Baldenko_F.D._i_dr._Montazh_i_ekspluataciya_skvazhinnyh_shtangovyh_VNU
.pdf
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА (НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
имени И.М. ГУБКИНА
Кафедра машин и оборудования нефтяной и газовой промышленности
Ф. Д. Балденко С. В. Кривенков В. Н. Протасов
МОНТАЖ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ СКВАЖИННЫХ ШТАНГОВЫХ ВИНТОВЫХ НАСОСНЫХ УСТАНОВОК
Учебное пособие
Москва 2018
УДК 622.276.53.054(075) Б20
Рецензент:
С.С. Пекин – к.т.н., доцент кафедры машин и оборудования нефтяной и газовой промышленности
РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина
Балденко Ф.Д., Кривенков С.В., Протасов В.Н.
Б20 Монтаж и эксплуатация скважинных штанговых винтовых насосных установок: Учебное пособие. – М.: Изда-
тельский центр РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, 2018. – 47 с.
Рассматривается монтаж, техническое обслуживание и ремонт скважинных штанговых винтовых насосных установок.
Пособие предназначено для студентов обучающихся по направлению 15.03.02 «Технологические машины и оборудование».
Балденко Ф.Д., Кривенков С.В., Протасов В.Н., 2018
РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, 2018
|
Содержание |
|
Предисловие ................................................................................................. |
4 |
|
1. |
МОНТАЖ СКВАЖИННЫХ ШТАНГОВЫХ ВИНТОВЫХ НАСОСНЫХ |
|
УСТАНОВОК .................................................................................................. |
6 |
|
2. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ СКВАЖИННЫХ ШВНУ ................. |
27 |
|
3. ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ И ХРАНЕНИЕ СКВАЖИННЫХ ШВНУ.............. |
29 |
|
4. РЕМОНТ СКВАЖИННЫХ ШВНУ ............................................................. |
31 |
|
5. ЭЛАСТОМЕРЫ ОБКЛАДОК СТАТОРОВ ОДНОВИНТОВЫХ ГИДРО- |
|
|
МАШИН ......................................................................................................... |
39 |
|
6. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИННЫХ |
|
|
ШВНУ ............................................................................................................. |
46 |
|
Литература.................................................................................................... |
47 |
|
3
Предисловие
Предметом учебной дисциплины «Эксплуатация, ремонт и монтаж машин и оборудования для добычи и подготовки нефти и газа» являются организационно-технические основы рациональной эксплуатации нефтепромыслового оборудования, его монтажа и демонтажа. Оснащение нефтегазодобывающих предприятий современным оборудованием все более сложной конструкции, усложнение условий его эксплуатации и обеспечение высокой рентабельности повышает требования к качеству монтажа, демонтажа и ремонта оборудования при одновременном увеличении объемов этих работ.
Высокое качество указанных работ обеспечивается строгим их соответствием требованиями заводской документации и опыту эксплуатации.
Особенности монтажа и эксплуатации нефтепромыслового оборудования, которое считается традиционным, изложены в учебнике [1]. В предлагаемом пособии рассмотрены основные принципы монтажа и эксплуатации скважинных штанговых винтовых насосных установок (ШВНУ). Этот вид оборудования для механизированной добычи нефти обычно не считается традиционным [2]. Использование ШВНУ оказывается оправданным, когда из-за ряда осложняющих факторов применение традиционного оборудования для добычи нефти становится неэффективным или технически невозможным. Учитывая, что в настоящее время разрабатывается все больше месторождений с трудноизвлекаемыми запасами, авторы пособия сочли необходимым ознакомить студентов с этим видом оборудования для добычи нефти.
Рабочим органом винтовых штанговых насосов, относящихся к классу объемных роторно-вращательных одновинтовых гидромашин, является винтовой героторный механизм – зубчатая пара внутреннего циклоидального зацепления, состоящая из z2-заходного металлического ротора (винта) и z1-заходного статора (обоймы) с эластичной внутренней обкладкой (z1 = z2 + 1), между винтовыми поверхностями которых образуются рабочие камеры. Различают традиционные (с однозаходным ротором и двухзаходным статором) и многозаходные (z2 ≥ 2) одновинтовые гидромашины, которые используются и в ШВНУ.
4
1.МОНТАЖ СКВАЖИННЫХ ШТАНГОВЫХ ВИНТОВЫХ НАСОСНЫХ УСТАНОВОК
Решение об эксплуатации скважины ШВНУ (рис. 1) должно базироваться на максимально полных сведениях об этой скважине. Следует проверить её диаметр и толщину стенок обсадных труб, кривизну эксплуатационной колонны (инклинограмму ствола скважины), глубину и интервал перфорации.
Необходимы контрольные замеры статического уровня жидкости в скважине, температуры на забое и устье, газосодержания, обводненности, плотности, вязкости и теплоемкости нефти, давления насыщения, а также содержания сероводорода, углекислого газа, ароматических соединений и механических примесей в продукции скважины. Если содержание механических примесей более 1%, то уточняется размер и твердость зерна. Кроме того, нужно знать всё о предполагаемых методах обработки скважины и воздействия на призабойную зону пласта (тепловые, химические, комплексные).
На основании полученных данных определяется коэффициент продуктивности скважины, глубина подвески насоса, обеспечивающая необходимое его погружение, планируемый дебит и предполагаемый динамический уровень жидкости в скважине.
Все этих сведения позволяют подобрать оптимальную конструкцию (типоразмер) ШВНУ (рис. 2): верхнего привода, колонны штанг и винтового насоса, включая тип эластомера для обкладки статора и натяг в паре ротор-статор, а также наиболее приемлемый режим работы установки.
