книги / Оборудование для добычи нефти и газа
..pdfчиков перемещения головки балансира или полированного што ка. Также, как в ранее рассмотренных системах («Дельта-Х», «ЭХОМЕТР», Dynapump), датчики нагрузки могут быть на кладными (на полированный шток) или встраиваемые в канат ную подвеску станка-качалки. Полученные в результате заме ров динамограммы передаются на компьютеры по физическим линиям (проводные системы) или по системам радиосвязи. В некоторых конструкциях фирмы «Микон» (г. Набережные Челны) и фирмы «СИАМ» (г. Томск) микроЭВМ встроена в прибор, совмещенный с датчиком нагрузки. В этом случае мик роЭВМ оснащена и датчиком акселерометром, заменяющим датчик перемещения полированного штока. Обработка дина мограммы проводится компьютером по заданной программе, которая в основном повторяет методику, представленную в настоящем разделе книги. Кроме динамограмм указанные си стемы могут проводить замеры ваттметрограмм для определе ния уравновешенности станка-качалки. Некоторые из совре менных систем диагностики пытаются воссоздать принципы, заложенные в СДНУ-ЗМ в начале 90-х годов XX века: тести рование клапанов скважинного штангового насоса, определе ние негерметичных интервалов колонны НКТ, использование системы для точного определения действительного дебита на сосной установки, построение плунжерной динамограммы с определением нагрузок в штанговой колонне в любом ее се чении (рис. 7.80, 7.81).
Кроме отсутствия субъективного подхода к анализу динамограмм и ваттметрограмм, электронные системы диагностики име ют важное преимущество, заключающееся в сохранении всех данных по исследованию скважин в хронологическом порядке. Это позволило создавать базы данных на нефтедобывающих пред приятиях, которые используются для отслеживания правильно сти разработки месторождения и движения нефтепромыслового оборудования.
|
|
|
|
Расчетные величины |
|
|
||
Ртах22.7 кВ |
РваО14.05 МПа |
Сигма: |
|
|||||
Putin13.8 кВ |
Рлр- 3.59 МПа |
шах59 .7 |
МПа |
|||||
FT P . B B . - 0 . 8 |
кВ |
Р 'в и - |
16.8 |
кВ |
rain36.4 МПа |
|||
F T p .a u .-0 .в |
кВ |
Ржид- |
2.7 |
кВ |
пр26 .3 |
МПа |
||
Оид- |
21.3 |
т А3/сут |
КЦД- 7 1 .8« |
m*3/Hna»cyT |
Ьр н ас - 1119 га |
|||
Ор- |
15.3 |
шА3/сут |
Кпрод- 1.1 |
Lpeic1006 о |
||||
|
|
|
|
Диагноз |
|
|
||
|
|
|
|
Влияние газа на приеме насоса. |
|
|
||
|
|
|
|
Рекомендуемая глубина спуска насоса — 1006 м |
|
|||
|
|
|
Рис. 7.80. Рапорт диагностики состояния СШ НУ, полученный с помощью |
|
||||
|
|
|
системы диагностики СДНУ-Зм |
н программного обеспечения «Диагност* |
|
Рис. 7.81. Рапорт диагностики состояния СШ НУ, полученный с помощью
системы диагностики СДНУ-Зм и программного обеспечения «Качалка»
7.2.11. СКВАЖИННЫЕ ШТАНГОВЫЕ НАСОСЫ -
ОСНОВНЫЕ ВИДЫ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ
Скважинный штанговый насос представляет собой одноплун жерный насос с длинным цилиндром, шариковыми клапанами и длинным проходным плунжером (рис. 7.82). При ходе плун жера вверх он нагнетает жидкость, находящуюся между стен ками цилиндра и штангами, а в полость под плунжером посту пает жидкость из скважины. При ходе вниз насос нагнетает (вы жимает) объем жидкости, равный объему опускающегося в ци линдр штока, т.е. это на сос дифференциального действия.
