Расчетные величины

Рmах= 22.7 кН Рзаб = 14.05 МПа Сигма:

Pmin= 13.8 кН Рпр = 3.59 МПа mах = 59.7 МПа

Fтp.вв.=0.8 кН Р'шт = 16.8 кН min = 36.4 МПа

Ftp.вн. =0.8 кН Ржид = 2.7 кН пр = 26.3 МПа

Оид- 21.3 м³/сут КПД = 71.8% Lр. нас = 1119 m

Qp= 15.3 м³/сут Кпрод = 1.1 т^лЗ/МПа*сут Lpek = 1006 m

Диагноз

Влияние газа на приеме насоса.

Рекомендуемая глубина спуска насоса — 1006 м

Рис. 2.80. Рапорт диагностики состояния СШНУ, полученный с помощью системы диагностики СДНУ-Зм и программного обеспечения «Диагност»

Рис. 2.81. Рапорт диагностики состояния СШНУ, полученный с помощью системы диагностики СДНУ-3м и программного обеспечения «Качалка»

2.2.11. Скважинные штанговые насосы-основные виды и области применения

Скважинный штанговый насос представляет собой одноплун­жерный насос с длинным цилиндром, шариковыми клапанами и длинным проходным плунжером (рис. 2.82). При ходе плун­жера вверх он нагнетает жидкость, находящуюся между стен­ками цилиндра и штангами, а в полость под плунжером посту­пает жидкость из скважины. При ходе вниз насос нагнетает (вы­жимает) объем жидкости, равный объему опускающегося в ци­линдр штока, т.е. это на­сос дифференциального действия.По конструкции насо­сы бывают с щелевым уп­лотнением зазора между металлическим плунже­ром и цилиндром и с уп­ругим уплотнением этого зазора — с неметалличес­кой рабочей поверхнос­тью плунжера или со спе­циальными поршневыми кольцами. Скважинные штанговые насосы делят­ся на трубные и вставные. У первых цилиндр в сква­жину спускается на тру бах, а плунжер и клапаны — на штангах. Вставные насосы спус­каются в скважину в собранном виде на штангах и фиксируются в нижней части колонны НКТ замком (анкером).

Рис. 2.82. Конструктивные схемы невставных (трубных) насосов:

1 — шток клапана; 2— муфты; 3 — втулки; 4 — кожух; 5 — плунжер; 6 — нагнетательный клапан; 7— захват клапана; 8— крестовина; 9 — всасывающий клапан

В отличие от остальных насосов к основным параметрам скважинных штанговых насосов относятся номинальный диаметр плунжера (или цилиндра) и длина хода плунжера. Схемы насосов и их основные параметры установлены с 2002 года государствен­ным стандартом Российской Федерации (ГОСТ-Р 51896-2002), а до этого времени — отраслевым стандартом (ОСТ) и техничес­кими условиями (ТУ). Конструктивные схемы скважинных штан­говых насосов, предусмотренных ГОСТ-Р, и их технические ха­рактеристики будут представлены ниже [31].

Условные диаметры скважинных насосов (плунжеров и ци­линдров) выбираются из следующего стандартного ряда: 27 (29 - по ОСТ и ТУ), 32, 38, 44, 50, 57, 63, 70, 95, 120 мм.

Длина плунжера скважинного штангового насоса выбирается в зависимости от требуемого напора насоса (глубины располо­жения динамического уровня, с которого насос должен обеспе­чить подъем пластовой жидкости). Плунжеры длиной 1200 мм рекомендуется применять до динамического уровня с глубиной до 1200 м, 1500 мм — до 1500 м, 1800 мм — 1800 м и более.

Современные скважинные штанговые насосы, широко при­меняемые на промыслах, имеют составной (втулочный) или без­втулочный (цельнометаллический) цилиндр.

Втулочный насос (например — НВ1С) имеет цилиндр, на­бранный из втулок 3 длиной по 304 мм, размещенных в кожухе 4 и зажатых концевыми муфтами 2. К нижней муфте подсоеди­нен узел всасывающего клапана 9. В цилиндре движется плун­жер 5, имеющий узел нагнетательного клапана 6 (см. рис. 2.82). Насос с безвтулочным цилиндром (НВ1Б, НВ2Б, НН2Б и др.) имеет цельный цилиндр с концевыми резьбами. К резьбе подсо­единены переводники. К нижнему переводнику подсоединен узел всасывающего клапана,, к верхнему — ограничитель хода плун­жера. В цилиндре находится плунжер с нагнетательным клапа­ном. Цельнометаллический цилиндр представляет собой цилин­дрическое тело, внутренняя поверхность которого является ра­бочей. Эта поверхность имеет малую шероховатость, высокую точность обработки и большую твердость, такую же, как и у втулок втулочного цилиндра.

Переход от втулочного к цельнометаллическому цилиндру позволяет уменьшить наружный диаметр цилиндра, а также сни­зить трудоемкость сборки насоса и изготовления цилиндра. Уст­раняется возможность сдвига втулок цилиндра при транспорти­ровке, монтаже и эксплуатации насосов. Насосы с цилиндром без втулок изготавливаются трубными (насосы НН2Б, ННБА и др.) и вставными (насосы НВ1Б, НВ2Б).