На монтаж ШВНУ выдается наряд, где указываются все виды работ по подземному ремонту скважины и подготовке ее к эксплуатации, включая очистку эксплуатационной колонны от песка, грязи, парафина и посторонних предметов скребками и мно-
5
гократной промывкой до забоя. При наличии парафина на стенках эксплуатационной колонны промывки проводят горячей нефтью (горячая промывка) или растворами, содержащими по- верхностно-активные вещества.
Рис. 1. Скважинная штанговая винтовая насосная установка:
1 – приводная головка; 2 – тройник; 3 – превентор; 4 – трубная головка; 5 – полированный шток; 6 – приводной хомут; 7 – штанги; 8 – центратор; 9 – ротор (винт); 10 – статор (обойма); 11 – нижний переводник статора с упорным пальцем; 12 – насосно-компрессорные трубы; 13 – обсадные трубы; 14 – динамический противоотворотный якорь (анкер); 15 – элек-
тродвигатель
6
Рис. 2. Скважинный штанговый винтовой насос:
1 – ротор (винт); 2 – статор (обойма); 3 – нижний переводник; 4 – упорный палец; 5 – штанговая муфта; 6 – соединительная муфта
Монтируется (демонтируется) ШВНУ с помощью подъемного агрегата, укомплектованного:
индикатором веса, чтобы обеспечить точную подгонку ро-
тора;
устройством, позволяющим контролировать крутящий момент при свинчивании насосно-компрессорных труб (при использовании гидравлических ключей момент свинчивания контролируется по манометру).
Перед доставкой винтового насоса на скважину его проверяют
вмастерских. Насос должен иметь паспорт, который содержит свидетельство о приемке и консервации рабочих органов, то есть заводские номера статора и ротора, даты их выпуска, основные
7
размеры (диаметр статора по выступам зубьев, размер «выступ – впадина» зубьев ротора, натяг в зацеплении), а также материал ротора и вид поверхностного упрочнения его зубьев. Особое внимание следует обратить на величину действительного натяга (зазора) в паре винт-обойма, т.к. даже у новых обойм в результате хранения ее геометрические размеры могут измениться. (Подробно эта операция будет рассмотрена ниже).
Применяя ШВНУ со стандартными штангами с правой резьбой и вращением колонны по часовой стрелке, для подъема пластовой жидкости рабочие органы насоса должны иметь правое направление винтовых поверхностей.
Перед монтажом ШВНУ следует удостовериться, что все необходимые элементы установки имеются на площадке перед скважиной. Устьевую обвязку частично демонтируют и на колонной головке закрепляют трубную головку, если она предусмотрена в конструкции.
Монтаж ШВНУ рассмотрим на примере наиболее распространенного типа этих установок – с невставными (трубными) насосами и приводом с одноступенчатой ременной трансмиссией
(рис. 1).
Невставные (трубные) винтовые насосы доставляют на скважину в разобранном виде, а статор (обойма) и ротор (винт) в отдельной упаковке, исключающей их повреждение при транспортировке и хранении. Не допускается сбрасывания статора и ротора при разгрузке и перемещение их волоком.
Монтаж ШВНУ выполняется в несколько этапов [3].
На первом этапе в скважину спускают статор насоса на насосно-компрессорных трубах в следующей последовательности.
8
Сборка низа колонны насосно-компрессорных труб
Последовательно устанавливают на устье скважины, подвесив на хомуте-элеваторе, и соединяют приемный фильтр, противоотворотный якорь (рис. 3) и газовый сепаратор (если при подборе оборудования было обосновано их использование). Извлекают из упаковки статор и осматривают его снаружи. Особое внимание обращают на целостность резиновой обкладки, отсутствие трещин и вмятин на корпусе статора, а также на состояние присоединительных резьб (Статор, имеющий дефекты, к работе не допускается). Затем закрепляют нижний переводник статора с упорным пальцем. Соединяют нижний переводник со статором насоса, а сам статор – с муфтой насосно-компрессорных труб (или верхним переводником, если диаметр статора не соответствует диаметру насосно-компрессорных труб). Подготовленный статор в сборе подвешивают на устье скважины на хомутеэлеваторе.
а |
|
б |
|
|
|
Рис. 3. Динамический противоотворотный якорь (анкер) [5]:
а – якорь в рабочем положении; б – якорь в транспортном положении
9
Спуск колонны насосно-компрессорных труб со статором винтового насоса
Первую насосно-компрессорную трубу соединяют с верхним концом статора и спускают последний в скважину на расчетную глубину с затяжкой всех резьбовых соединений моментом, указанным в нормативно-технической документацией. При этом, если в установке не предусмотрен противоотворотный якорь (рис. 3), насосно-компрессорные трубы следует свинчивать с максимальным допустимым моментом для этого типоразмера.
После спуска в скважину колонны насосно-компрессорных закрепляют её низ относительно эксплуатационной, для чего противоотворотный якорь переводится из транспортного положения в рабочее. Это делается с помощью специальных процедур, в зависимости от конструкции якоря. Например, приподъемом колонны насосно-компрессорных труб на определенную высоту или её проворотом с последующей осевой нагрузкой от собственного веса. Некоторые типы противоотворотных якорей (динамические) переводятся автоматически при возникновении правого крутящего момента во время работы насоса.
Спущенную колонну насосно-компрессорных труб подвешивают на трубную головку с помощью трубодержателя.
Монтаж устьевого оборудования
После того как все операции по подвешиванию колонны насосно-компрессорных труб завершены, монтируют устьевое оборудование: тройник 2 (рис. 1), который устанавливается на трубную головку 4, пробковый кран на выкидной линии (боковой отвод тройника 2), превентор 3 между трубной головкой 4 и тройником 2 (если это предусмотрено). Все фланцы устьевого оборудования очищают от грязи, проверяют целостность прокладок, а затем стягивают болтами.
10