книги / Скважинные насосные установки для добычи нефти

Рис. 2.46. ДСНУ фирмы Маре

1 — электродвигатель; 2 — вал; 3 — насос; 4 — гидролинии; 5 — лебед­ ка; 6 — гидромотор; 7 — мачта; 8 — контргруз; Р, 10 — канат; 11 — тра­ верса; 12 — полированный шток; 13

— устьевой сальник; 14 — колонна штанг; 15— НКТ; 16— цилиндр на­ соса; 17 — плунжер; 18 — фильтр

ния. Раооту гидродвигателя ооеспечивает малогабаритный насос с регулируемой подачей и электродвигатель. Применение гид­ родвигателя обеспечивает плавное регулирование хода полиро­ ванного штока, снижение динамических нагрузок на колонну штанг и увеличение сроков службы оборудования.

Технические характеристики

Наибольший эффект достигается при эксплуатации устано­ вок на континентальном шельфе.

ДСНУ мачтового типа, разработанная в АзИНмаше, содер­ жит электромеханический привод с реверсивным электродвига­ телем, установленным на мачте. Уравновешивание установки обеспечивается с помощью контргрузов, перемещающихся по направляющим мачт, длина хода плунжера 6—10 м, грузоподъ­ емность установки 8—10 т. Установка обеспечивает эксплуата­ цию и ремонт скважины без применения агрегата для подземно­ го ремонта.

Высокопрофильные (мачтовые) ДСНУ (фирмы Маре, Oilwell и др.) предназначены для работы с устьевым штоком и сальни­ ком обычной конструкции. К их достоинствам относятся: отсут­ ствие дополнительного шурфа для противовеса, возможность применения противовесов из железобетона, проведения ремон­ та скважин без применения агрегата для подземного ремонта. Недостатками мачтовых ДСНУ являются большие удельные масса и габариты, сложность обслуживания, ограничение хода плун­ жера 10—12 м. Последнее обстоятельство сильно снижает эф­ фективность применения ДСНУ с мачтовым приводом и поэто­ му более перспективными с точки зрения получения максималь­ ного эффекта являются установки с низкопрофильным приво­ дом и гибким тяговым органом, длина хода плунжера которого практически не ограничена.

С целью уменьшения габаритов привода установки ряд фирм отказались от использования мачт, а контргруз был опущен в шурф, специально пробуренный рядом со скважиной. Типич­ ным представителем такой установки является установка Alpha-I (рис. 2.47) фирмы Bethlehem Steel.

Барабан лебедки приводится во вращение через стандартный редуктор трехфазным асинхронным двигателем мощностью 40 кВт. Направление вращения двигателя механически переключается при движении плунжера насоса вверх и вниз. Особенность этой уста­ новки в том, что барабан лебедки снабжен спиральным желобом для троса или эксцентриками, благодаря которым трос увеличи­ вает свой пробег и которые позволяют изменять радиус барабана в конце каждого хода плунжера, снижать скорость, а, следова­ тельно, инерционные нагрузки. Эксцентриковая система намот­ ки троса позволяет изменять величину крутящего момента на валу

Рис. 2.47. ДСНУ Alpha-I фирмы Bethlehem Steel

1 — полированный шток; 2 — трос; 3 — направляющий шкив; 4 — эксцентрики; 5 — барабан лебедки; 6 — контргруз

двигателя и тем самым обеспечивать плавную остановку подвес­ ной системы и реверсирование ее движение в конце каждого хода. В течение периода времени, когда плунжер движется по инерции вниз, двигатель выключен и включение его для обеспечения об­ ратного движения происходит только тогда, когда инерционные нагрузки полностью снимаются. В результате такая установка полностью сбалансирована, и двигатель в течение почти всего хода плунжера потребляет постоянную мощность.

Технические характеристики установки

Результаты исследований показали, что использование кана­ та в качестве гибкого тягового органа приводит к увеличению габаритов привода установки, так как для обеспечения долго-

вечности и надежности работы каната необходимо обеспечить соотношение диаметра каната к диаметру барабана порядка 1:100. Диаметры приводных барабанов и направляющих роликов всех перечисленных установок составляют 1,5—2 м. Один из спосо­ бов решения этой проблемы предложила фирма National Supply (США), разработавшая ДСНУ Liftronic (рис. 2.48), в которой в качестве тягового органа используется грузовая пластинчатая цепь. В результате этого диаметр барабана и роликов уменьшил­ ся до 0,3 м, что привело к снижению габаритов установки.

