основной, а вспомогательный метод борьбы с пес­ком. Этот метод эффективен для скважин, в которых поступле­ние песка непродолжительно и общее количество его невелико.

Противопесочные фильтры, устанавливаемые у приема на­соса, предупреждают поступление в насос песчинок средних и крупных размеров (более 0,01 мм в зависимости от соотноше­ния размеров песчинок и каналов материала фильтра). Вследствие быстрого засорения (забивания, заиливания) противопесочные фильтры не нашли широкого распространения. Их целесообразно помещать в кор­пус с «карманом» для осаждения песка (не образуется забой­ная пробка, уменьшается скорость заиливания) или сочетать с песочным якорем.

• Однако полностью избежать вредного влияния песка не удается. Некоторое его количество поступает в насос и приво­дит к износу пары плунжер — цилиндр и клапанов. Поэтому используются специальные насосы для песочных скважин (абразивостойком исп и нов.конструкций с защитои трущейся пары плунжер - цилиндр.)

Для предотвращения образования осадка песка на штанго­вой колонне устанавливают скребки-завихрители (С-З). С-З предс. соб. болванку со спиральными про­точными канавками на наружной пов-ти для пропуска ж-ти. D скребка несколько меньше dвн НКТ. При движении штанг создается завихрение струи, что препятствует оседанию песка над насосом. При ос­тановке СК песок, находящийся в ж-ти, оседает на верх­ние торцовые площадки С-З, а не на плун­жер насоса. Их применяют также и для борьбы с отложениями парафина в НКТ, и для предотвращения истирания штанг в наклонных скв.

Борьба с отложениями парафина

При добыче парафинистой нефти происходит отложение па­рафина на стенках НКТ. В результате этого сужается попереч­ное сечение труб, возрастает сопротивление движению жид­кости и перемещению колонны штанг, увеличивается нагрузка на голову балансира СК, нарушается его уравновешенность, уменьшается коэффициент подачи. Отдельные комки парафи­на, попадая под клапаны насоса извне, могут нарушить их герметичность. При подъеме штанг во время ремонта плунжер или вставной насос срезает парафин со стенок НКТ и образу­ет над собой сплошную парафиновую пробку, которая вытал­кивает нефть из труб и загрязняет территорию возле скважины. Иногда становится невозможным подъем колонны штанг из-за уплотнения парафина.

Для борьбы с отложениями парафина применяют такие же методы, как и при фонтанной и газлифтной эксплуатации.

Если интенсивность отложения парафина невелика, то при каждом подземном ремонте поднимают трубы на поверхность- и удаляют из них парафин пропариванием с помощью паропередвижной установки.

Пропарку труб осуществляют и в работающей скважине. Для этого с помощью паропередвижной установки в затрубное пространство подают пар, который через насос поступает в НКТ. Трубы нагреваются, парафин рас­плавляется и смывается потоком. Смесь нефти, воды и пара­фина по выкидной линии поступает на сборный пункт. Вместо пара подают и нагретую нефть.

Широко применяется метод депарафинизации с помощью пластинчатых скребков. Скребки крепят хомутами к штангам на расстоянии друг от друга не более длины хода плунжера. Ширина скребка на 5—8 мм меньше диаметра НКТ. Насосные установки оборудуют штанговращателями. Колонна насосных штанг с укрепленными на них скребками поворачивается при каждом ходе вниз, при этом боковые грани скребков срезают парафин со стенок труб.