5.5.5 Невставні (трубні) насоси
Основна принципова відмінність невставних (трубних) насосів полягає в тому, що циліндр насоса є невід'ємною частиною компоновки колони НКТ, на якій він опускається в свердловину. З’ємний всмоктувальний клапан разом із плунжером монтуються на колоні насосних штанг, опускаються на ній в колону НКТ і встановлюються в циліндр насоса.
Розроблені з’ємні і стаціонарні конструкції всмоктувальних клапанів, які встановлюються в нижній частині циліндра. Всмоктувальні клапани опускаються у свердловину разом з циліндром насоса на НКТ, їх заміна пов’язана з підйомом НКТ.
Для посадки і підняття з’ємних всмоктувальних клапанів в насосах передбачено захоплювальні пристрої різного конструктивного виконання, які монтуються на нижньому кінці плунжера. Пристрої виготовляються у вигляді захоплювального штока або автозчеплювача.
Утримання і герметизація всмоктувальних клапанів забезпечується механічним або манжетним замками (кріпленнями). При механічному кріпленні всмоктувальний клапан знаходиться в конічній розточці, утримується пружинними елементами і герметизується ущільнювальним кільцем. Принцип дії механічних замків всмоктувальних клапанів співпадає з принципом дії механічних замкових опор вставних насосів. У випадку застосування манжетного кріплення, яке монтується в якірному башмаці всмоктувального клапана, для заміни клапана разом із замком зовнішній діаметр манжет повинен бути меншим від номінального діаметра плунжера..
При підніманні всмоктувального клапана захоплюючим пристроєм, рідина із НКТ витікає в свердловину через посадочний отвір замка в нижній частині циліндра. Спорожнення колони НКТ при застосуванні стаціонарних всмоктувальних клапанів вимагає додаткового встановлення у верхній частині насоса зливного клапана.
Невставним насосам, в яких плунжер опускається в свердловину в комплекті з циліндром на колоні НКТ, притаманно ряд суттєвих переваг. Досягти їх стало можливим після впровадження у виробництво пристроїв для з’єднання плунжера з колоною насосних штанг після спуску насоса у свердловину. Переваги такого виконання: по-перше, оброблена з високою точністю поверхня плунжера; по-друге, є можливість застосування насосів з номінальним діаметром, більшим від номінального діаметра НКТ. В свою чергу збільшення діаметральних розмірів насоса дає можливість збільшити розміри поверхонь швидкозношувальних деталей і тим самим зменшити інтенсивність їх спрацювання. Поряд з цим такі насоси можуть відкачувати більші об’єми рідини при менших глибинах їх відбору. Глибини відбору обмежуються величиною максимальних навантажень на колону НКТ. Таким чином, в порівнянні з вставними насосами невставні насоси забезпечують більші об’єми видобутку, підвищують надійність і збільшують міжремонтний термін роботи швидкозношувальних деталей.
Недоліком застосування таких насосів є те, що для заміни насоса необхідно піднімати всю колону НКТ.
Основні принципові схеми насосів невставного типу наведені на рис. 3.7 – 3.10.
Насос НН1С (рис. 5.26) застосовується для експлуатації неглибоких (до 1200 м), малодебітних свердловин.
Рисунок 5.26 - Схема насоса типу НН1С
Для вилучення всмоктувального клапана з конічного гнізда циліндра в конструкції передбачено захоплювальний шток. При необхідності заміни клапана плунжер з колоною насосних штанг піднімається вверх, захоплювальний шток, опираючись на нижній кінець плунжера, зриває з гнізда всмоктувальний клапан і підвішена на штангах система піднімається на поверхню. Недоліком даної конструкції є наявність шкідливого простору, необхідного для розміщення захоплювального штока у плунжері.
Друга різновидність невставних насосів - це насос НН2 (рис. 5.27), який відрізняється від НН1 наявністю вузла, що складається з нагнітального клапана і автозачеплювача байонетного типу - пристрою для підняття всмоктувального клапана, розміщених у нижній частині плунжера. Для заміни всмоктувального клапана плунжер опускається вниз, провертається колоною штанг до положення, коли палець на штоку всмоктувального клапана увійде в пази автозчеплювача. Після з’єднання плунжер разом з всмоктувальним клапаном піднімається із свердловини. Процес посадки клапана виконується в зворотній послідовності.