Рассмотрим схемы и конструктивные особенности некото­рых типов скважинных штанговых насосов широкого применения. Трубные (невставные) скважинные насосы (НН) выполняют не­скольких типов — НН1, НН2, ННА. Насос НН1 (см. рис. 2.82, а) состоит из штока с утолщением в верхнем конце, служащего для съема всасывающего клапана с его посадочного конуса и подъе­ма клапана на поверхность вместе с плунжером. Цилиндр насо­са остается подвешенным на трубах. Узел нагнетательного кла­пана находится в верхней части плунжера. На данном рисунке показано нижнее положение плунжера при рабочем ходе. Подъем на поверхность всасывающего клапана удобен и прост. Но на­личие штока в конструкции и размещение нагнетательного кла­пана в верхнем торце плунжера создают большое мертвое про­странство Vm в цилиндре насоса, что является причиной плохой работы насоса даже при небольшом газосодержании в жидко­сти. Для устранения этого недостатка необходимо уменьшить мертвое пространство в насосе. Для этого нагнетательный кла­пан переносят в нижнюю часть плунжера и применяют специ­альный байонетный захват 7 и крестовину 5 для съема всасыва­ющего клапана (см. рис. 2.82, б). Насос такой конструкции име­ет шифр НН2. Его преимущество — небольшое мертвое про­странство Vm в цилиндре насоса, что улучшает работу насоса при наличии свободного газа в жидкости. Однако захват и подъем на поверхность всасывающего клапана обычно трудоемкая и не всегда успешная операция, особенно в случае возможности от­ложения на деталях насоса асфальто-парафиновых и смолистых веществ.

Вставной насос (НВ) имеет следующую конструкцию (рис. 2.83). Насос 5 опускают внутрь колонны НКТ 1, в которой установле­но седло-конус 3 для посадки вставного насоса. Конус иногда имеет захватную пружину 4. Силы трения в конусе или силы трения и пружина, упирающаяся в выступ насоса, способствуют удержанию насоса на месте в начале работы при ходе плунжера вверх. К достоинствам насоса относится то, что при его смене он поднимается на поверхность земли на штангах без подъема колонны НКТ. Плунжер, имеющий нагнетательный клапан в нижней своей части, создает малое мертвое пространство. Но, поскольку насос спускается внутрь колонны НКТ, он имеет мень­ший диаметр плунжера, чем трубный насос, спускаемый с теми же НКТ. Это ограничивает подачу вставного насоса, а также снижает скорость течения жидкости в НКТ. Последнее важно при отборе жидкости с песком, так как вынос его будет хуже. Обратный клапан 2 предохраняет от попадания песка в цилиндр при остановках насоса.

Современные вставные насосы типов НВ1 (с установочным замком в верхней части насоса) и НВ2 (с замком внизу) могут выпускаться со сдвоенными всасывающими и сдвоенными нагнетальными клапанами. Такое дублирование клапанов принято из-за того, что вставные на­сосы обычно предназначены для спуска на боль­шую глубину, чем трубные.

Рис. 2.83. Схема вставного насоса

1 — НКТ; 2 — обратный клапан; 3 — седло; 4 — пружи­на; 5 — насос; 6 — направление

Трубные насосы типа ННА с автоматическим сцеплением штанг со штоком плунжера насоса спускаются в сборе на ко­лонне НКТ. Штанги спускаются после спуска насоса на задан­ную глубину и автоматически соединяются со штоком плунже­ра. Конструкцией насоса предусмотрено автоматическое рассо­единение колонны штанг и штока плунжера перед подъемом насоса и открытие сливного клапана для опорожнения колонны НКТ от откачиваемой жидкости.

Такая схема насоса позволяет спускать цилиндр диаметром большим, чем внутренний диаметр НКТ. Это дает экономию металла и позволяет иметь большую скорость потока жидкости при подъеме ее на поверхность. Последнее важно при отборе жидкости с песком для уменьшения возможности его оседания. Еще одним преимуществом данной конструкции насоса являет­ся отсутствие износа или повреждения плунжера невставного насоса при его спуске в колонну НКТ.

Все насосы с металлическим плунжером и цилиндром имеют унифицированные детали. В зависимости от величины зазора между плунжером и цилиндром, выпускаются насосы пяти групп посадок (зазоров между плунжером и цилиндром насоса):

1 группа посадки — от 0 до 0,063 мм;

2 группа посадки — от 0,025 до 0,078 мм;

3 группа посадки — от 0,050 до 0,113 мм;

4 группа посадки — от 0,075 до 0,138 мм;

5 группа посадки — от 0,100 до 0,163 мм.

При оснащении скважины насосом группа посадки выбира­ется в зависимости от вязкости откачиваемой жидкости, содер­жания в ней песка, размера его частиц и т.д.

