Штанги и устьевое оборудование штанговой насосной скважины
Насосная штанга предназначена для передачи возвратно- поступательного движения плунжер-насоса. Штанга представляет собой стержень круглого сечения с утолщенными головками на концах. Выпускаются штанги из легированных сталей диаметром (по телу) 16, 19, 22, 25 мм и длиной 8 м – для нормальных условий эксплуатации.
Для регулирования длины колонн штанг с целью нормальной посадки плунжера в цилиндр насоса имеются также укороченные штанги (футовки) длиной 1; 1,2; 1,5; 2 и 3 м.
Штанги соединяются муфтами. Имеются также трубчатые штанги (наружный диаметр 42 мм, толщина 3,5 мм).
Начали выпускать насосные штанги из стеклопластика (АО "Очерский машиностроительный завод"), отличающиеся большей коррозионной стойкостью и позволяющие снизить энергопотребление до 20 %.
Применяются непрерывные штанги "Кород" (непрерывные на барабанах, сечение – полуэллипсное).
Особая штанга – устьевой шток, соединяющий колонну штанг с канатной подвеской. Поверхность его полирована (полированный шток). Он изготавливается без головок, а на концах имеет стандартную резьбу.
Для защиты от коррозии осуществляют окраску, цинкование и т. п., а также применяют ингибиторы.
Устьевое оборудование насосных скважин предназначено для герметизации затрубного пространства, внутренней полости НКТ, отвода продукции скважин и подвешивания колонны НКТ.
Устьевое оборудование типа ОУ включает устьевой сальник, тройник, крестовину, запорные краны и обратные клапаны.
Устьевой сальник герметизирует выход устьевого штока с помощью сальниковой головки и обеспечивает отвод продукции через тройник. Тройник ввинчивается в муфту НКТ. Наличие шарового соединения обеспечивает самоустановку головки сальника при несоосности сальникового штока с осью НКТ, исключает односторонний износ уплотнительной набивки и облегчает смену набивки.
Колонна НКТ подвешена на конусе в крестовине и расположена эксцентрично относительно оси скважины, что позволяет проводить спуск приборов в затрубное пространство через специальный устьевой патрубок с задвижкой.
Устьевой сальник штанговой насосной установки состоит из патрубка 1 с шаровой опорой 2, установленной при помощи шаровой крышки 3 в гнезде тройника 4, который соединен планшайбой 5 с устьевой арматурой 6. К нижней части шаровой опоры 2 подсоединен и свободно подвешен цилиндр 7 с желобчатым плунжером 8 (в дальнейшем плунжер) от глубинного штангового насоса, который размещен в арматуре 6 и верхней части первой трубы колонны насосно-компрессорных труб 9. Плунжер 8, расположенный в цилиндре 7 с возможностью возвратно-поступательного движения, заглушен и с нижней стороны соединен с колонной насосных штанг 10, а с верхней - с полированным устьевым штоком 11 подвески станка-качалки (не показано). На верхнюю часть патрубка 1 навернута уплотнительная камера 12 с сальниковой набивкой 13 и крышкой 14. Внутренняя полость патрубка 1 гидравлически сообщена с затрубным пространством 15 устьевой арматуры 6 через вентили 16, 17 и обратный клапан 18. При этом внутренняя полость патрубка 1 и надплунжерной зоны цилиндра 7 заполнены смазочным материалом 19 для смазки плунжерной пары и сальниковой набивки 13.
Устьевой сальник работает следующим образом.
Перед креплением собранного устьевого сальника без обратного клапана 18 на планшайбу 5 устьевой арматуры 6 нижний конец плунжера 8 соединяют с последней штангой 10 колонны подвески. Подгонка положения плунжера 8 в цилиндре 7 осуществляется таким образом, чтобы при верхнем крайнем положении головки балансира станки-качалки плунжер 8 находился в верхней части цилиндра 7. После установки канатной подвески (не показана) полированного штока 11 и центровки его в уплотнительной камере 12 с использованием шаровой опоры 2 патрубка 1 далее осуществляется заправка внутренней полости патрубка 1 и надплунжерной зоны цилиндра 7 смазкой 19. Для этого к вентилю 16 подсоединяется емкость со смазкой, и при медленном движении плунжера 8 вниз за счет создавшегося вакуума над ним происходит заполнение надплунжерной зоны цилиндра 7 смазкой 19. Лишняя смазка выдавливается из патрубка 1 путем обратного движения плунжера 8 вверх. Обратный клапан 18 заворачивают к вентилю 16 и открывают вентиль 17. При этом обратный клапан 18 закрывается, поскольку давление в затрубном пространстве арматуры 6 больше, чем в надплунжерной зоне цилиндра 7. Но в процессе работы штанговой насосной установки даже незначительная утечка газа в плунжерной паре при восходящем ходе плунжера 8 может привести к повышению давления замкнутого объема надплунжерной зоны цилиндра 7. В этом случае, когда давление в патрубке 1 превышает затрубное давление арматуры 6, обратный клапан 18 открывается, и газ или жидкость в объеме, равном величине утечки за один цикл работы станка-качалки, сбрасывается в затрубное пространство 15 арматуры 6. Таким образом, уплотнительная камера 12 с сальниковой набивкой 13 максимально испытывает давление, имеющееся в затрубном пространстве скважины, причем только при восходящем ходе плунжера 8. Поскольку в скважине-доноре давление в затрубном пространство на порядок меньше, чем буферное (давление закачки), то уплотнительный сальник, обеспечивая герметичность устья скважины, не будет испытывать нагрузку от высокого давления закачки.
В качестве смазки можно использовать густой смазочный материал, например солидол, который, находясь в зазоре между желобчатым плунжером 8 и цилиндром 7, существенно увеличвает герметичность в плунжерной паре.
При необходимости замены полированного штока 11 останавливают насосную установку и путем сброса жидкости по устьевой арматуре в затрубное пространство 15 скважины разряжают остаточное давление в тройнике 4. Закрывают вентиль 16 и отворачивают уплотнительную камеру 12. Далее приподнимают полированный шток 11 с уплотнительной камерой 12 и подвеской колонны штанг до тех пор, пока первый желоб плунжера 8 не окажется над торцом патрубка 1. В этот желоб устанавливают специальный зажим, удерживающий подвеску колонны штанг, отворачивают полированный шток 11 и заменяют его новым.