Монтаж обслуживание и ремонт нефтепромыслового оборудования

ГЛАВА II

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ШТАНГОВОЙ НАСОСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ

СХЕМА ШТАНГОВОЙ НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ

Наиболее распространенный штанговый насосный способ до­ бычи нефти охватывает более 60% скважин общего действую­ щего фонда. Отбор жидкости штанговым скважинным насосом из скважины составляет от нескольких килограммов до сотен тонн в сутки.

Схема штанговой скважинной установки (рис. 10) состоит из скважинного насоса 2, насосно-компрессорных труб 3, под­ вешенных на планшайбе, насосных штанг 4, тройника 5, усть­ евого сальника 6, сальникового штока 7, канатной подвески и станка-качалки 8. В нижней части на приеме насоса устанав­ ливается защитное приспособление 1 для сепарации нефти от свободного газа и песка, вредно влияющих на подачу насоса. Скважинный насос опускают в скважину под уровень жидко­ сти.

Возвратно-поступательное движение плунжера насоса, под­ вешенного на штангах, обеспечивает подъем жидкости из сква­ жины на поверхность. При наличии парафина в продукции скважины на штангах устанавливают скребки, очищающие вну­ тренние стенки насосно-компрессорных труб. В зависимости от

В практике для определения теоретической подачи насос­ ной установки пользуются следующей формулой

Фтеор“ 1440FJSn,

где Fпл — площадь сечения плунжера, м2; 5 — длина хода саль­ никового штока, м; п — число качаний, мин-1.

Фактическая подача установки всегда меньше теоретиче­ ской. Отношение фактической подачи скважинного насоса к его теоретической определяется коэффициентом подачи

= Ффакт/^теор»

который учитывает все потери при движении жидкости от при­ емного клапана насоса до устья скважины. Он может изменять­ ся от 0,1 до 1,0. Принято считать работу скважинного насоса эффективной, если а=0,7—0,8. Фактическая подача будет близ­ ка к теоретической при правильном подборе насоса, установле-

21

нии оптимального режима откачки жидкости и создании нор­ мальных условий для его работы в скважине.

Коэффициент подачи скважинного насоса зависит от вели­ чины зазора плунжера и цилиндра насоса, утечек жидкости из труб в скважину, потери хода плунжера от растяжения штанг и труб, уменьшения заполнения цилиндра из-за наличия газа в жидкости.

Фактическая подача насоса составляет Q = 1440Fnjl5/za,

т. е. определяющими являются длина хода, число качаний, диа­ метр скважинного насоса и коэффициент подачи.

НАСОСНЫЕ ШТАНГИ

Насосные штанги (рис. 11,а), передающие движение плун­ жеру скважинного насоса, наиболее ответственный элемент на­ сосной установки. В процессе работы штанги испытывают зна-

22

а

чительное напряжение, изменяющееся в широких пределах в те­ чение каждого хода станка-качалки. Штанги воспринимают на­ грузки, которые в процессе работы передаются на головку ба­ лансира станка-качалки. К ним относятся:

статические нагрузки от силы тяжести штанг и жидкости,

атакже от сил трения плунжера в цилиндре и штанг о трубы; силы инерции движущихся масс жидкости и штанг; ударные нагрузки, возникающие в результате несоответст­

вия движения плунжера и жидкости; усилия от вибрации колонны штанг.

Долговечность штанг снижается при работе в коррозионной среде.

Насосные штанги изготавливаются из сталей разных марок. Для повышения прочности материала штанг они подвергаются термической обработке (нормализации) и обработке токами вы­ сокой частоты для упрочнения их поверхности.

Для нефтяной промышленности машиностроительные заводы выпускают штанш и муфты к ним по ГОСТ 13877—80:

для легких условий работы из стали 40 по ГОСТ 1050—74, нормализованные;

для средних и среднетяжелых условий работы из стали 20Н2М по ГОСТ 4543—71, нормализованные;

для тяжелых условий работы из стали марки 40 по ГОСТ 1050—74, нормализованные с последующим поверхностным уп­ рочнением тела штанги по всей длине токами высокой частоты (ТВЧ) и из стали 30 ХМА по ГОСТ 4543—71, нормализованные с последующим высоким отпуском и упрочнением тела штанги по всей длине ТВЧ;

для особо тяжелых условий работы из стали 20Н2М по ГОСТ 4543—71, нормализованные с последующим упрочнением тела штанги ТВЧ (табл. 8).

ГОСТ предусматривает изготовление штанг диаметром 12, 16, 19, 22 и 25 мм, длиной 8000 м, допускается выпуск штанг длиной 7500 мм в количестве не более 8% от числа штанг дли-

23

Т а б л и ц а 8

Механические свойства материалов штанг

ной 8000 мм. Кроме таких штанг для подбора необходимой дли­ ны подвески изготавливаются укороченные штанги длиной 1000, 1200, 1500, 2000 и 3000 мм (табл. 9, 10).

Для соединения штанг одинаковых размеров выпускают со­ единительные муфты (рис. 11,6) и для штанг разных разме­ ров — переводные. Муфты каждого типа изготавливаются двух исполнений:

1) с лысками под ключ; 2) без лысок.

Муфты (табл. 11) изготавливаются из стали марки 40 по ГОСТ 1050—74 и подвергаются поверхностной закалке ТВЧ.