Плунжеры насосов изготавливают из стали и покрывают из­носоустойчивым слоем хрома толщиной до 70 мкм. Плунжер может иметь концентричные или винтовые канавки, насечку. Канавки и насечка предохраняют плунжер от заклинивания пес­ком. Для скважин с большим выносом песка применяют плун­жер «пескобрей». Он имеет скошенную внутрь плунжера верх­нюю кромку и углубленную в плунжер клетку, соединяющую его со штангами. Таким образом, плунжер как бы сбривает ме­ханические примеси со стенок цилиндра. Примеси поступают к клетке клапана, где их подхватывает поток откачиваемой жид­кости, выносящий механические примеси из зоны контакта плун­жер-цилиндр. Другие виды плунжеров для скважинных штанго­вых насосов рассмотрены ниже.

Втулки цилиндра выполняют из чугуна, стали марки 45 или 38Х2МЮА. Для упрочнения внутренней поверхности втулок их подвергают термообработке. Втулки из чугуна и ст. 45 подверга­ют закалке, а из стали марки 38Х2МЮА — азотированию на глубину 0,2—0,5 мм. В результате термообработки твердость внутренней поверхности втулок доводится у чугуна до HRC 36...45, у стали 45 — до HRC 50 и у стали марки 38Х2МЮА до HRA 80 и более.

Втулки выполняют с большой точностью, так как в наборе их может быть 12 и более. Контакт их торцов при сжатии втулок должен быть герметичен, а внутренняя полость сборки втулок должна представлять собой прямолинейный цилиндр с малой шерохова-тостью и малым отклонением в размерах цилиндра.

Цельнометаллический цилиндр изготовляется из стали мар­ки 40Х. К внутренней поверхности его предъявляются те же тре­бования, что и к втулочному цилиндру. Клапаны насосов шари­ковые. Шарик притирается к седлу. Седло имеет меньшую твер­дость, чем шар, что увеличивает срок службы этой пары. Рабо­чая кромка седла углублена и защищена «ложной» фаской от ударов шаром.

Насосы с неметаллической рабочей поверхностью плунже­ра типа НВ1м и НН2м могут иметь гуммированный плунжер (рис. 2.84) или плунжер с манжетами.

Рис. 2.84. Схема гуммированного плунжера

Гуммированный плунжер изготовляют вулканизацией или приклеиванием резиновых частей к плунжеру. Верхнее уплотне­ние имеет подвод жидкости из плунжера в свою внутреннюю полость. Поскольку нагнетательный клапан расположен внизу плунжера, под действием давления жидкости распирается верх­нее уплотнение. Остальные гуммированные части изготовлены так, что входят в цилиндр с натягом и тоже воспринимают опре­деленную часть перепада давления. На плунжере обычно имеет­ся четыре-шесть гуммированных уплотнений или манжет.

Цилиндры этих насосов делают без втулок и с втулками. Раз­мер диаметра цилиндра не требует высокой точности, но повер­хность его должна иметь весьма малую шероховатость. Такие насосы значительно дешевле втулочных. Но большого перепада давления они не выдерживают и предназначены для малых и средних величин динамического уровня. Ограничено также со держание песка в жидкости. Цилиндр насоса имеет невысокую твердость, поэтому пара резина — сталь недостаточно износоус­тойчива. В трубных насосах типа НН2м при спуске и подъеме плунжера его манжеты могут быть повреждены о внутренние дефекты колонны НКТ или отложения на внутренней стенке нкт.

Для отбора из скважин высоковязкой жидкости выпускают­ся стандартные насосы с двумя плунжерами (типа ННД2 и НВ2Д2) по схеме, представленной на рис. 2.85. При ходе сбор­ки плунжеров вниз давление столба жидкости в НКТ будет передаваться на верхний плунжер б и нагнетальный кла­пан 5. При этом под плунжером б и кла­паном 5 будет давление всасывания, так как жидкость из скважины будет посту­пать через открытый клапан 3 в полость 4. Таким образом, при ходе плунжеров и штанг вниз создается сила, действу­ющая сверху вниз и растягивающая шток 8 и штанги, что предупреждает за­висание штанг в вязкой жидкости и их продольный изгиб. При отборе высо­ковязкой жидкости и обычных схемах штанговых насосов трение штанг о жид­кость не позволяет штангам достаточ­но быстро опускаться, головка балан­сира опускается вниз быстрее штанг, что приводит к рассогласованию дви­жения головки балансира станка-качал­ки и колонны штанг, возникновению значительных ударных нагрузок и сни­жению работоспособности установок.

Подача такого насоса определяет­ся длиной хода и разностью площадей цилиндра 7 нижней насосной части (с плунжером 2) и цилиндра 7 верхней насосной части.

Рис. 2.85. Схема насоса для отбора вязких жидкостей

Насосы НВ1Д2 предназначены для отбора жидкости с боль­шим содержанием свободного газа. Жидкость в них при дви­жении плунжерной сборки вниз попадает через входной клапан, расположенный в нижнем плунжере, в полость между плун­жерами. Это происходит из-за увеличения объема межпунжерной зоны и уменьшения в ней давления. При ходе плунжеров ииерх объем межпунжерной зоны уменьшается, что приводит к закрытию нижнего клапана, открытию нагнетательного клапана в верхнем плунжере и перемещению жидкости в полость 4 и в НКТ.