По конструкции насо сы бывают с щелевым уп лотнением зазора между металлическим плунже ром и цилиндром и с уп ругим уплотнением этого зазора — с неметалличес кой рабочей поверхнос тью плунжера или со спе циальными поршневыми кольцами. Скважинные штанговые насосы делят ся на трубные и вставные. У первых цилиндр в сква жину спускается на тру-
Рис. 7.82. Конструктивные схемы невставных (трубных)
насосов:
/ — ш т ок клапана; 2 — м уф ты ;
3 — втулки; 4 — к о ж у х ; 5 — п л у н ж е р ; 6 — нагнетательны й клапан; 7 — захват клапана; 8 —
крестовина; 9 — всасы в аю щ и й
клапан
бах, а плунжер и клапаны — на штангах. Вставные насосы спус каются в скважину в собранном виде на штангах и фиксируются
внижней части колонны НКТ замком (анкером).
Вотличие от остальных насосов к основным параметрам сква жинных штанговых насосов относятся номинальный диаметр плунжера (или цилиндра) и длина хода плунжера. Схемы насосов и их основные параметры установлены с 2002 года государствен ным стандартом Российской Федерации (ГОСТ-Р 51896-2002), а до этого времени — отраслевым стандартом (ОСТ) и техничес кими условиями (ТУ). Конструктивные схемы скважинных штан говых насосов, предусмотренных ГОСТ-P, и их технические ха рактеристики будут представлены ниже [31].
Условные диаметры скважинных насосов (плунжеров и ци линдров) 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
взависимости от требуемого напора насоса (глубины располо жения динамического уровня, с которого насос должен обеспе чить 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 при меняемые на промыслах, имеют составной (втулочный) или безвтулочный (цельнометаллический) цилиндр.
Втулочный насос (например — НВ1С) имеет цилиндр, на бранный из втулок 3 длиной по 304 мм, размещенных в кожухе 4 и зажатых концевыми муфтами 2. К нижней муфте подсоеди нен узел всасывающего клапана 9. В цилиндре движется плун жер 5, имеющий узел нагнетательного клапана 6 (см. рис. 7.82).
Насос с безвтулочным цилиндром (НВ1Б, НВ2Б, НН2Б и др) имеет цельный цилиндр с концевыми резьбами. К резьбе подсо единены переводники. К нижнему переводнику подсоединен узел всасывающего клапана, к верхнему — ограничитель хода плун жера. В цилиндре находится плунжер с нагнетательным клапа ном. Цельнометаллический цилиндр представляет собой цилин дрическое тело, внутренняя поверхность которого является ра бочей. 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 сни зить трудоемкость сборки насоса и изготовления цилиндра. Уст раняется возможность сдвига втулок цилиндра при транспорти ровке, 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 некото рых типов скважинных штанговых насосов широкого применения.
Трубные (невставные) скважинные насосы (НН) выполняют не скольких типов — НН1, НН2, ННА. Насос НН1 (см. рис. 7.82, а) состоит из штока с утолщением в верхнем конце, служащего для съема всасывающего клапана с его посадочного конуса и подъе ма клапана на поверхность вместе с плунжером. Цилиндр насо са остается подвешенным на трубах. Узел нагнетательного кла пана находится в верхней части плунжера. На данном рисунке показано нижнее положение плунжера при рабочем ходе. Подъем на поверхность всасывающего клапана удобен и прост. Но на личие штока в конструкции и размещение нагнетательного кла пана в верхнем торце плунжера создают большое мертвое про странство Ум в цилиндре насоса, что является причиной плохой работы насоса даже при небольшом газосодержании в жидко сти. Для устранения этого недостатка необходимо уменьшить мертвое пространство в насосе. Для этого нагнетательный кла пан переносят в нижнюю часть плунжера и применяют специ альный байонетный захват 7 и крестовину 5 для съема всасыва ющего клапана (см. рис. 7.82, б). Насос такой конструкции име ет шифр НН2. Его преимущество — небольшое мертвое про странство Ум 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 от ложения на деталях насоса асфальто-парафиновых и смолистых веществ.
Вставной насос (НВ) имеет следующую конструкцию (рис. 7.83). Насос 5 опускают внутрь колонны НКТ 1, в которой установле но 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 мень ший 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 на сосы обычно предназначены для спуска на боль шую глубину, чем трубные.
