1458

2.2. ОБОРУДОВАНИЕ СКВАЖИННЫХ ШТАНГОВЫХ НАСОСНЫХ УСТАНОВОК ДЛЯ ДОБЫ ЧИ НЕФТИ

С точки зрения экономических возможностей СШНУ могут обеспечить высокий напор в ограниченном диапазоне подач от 5 до 50 м3/сут. В области подач от 1 до 40 м3/сут СШНУ имеет более высокий КПД по сравнению с другими способами добычи нефти и при подаче, равной 35 м3/сут, он может достигать мак­ симального значения (37%). Таким образом, СШНУ хорошо приспособлена для работы в условиях малого и среднего дебита скважин. Однако, в некоторых случаях подача может достигать 200 м3/сут и глубины подвески насосов достигают 2500 м [15].

Независимо от конструкций основных узлов, для всех СШНУ характерны следующие особенности: 1) значительное удаление гидравлической части насоса от механической, т.е. плунжера с цилиндром от кривошипно-шатунного механизма; 2) вертикаль­ ное расположение основных элементов установки; 3) малый поперечный (диаметральный) размер деталей, входящих в гид­ равлическую (подземную) часть установки. Все это в свою оче­ редь обусловливает следующие явления, неблагоприятные для работы СШНУ.

1. Суммарная деформация колонны штанг и насосно-комп­ рессорных труб достигает значительных величин и соизмерима

сдлиной хода плунжера.

2.Закон движения точки подвеса штанг отличается от закона движения плунжера, фактическая длина хода плунжера на 200— 500 мм меньше длины хода точки подвеса штанг. Поэтому при выборе режима работы установки стараются обеспечить макси­ мальную длину хода плунжера.

3.Усилие в точке подвеса штанг постоянно направлено вниз и отличается при ходе вверх и вниз на 30—50%. Постоянство направления нагрузки в точке подвеса штанг, обусловленное весом колонны штанг и столба жидкости под плунжером глу­ бинного насоса, обусловливает неравномерную загрузку привод­

ного двигателя.

За время полного оборота кривошипа, т.е. за время одного цикла работы глубинного насоса, происходит подъем и опуска­ ние штанг. При этом при ходе штанг вверх двигатель привода должен затратить дополнительную работу по подъему штанг —

увеличению их потенциальной энергии. Полезная работа двига­ теля при ходе вверх расходуется на подъем жидкости.

Для обеспечения хода штанг вниз не нужно совершать допол­ нительной работы — колонна опускается вниз силой собственно­ го веса, а приводной двигатель при этом работает вхолостую.

Для обеспечения равномерной нагрузки двигателя за время двойного хода и уменьшения его мощности привод СШНУ снаб­ жают уравновешивающим устройством (в данном случае — грузы на правом плече балансира), назначение которого аккумули­ ровать энергию, получаемую от приводного двигателя и штанг, при ходе плунжера вниз и отдавать ее при ходе штанг вверх.

2.2.1. Механические приводы скважинных штанговых насосных установок. Классификация, области применения

Общая классификация приводов штангового скважинного насоса

Приводы штангового глубинного насоса могут быть классифицированы: 1) по роду используемой энергии в передаче; 2) по числу обслуживаемых одним приводом скважин; 3) по виду первичного двигателя [25].

По роду используемой энергии различают приводы: механи­ ческие, гидравлические и пневматические. В механическом при­ воде глубинного насоса основные функции выполняют механи­ ческие передачи, в качестве передаточного звена в гидравличес­ ких приводах применяются жидкости, а в пневматических — воздух.

Наиболее распространенными являются механические при­ воды штанговых насосов. Определенное применение имеют гид­ равлические приводы насосов. Пневматические устройства в качестве привода глубинного насоса имели незначительное при­ менение из-за многих существенных недостатков.

В механических и гидравлических приводах насосов пневма­ тическое устройство применяется как уравновешивающая сис­ тема. Любой вид привода штангового насоса имеет первичный двигатель, в качестве которого применяются электрические или

Общая классификация индивидуальных приводов штанговых насосов

В соответствии с общей классификацией приво­ дов насосов индивидуальные приводы также подразделяют на: механические, гидравлические и пневматические с электричес­ ким или тепловым двигателем. Они имеют следующие основные параметры.

1. Допускаемая нагрузка Ртах (сумма статических и динами­ ческих нагрузок) в точке подвеса штанг.

2.Длина хода точки подвеса штанг Sa.

3.Число ходов точки подвеса штанг птлх.

Исходя из максимальной величины этих параметров, совре­ менные индивидуальные приводы насосов могут быть разделе­ ны на следующие категории.

По величине максимальной нагрузки в точке подвеса штанг. В современной практике применения штанговых насосов встре­ чаются приводы с максимальной нагрузкой в точке подвеса штанг Ртзх от 500—800 кг до 15—28 т.

Исходя из такого диапазона изменения нагрузок Ртах(т), при­

По длине хода точки подвеса штанг. В нефтепромысловом деле практическое применение имеют приводы с максимальной длиной хода точки подвеса штанг от 0,3 до 10 м. Большое рас­ пространение имеют приводы с длиной хода до 6 м.

По максимальной длине хода Smm в точке подвеса штанг при­ воды могут быть следующие (м):

Практическое применение имеют приводы с максимальным числом ходов от 2—4 до 20 в минуту.

-юрь

Рис. 2.4. Общая классификация индивидуальных приводов штанговых скважинных насосов

По числу ходов птзх точки подвеса штанг приводы насосов

По величине потребляемой мощности. Выше мы классифици­ ровали приводы в укрупненном виде по величине основных па­ раметров. Произведение этих параметров P s n представляет собой работу, выполненную в единицу времени (в течение од­ ной минуты), т.е. мощность.