24

Поставляются штанги с муфтами, плотно навинченными на один конец. Открытая резьба штанги и муфты предохраняется колпачками или пробками.

Каждую штангу маркируют на двух противоположных сто­ ронах каждого квадрата: на одной наносят товарный знак или условное обозначение предприятия-изготовителя и условный но­ мер плавки, на другой — марку стали, год выпуска, квартад и технологическую маркировку предприятия-изготовителя. Штан­ га, обработанная ТВЧ, маркируется на третьей стороне каждого квадрата буквой Т.

Определяющими факторами при выборе колонны насосных штанг для обычных условий являются максимальная нагрузка на штанги и возможные колебания нагрузки. Для быстрого и правильного подбора штанговых колонн следует пользоваться таблицами и специальными номограммами (табл. 12).

Полые штанги

Полые штанги предназначены для передачи движения от го­ ловки балансира станка-качалки плунжеру скважинного насо­ са при непрерывной или периодической подаче в полость насос-

25

Т а б л и ц а 12

Области применения штанг

ных труб ингибиторов коррозии» ингибиторов» предотвращаю­ щих отложение парафина» растворителей парафина» теплоносителей, деэмульгаторов, жидкости гидрозащиты насоеа. Продукция скважины при этом может отбираться как по центральному каналу полых штанг, так и по кольцевому про­ странству между полыми штангами и насосными трубами.

Техническая характеристика

При применении полых штапг изменяется конструкция обо­ рудования устья скважин, в состав которого входят устьевой садыапк для полых штанг, устьевой полый шток, трубопровод шарпприый, рукав высокого давлепия м др.

Эксплуатация, транспортирование и хранение насосных штанг

Основной причиной обрыва штанг является усталость ме­ талла в результате многократного приложения и снятия нагру­ зок при возвратно-поступательном движении колонны штанг. Обрываются штанги в основном около головки, а также в резь­ бовой части. В наиболее искривленных скважинах и в скважи­ нах, в продукции которых отмечается песок, штанги чаще вы­ ходят из строя из-за истирания муфт по наружной поверхности.

Для достижения наибольшего срока службы насосных штанг необходимо тщательно наблюдать за каждым комплектом штанг, опускаемых в скважину, и своевременно отбраковывать негодные. Для сохранения резьбы и прямолинейности штанг скважины должны быть оборудованы стеллажами для их уклад­ ки или люстрами подвешивания при спуско-подъемных операци­ ях. Уложенные на мостки штанги не должны иметь прогибов и свешивающихся концов.

Муфты после навинчивания вручную до соприкосновения торца с буртом штанги крепят ключом. Штанги и муфты, не­ плотно свинченные вследствие каких-либо дефектов, не следует опускать в скважину. Недовинчивание муфты до бурта штанги недопустимо, так как во время эксплуатации штанга может оборваться или отвинтиться. Резьбовые соединения необходимо смазывать и надевать на них колпачки. Эти колпачки могут быть ослаблены на стеллажах около скважины до спуска колон­ ны штанг, но должны оставаться на месте, пока штанга не бу­ дет подвешена на штанговом элеваторе для соединения с колон­ ной. Это уменьшает вероятность случайных загрязнений и де­ формации резьбовых соединений штанг и муфт.

При спуске в скважину новых штанговых колонн на мостках следует оставлять несколько запасных штанг с предохранитель­ ными колпачками. Они должны быть той же марки, что и опу­ щенные в скважину. Их устанавливают при обрыве в место вы­ шедших из строя.

Нельзя спускать в скважину кривые штанги, а также вы­ прямлять их.

Штанги, упакованные заводом в специальные пакеты и скрепленные железно-деревянными хомутами, необходимо гру­ зить и разгружать краном со специальной траверсой, имеющей не менее трех подвесок. При отсутствии крана пачки штанг можно спускать по накатам, поставленным под углом не более 30°. Можно разгружать штанги по одной после распаковки пач­ ки, однако сбрасывать штанги воспрещается.

При хранении штанги укладывают на стеллажи или дере­ вянные доски. На стеллажи сначала кладут деревянные брус­ ки, а затем укладывают одна на другую пачки штанг (не бо­ лее трех по высоте) так, чтобы хомуты одной пачки находи­ лись рядом с хомутами другой или один хомут над другим.

27

Перевозят штанги специальными агрегатами ЗАПШ, смон­ тированными на базе седельного тягача ЗИЛ-157 КВ, или АПШ на базе ЗИЛ-131-В1 (см. гл. VIII) .

СКВАЖИННЫЕ ШТАНГОВЫЕ НАСОСЫ

Скважинные штанговые насосы (табл. 13, 14, 15, 16, 17) с втулочным неподвижным цилиндром и металлическим плунже­ ром предназначены для откачни нефти с обводненностью до 99%, динамической вязкостью до 0,1 Па-с, объемной долей H2S до 0,1%, наличием твердых механических примесей до 0,5%, сво­ бодного газа на входе в насос до 25%, с температурой до 130°С.

В соответствии с ГОСТ скважинные штанговые насосы (табл. 13) должны изготавливаться следующих типов (рис. 12):

Рис, 12, Скважинные штанговые насосы

29

30