Рис. 7.83. Схема вставного насоса
/ — НКТ; 2 — обратный клапан; 3 — седло; 4 — пружи на; 5 — насос; 6 — направление
Трубные насосы типа ННА с автоматическим сцеплением штанг со штоком плунжера насоса спускаются в сборе на ко лонне НКТ. Штанги спускаются после спуска насоса на задан ную глубину и автоматически соединяются со штоком плунже ра. Конструкцией насоса предусмотрено автоматическое рассо единение 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 являет ся 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 выбира ется в зависимости от вязкости откачиваемой жидкости, содер жания в ней песка, размера его частиц и т.д.
Плунжеры насосов изготавливают из стали и покрывают из носоустойчивым слоем хрома толщиной до 70 мкм. Плунжер может иметь концентричные или винтовые канавки, насечку. Канавки и насечка предохраняют плунжер от заклинивания пес ком. Для скважин с большим выносом песка применяют плун жер «пескобрей». Он имеет скошенную внутрь плунжера верх нюю кромку и углубленную в плунжер клетку, соединяющую его со штангами. Таким образом, плунжер как бы сбривает ме ханические примеси со стенок цилиндра. Примеси поступают к клетке клапана, где их подхватывает поток откачиваемой жид кости, выносящий механические примеси из зоны контакта плун жер-цилиндр. Другие виды плунжеров для скважинных штанго вых 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 подверга ют 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,
устали 45 — до HRC 50 и у стали марки 38Х2МЮА до HRA 80
иболее.
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 мар ки 40Х. К внутренней поверхности его предъявляются те же тре бования, что и к втулочному цилиндру. Клапаны насосов шари ковые. Шарик притирается к седлу. Седло имеет меньшую твер дость, чем шар, что увеличивает срок службы этой пары. Рабо чая кромка седла углублена и защищена «ложной» фаской от ударов шаром.
Насосы с неметаллической рабочей поверхностью плунже ра типа НВ1м и НН2м могут иметь гуммированный плунжер (рис. 7.84) или плунжер с манжетами.
Рис. 7.84. Схема гуммированного плунжера
Гуммированный плунжер изготовляют вулканизацией или приклеиванием резиновых частей к плунжеру. Верхнее уплотне ние имеет подвод жидкости из плунжера в свою внутреннюю полость. Поскольку нагнетательный клапан расположен внизу плунжера, под действием давления жидкости распирается верх нее уплотнение. Остальные гуммированные части изготовлены так, что входят в цилиндр с натягом и тоже воспринимают опре деленную часть перепада давления. На плунжере обычно имеет ся четыре-шесть гуммированных уплотнений или манжет.
Цилиндры этих насосов делают без втулок и с втулками. Раз мер диаметра цилиндра не требует высокой точности, но повер хность 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 износоус тойчива. 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 выпускают ся стандартные насосы с двумя плунжерами (типа ННД2 и НВ2Д2) по схеме, представленной на рис. 7.85. При ходе сбор ки плунжеров вниз давление столба жидкости в НКТ будет передаваться на верхний плунжер 6 и нагнетальный кла пан 5. При этом под плунжером 6 и кла паном 5 будет давление всасывания, так как жидкость из скважины будет посту пать через открытый клапан 3 в полость
4. Таким образом, при ходе плунжеров |
|
|
и штанг вниз создается сила, действу |
|
|
ющая сверху вниз и растягивающая |
|
|
шток £и штанги, что предупреждает за |
|
|
висание штанг в вязкой жидкости и их |
|
|
продольный изгиб. При отборе высо |
|
|
ковязкой жидкости и обычных схемах |
|
|
штанговых насосов трение штанг о жид |
|
|
кость не позволяет штангам достаточ |
|
|
но быстро опускаться, головка балан |
|
|
сира опускается вниз быстрее штанг, |
|
|
что приводит к рассогласованию дви |
|
|
жения головки балансира станка-качал |
|
|
ки и колонны штанг, возникновению |
|
|
значительных ударных нагрузок и сни |
|
|
жению работоспособности установок. |
|
|
Подача такого насоса определяет |
1 |
|
ся длиной хода и разностью площадей |
||
|
||
цилиндра 1 нижней насосной части |
|
|
(с плунжером 2) и цилиндра 7 верхней |
|
|
насосной части. |
|
Рис. 7.85. Схема насоса для отбора вязких жидкостей