В приводе установки имеются два барабана, смонтированных на валу редуктора. На барабаны намотаны цепи: одна связана с полированным штоком, другая — с противовесом. Редуктор смон­ тирован на станине вместе с электродвигателем и соединен с ним ременной передачей.

По достижению полирован­ ным штоком заданного по­ ложения, определяемого микропроцессором, двига­ тель установки отключает­ ся, после чего вращение двигателя реверсируется. Технические характеристи­ ки установки: максимальная длина хода — 9,14 м; число ходов в минуту — 1,5—3; максимальная нагрузка на полированный шток — 54кН; высота привода — 2,18 м; масса привода — 1724 м; масса противовеса — 4082 м; глубина шурфа — 15 м; диаметр шурфа — 0,61 м.

Рис. 2.48. ДСНУ Liftronic:

/ — контргруз; 2 — обсадная тру­ ба; 3 — механическая часть ДСНУ; 4 — блок управления; 5 — выкид­ ная линия; 6 — устьевой сальник; 7 — НКТ; 8 — колонна штанг; 9 — насос; 10— всасывающий клапан

Результаты технико-экономического анализа ДСНУ с мачтой и шурфом показывают, что масса, приходящаяся на один кВт установленной мощности установок с мачтой в 3—4 раза боль­ ше, чем установок с шурфом, причем она мало меняется с изме­ нением нагрузки в точке подвеса. Значения удельной массы ус­ тановки фирмы Western выше, чем установки Liftronic, за счет того, что длина хода насоса установки фирмы Western почти в 3 раза больше, чем установки Liftronic.

С увеличением грузоподъемности установок масса, приходя­ щаяся на каждый метр длины хода установок мачтового типа, примерно в 5 раз больше, чем установок с шурфом. Длину хода установок с мачтой, очевидно, нецелесообразно принимать бо­ лее 10 м по двум причинам. Во-первых, сильно возрастает масса установки. Во-вторых, возникают затруднения с изготовлением цельного полированного штока и, следовательно теряется одно из основных преимуществ такого типа установок.

С точки зрения металлоемкости и габаритов более экономич­ ными являются установки с заглубленным противовесом. Одна­ ко работы, связанные с бурением шурфов, вызывают дополни­ тельные трудности для промысловиков. Кроме того, к недостат­ кам этого типа установок следует отнести наличие динамичес­ кого сальника на устье скважины.

Другим направлением работ в области совершенствования привода ДСНУ является использование для перемещения ко­ лонны штанг гидропривода. Фирмой Canadian Foremost ведется

разработка конструкции установок с пневмоуравновешиванием и электронным контролем. Установка имеет гидроцилиндр, рас­ положенный непосредственно над устьем скважины. На одном штоке с поршнем гидроцилиндра смонтирован поршень пнев­ моцилиндра. Несмотря на то, что максимальная длина хода этих установок не превышает 5,8 м, их высота достигает 21 м. Инте­ ресна эта установка тем, что в ней применена пневматическая система уравновешивания, которая может быть использована в ДСНУ с механическим приводом, более надежным в условиях промыслов, чем гидропривод.

Наряду с зарубежными фирмами в странах СНГ также про­ водилась работа по созданию отечественной ДСНУ.

В РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина предложена схема механического привода ДСНУ с гибким тяговым органом и гид­ ропневматическим уравновешиванием (рис. 2.50). Привод со­ стоит из реверсивного электродвигателя, муфты-тормоза, чер-

Рис. 2.50. Привод ДСНУ ГАНГ им. И.М. Губкина:

1 — электродвигатель; 2 — муфта-тормоз; 3 — канат; 4 — червячная передача; 5 — емкость с маслом; 6 — барабан; 7 — насос-мотор; 8 — пневмогидравлический аккумулятор; 9 — винтовой механизм переме­ щения барабан

вячной передачи, колесо которой установлено на одном ваду с барабаном. На барабан наматывается канат, связанный с глу­ бинным насосом. С целью обеспечения соосности каната с ус­ тьевым сальником барабан выполнен подвижным и перемеша­ ется вдоль вала с помощью винтового механизма. Механизм уравновешивания включает насос-мотор, механически связан­ ный с приводным валом червячной передачи и гидравлически связанный с гидропневматическим аккумулятором и масляной

емкостью.

В РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина рассматривались раз­ личные варианты схем уравновешивания ДСНУ. Принятые в зарубежной практике системы грузового уравновешивания для ДСНУ с низкопрофильным приводом не удовлетворяют требо­ ваниям нефтяников-промысловиков. Поэтому была предложе­ на схема с грузовым уравновешиванием типа кривошипного уравновешивания балансирных приводов, которая реализуется с помощью двух редукторов от станков-качалок. Эта система мо­ жет применяться в ДСНУ при неглубоких (порядка 500—700 м) подвесках скважинного насоса. Кроме того, рассмотрена воз­ можность применения системы с инерционным уравновеши­ ванием, основанной на использовании кинетической энергии вращающегося маховика, а также с пружинным и гидропнев­ матическим уравновешиванием, защищенные авторскими сви­ детельствами.

Основными преимуществами низкопрофильных ДСНУ, в которых гибкий тяговый канат (цепь, лента) наматывается на барабан, являются: небольшие удельные масса и габариты; удоб­ ство транспортировки, монтажа и обслуживания; возможность создания установки с неограниченной длиной хода.

Основными недостатками низкопрофильных ДСНУ являются низкая надежность работы гибкого тягового органа, подвер­ женного переменным растягивающим и изгибным нагрузкам с большим числом циклов 2-106, в связи с намоткой на барабан, а также наличия внутрискважинного уплотнения, усложняю­ щего устьевой сальник. Общим недостатком низкопрофильных приводов с грузовым уравновешиванием (установки Liftronic и Alpha-I) является необходимость устройства глубокого шурфа, в котором перемещается контргруз [33, 46, 47, 48].

2.2.5. ОБОРУДОВАНИЕ УСТЬЯ СКВАЖИНЫ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ СШНУ

Подвески устьевого штока ПСШ предназначены для соединения устьевого штока с приводом штангового сква­ жинного насоса. Позволяют исследовать работу скважинного штангового насоса с помощью динамографа, а также регулиро­ вать установку плунжера в цилиндре насоса.

Предусмотрена возможность применения подвесок в услови­ ях умеренной и холодной (район 1а) климатических зон [42, 45].

Схема подвески представлена на рис. 2.51.

Рис. 2.51. Подвеска ПСШ устьевого штока:

1 — нижняя траверса; 2 — плашки каната; 3 — пружина плашек; 4 — винт опорный; 5 — верхняя траверса; 6 — плашка штока; 7— пружи­ на плашек штока; 8 — сальниковый шток; 9 — канат

Штанговращатель

Штанговращатель — механическое приспособле­ ние, закрепляемое на устьевом штоке для медленного провора­ чивания колонны штанг и плунжера «на заворот» при каждом ходе головки балансира (рис. 2.52).

Штанговращатели применяются при эксплуатации искрив­ ленных скважин для предотвращения одностороннего истира-

ния штанг, муфт и плунжера, для предотвращения отворотов штанговых колонн, а также в случае применения пластинчатых скребков, укрепляемых на колонне штанг для удаления отложе­ ний парафина на внутренних стенках труб (табл. 2.14).

Рис. 2.52. Штанговращатель ШВЛ-10:

1 — устьевой шток; 2 — гайка накидная; 3 — сухарь; 4 — червячная втулка; 5 — крышка; 6 — корпус; 7— подшипники; 8 — кольцо уплот­ нительное; 9 — гайка; 10— втулка распорная; 11 — грузовой винт; 12

— винт подъемный; 13 — гайка; 14 — червячное колесо; 15 — храпо­ вик; 1 6 - собачка верхняя; 17 - рычаг; 1 8 - собачка нижняя; 1 9 -

нижняя траверса; 20 — масленка; 21 — болт специальный; 22 — втул­ ка; 23 — ось нижняя