С учетом величины потребляемой мощности N, кВт, индивиду­ альные приводы насосов можно разделить на четыре категории.

Общая классификация индивидуальных приводов штанговых глубинных насосов представлена на рис. 2.4.

Индивидуальные механические приводы

В нефтедобывающей промышленности наиболь­ шее распространение получили приводы штангового скважин­ ного насоса механического действия.

Как все приводы, так и механические бывают индивидуаль­ ные и групповые. Основное применение в настоящее время имеют индивидуальные механические приводы. Они используются по их прямому назначению, т.е. как привод насоса, работающего в одной скважине. Кроме того, бывает, что этот же привод одно­ временно является приводом других нефтепромысловых меха­ низмов, как, например, лебедки для подземного ремонта, насо­ са для закачки жидкости в скважину, подвесного компрессора для откачки газа из скважины и т.д.

Использование индивидуального привода насосов одновре­ менно для других промысловых механизмов не всегда рацио­ нально, так как, во-первых, конструкция привода усложняется, а во-вторых, глубинный насос и дополнительный механизм бу­

дут работать в одном режиме. Таким образом, при создании оп­ тимального режима работы насоса дополнительный механизм будет работать не в оптимальном режиме, и наоборот.

Индивидуальные механические приводы выполняются по раз­ личным принципиальным схемам в зависимости от конструктив­ ного назначения. В основном они состоят из двух видов механиз­ мов: для снижения скорости вращения вала двигателя до числа ходов точки подвеса штанг; для преобразования вращательного движения звена со сниженным числом оборотов в возвратно-по­ ступательное движение точки подвеса штанг. Первая группа ме­ ханизмов будет названа трансмиссией или передачей вращатель­ ного движения, вторая группа — преобразующим механизмом.

Особое влияние на работу и конструкцию привода насоса оказывает принципиальная кинематическая схема преобразую­ щего механизма.

По видам преобразующих механизмов механические приводы насосов делятся на две группы: балансирные и безбалансирные. В балансирном приводе вертикальное возвратно-поступательное движение точки подвеса штанг осуществляется посредством ка­ чающегося балансира (коромысла), а в безбалансирных приводах механического действия это движение осуществляется разными другими механизмами без применения качающегося балансира.

В нефтепромысловой практике балансирные индивидуальные приводы называют станками-качалками. Кроме трех общих па­ раметров (максимальные значения: нагрузки в точке подвеса штанг Ртах, длины хода 5тах и числа ходов лтах), индивидуальные механические приводы характеризуются еще максимальным до­ пустимым значением крутящего момента Мтзх на валу ведущего звена преобразующего механизма (то же самое, что и на ведо­ мом валу трансмиссии). Так что максимальное значение этого момента является одним из основных параметров механических индивидуальных приводов.

По величине крутящего момента индивидуальные механичес­ кие приводы могут быть классифицированы следующим обра­ зом (кгс-м):

приводы с малым моментом со средним с большим

со сверхбольшим

Между крутящим моментом и параметрами Ртах, S u n суще­ ствует определенная аналитическая зависимость. Общая класси­ фикация механических приводов насосов представлена на рис. 2.5.

Существуют многочисленные конструкции станков-качалок, выполненные по различным кинематическим — схемам как трансмиссии, так и преобразующего механизма.

Балансиры станков-качалок на практике встречаются двух видов: как механизм двуплечего рычага (рычаг первого рода), так и механизм одноплечего рычага (рычаг второго рода).

По этому признаку все балансирные индивидуальные приво­ ды (станки-качалки) могут быть подразделены на две группы: станки-качалки с двуплечим балансиром и одноплечим балан­ сиром [26].

Встанках-качал^яхх двуплечим балансиром (рис. 2.6) опора

Скачения балансира BD находится-между-тОчкой/йодвеса штанг D и точкой В сочленения балансира с шатуном 3. Применяемые станки-качалки в основном созданы по этой схеме.

Встанках-качалках с одноплечим балансиром точка сочлене­ ния В шатуна 3 с балансиром DC находится между точкой под­ веса штанг D и опорой балансира С. Соединение станка-качал­ ки (т.е. конца его балансира) с колонной штанг (с точкой подве­ са штанг) производится двояко — непосредственно шарнирно (см. рис. 2.6, а и 2.7, а) или посредством гибкой связи 5 (см. рис. 2.6, б и 2.7, б).

Впервом случае штанга подвешивается непосредственно к концу балансира в точке D, которая описывает дугу DtDD2ради­

усом (см. рис. 2.6, а и 2.7, а). Общее отклонение оси сальни­ кового полированного штока OD от вертикальной оси скважи­ ны (или от оси сальника) будет равно величине стрелы Исегмен­ та DXDDV Такое отклонение оси сальникового штока отрица­ тельно влияет на работу сальникового устройства. По этой при­ чине такое соединение головки балансира станка-качалки с точ­ кой подвеса штанг в настоящее время почти не применяется. Гибкое звено 5 в сочетании с дугообразной головкой балансира представляется прямолинейно направляющим механизмом. При этом конец балансира (головка балансира) выполняется так, что при работе станка-качалки гибкое звено 5, закрепленное одним концом в верхней части головки и другим концом к сальниково­ му штоку, всегда огибает дугу радиусом Ку Таким образом, обес-

-Р*

U>

NJ

Рис. 2.6. Кинематическая схема обычных станков-качалок с одноплечим балансиров

а — с шарнирной головкой; б — с дугЬвой головкой