Рисунок 5.27 - Насос типу НН2С
Переваги даної конструкції - невеликий шкідливий (мертвий) простір в циліндрі, що покращує ефективність і економічність роботи насоса. Але застосування автозчеплювача часто затрудняє проведення ремонтних робіт, пов’язаних із заміною всмоктувального клапана.
Насоси типу НН2Т мають пустотілий шток, який з’єднується з плунжером і пустотілими (трубними) штангами або НКТ малого діаметра. Рідина, що піднімається по звужених каналах, має відносно більшу швидкість переміщення, що запобігає інтенсивному відкладенню механічних домішок в насосі.
Насоси ННА (рис. 5.28) опускають у свердловину на НКТ, які мають внутрішній діаметр менший від діаметра плунжера. Це дає можливість експлуатувати свердловини з меншим діаметром експлуатаційної колони, збільшити подачу насоса та зменшити металоємкість колони НКТ. Так в свердловини з 146 мм експлуатаційною колоною можна на НКТ діаметром 89 мм опустити насос ННА-93, а в свердловини з 114 мм експлуатаційною колоною на НКТ діаметром 73 мм - насос ННА-68.
Рисунок 5.28 – Насос типу ННАБ
Насос ННА, крім традиційних вузлів циліндра, плунжера, клапанів штока має автозчеплення, що складається з захоплювального пристрою, який кріпиться до верхнього кінця плунжера і зчеплювального пристрою на нижньому кінці штока та зливного клапана (золотник з ущільнювальними кільцями) у верхній частині циліндра.
При досягненні колони насосних штанг зі штоком у нижній частині заданої глибини проходить з’єднання штока з плунжером насоса за допомогою автозчеплювача.. Золотник перекриває отвори зливного клапана і витікання рідини припиняється. При підніманні колони штанг зі штоком, золотник переміщається вверх, зливний клапан відкривається і рідина з колони НКТ витікає в затрубний простір.
Насоси типу ННБД1 (рис. 5.29) – насоси невставні з диференціальним товстостінним циліндром для відкачування високов’язкої рідини.
Рисунок 5.29 - Насос типу ННБ1Д
Штангові свердловинні насоси позначаються таким чином:
ХХХ – ХХХХХХХ – ХХ – ХХ – ХХ – Х – Х,
де ХХХ – умовний діаметр НКТ, мм: 48; 60; 73; 89; 102; 114.
ХХХХХХХ – тип виконання насоса: Н – насос; В – вставний; Н – невставний; 1 – верхнє розташування замкової опори (якоря); 2 – нижнє розташування замкової опори (якоря); Ц – рухомий циліндр; С – втулковий циліндр; Б – товстостінний циліндр; Т – тонкостінний циліндр; Д1 - диференціальний насос для видобування високов’язкої рідини з в’язкістю більше 0,025 Па∙с; Д2 – диференціальний насос для видобування сильно газованої рідини при вільному газо вмісту на прийомі насоса до 25 %; м – манжетне ущільнення пари плунжер-циліндр; М – механічна опора (замок) насоса; Г – гідравлічна опора (замок) насоса.
ХХ – умовний діаметр циліндра (для диференціальних насосів діаметри циліндрів через знак дробу), мм: 27; 32; 38; 44; 50; 57; 63; 70; 95.
ХХ – довжина ходу плунжера в мм, зменшена в 100 раз: 9; 12; 15; 18; 21; 25; 30; 40; 45; 50; 55; 60.
ХХ – довжина плунжера в мм, зменшена в 100 раз: 5; 12; 18.
Х – група посадки насоса – зазор між плунжером і циліндром в мм:
1 – від 0 до 0,063;
2 – від 0,025 до 0,078;
3 – від 0,05 до 0,113;
4 – від 0,0075 до 0,138;
5 – від 0,100 до 0,163, (при використанні манжетного ущільнення група посадки позначається прочерком).
ХХ – виконання насоса по стійкості до перекачувальної рідини: И – зносостійкі насоси, які містять механічних домішок більше 1,3 г/л; К – корозійностійкі насоси, які містять Н2S більше 50 мг/л. Без позначень насоси нормального виконання.