1. Краткий обзор и анализ выбранного оборудования

Чуть более 13% всех скважин в России эксплуатируются фонтанным и газлифтным способами добычи нефти (хотя эти скважины дают более 30% всей российской нефти). В целом статистику по способам эксплуатации можно посмотреть в таблице 1.

Таблица 1 - Статистика способов эксплуатации

Способ эксплуатации	Число скважин, %	Средний дебит, т/сут			Добыча, % от общей
		нефти	жидкости	нефти		жидкости
Фонтанный	8,8	31,1	51,9	19,5		9,3
Газлифтный	4,3	35,4	154,7	11,6		14,6
УЭЦН	27,4	28,5	118,4	52,8		63,0
ШСН	59,4	3,9	11,0	16,1		13,1
Прочие	0,1	-	-	-		-

Принудительный подъем нефти из скважин с помощью насосов является наиболее продолжительным в жизни месторождения.Одним из разновидностей этого способа является добыча нефти установками штанговых глубинных насосов (УШГН). Он представляет собой поршневой насос одинарного действия, шток которого связан колонной штанг с наземным приводом – станком-качалкой. Установка состоит из:

• привода

• устьевого оборудования

• насосных штанг

• глубинного насоса

• вспомогательного подземного оборудования

• насосно-компрессорных труб.

Привод предназначен для преобразования энергии двигателя в возвратно-поступательное движение колонны насосных штанг.В большинстве ШСНУв качестве привода применяют балансирные станки-качалки. Онвключает в себя кривошипно-шатунный механизм, преобразующий вращательное движение первичного двигателя в возвратно-поступательное движение и сообщает его колонне штанг и плунжеру насоса (рисунок 1).

1 - канатная подвеска; 2 - балансир с поворотной головкой; 3 - опора балансира; 4 - стойка; 5 - шатун; 6 - кривошип; 7 - редуктор; 8 - ведомый шкив; 9 - клиноременная передача; 10 - электромотор; 11 - ведущий шкив; 12 - ограждения; 13 - салазки поворотные для электромотора; 14 - рама, 15 - противовес, 16 - траверса, 17 - тормозной шкив

Рисунок 1- Схема балансирного станка-качалки

Широкое распространение ШСНУ обуславливают следующие факторы:

1. Простота ее конструкции;

2. Простота обслуживания и ремонта в промысловых условиях;

3. Удобство регулировки;

4. Возможность обслуживания установки работниками низкой квалификации;

5. Малое влияние на работу ШГНУ физико-химических свойств откачиваемой жидкости;

6. Высокий КПД;

7. Возможность эксплуатации скважин малых диаметров.

К основным недостаткам балансирных СК следует отнести:

- низкий срок службы редуктора (если у американских производителей он составляет 20 лет, то отечественные работают в среднем 5 лет);

-разрушение элементов преобразующего механизма;

- неудовлетворительное центрирование канатной подвески, обусловленное неточностью изготовления головки балансира и приводящее к ускоренному износу устьевого уплотнения;

- неудобство перестановки пальцев шатунов;

- высокая трудоемкость перемещения грузов при уравновешивании;

- неудобство обслуживания клиноременной передачи;

- неудобство поворота головки балансира перед выполнением подземного ремонта скважин;

- наличие переменных упругих деформаций длинной колонны штанг, что приводит кснижению коэффициента подачи глубинного насоса;

- наличие механической связи между станком-качалкой и насосом.

На поздней стадии разработки месторождений обостряется вопрос выбора оборудования для эксплуатации скважин, обеспечивающего добычу нефти в осложненных условиях при наименьших затратах. Особенно это касается высокообводненных скважин с дебитами по жидкости более 40 м³/сут. В практике отечественной нефтедобычи такие скважины, как правило, эксплуатируются УЭЦН. Однако, КПД УЭЦН не высок и затраты электроэнергии на подъем нефти велики. Причем, чем ниже номинальная производительность ЭЦН, тем ниже КПД. Применение на скважинах с дебитом до 130 м³/сут УСШН с балансирными станками-качалками (СК) требует из-за ограниченной длины хода (до 3,5 м у серийных СК) режимов откачки с высокой частотой качаний, что при работе с насосами большого диаметра резко сокращает срок службы штанг и МРП скважин. Полученная экономия затрат на электроэнергию не окупает затрат на дополнительные ремонты и сопутствующие потери добычи нефти. Увеличение длины хода балансирных СК приводит к резкому росту их габаритов и металлоемкости, а следовательно, и стоимости привода, его монтажа и обслуживания.

Реальным путем решения проблемы является применение в составе УСШН длинноходовых цепных приводов (рисунок 2), обеспечивающие экономию энергозатрат 15 — 25 % (КПД УСШН с такими приводами достигает 60 %, тогда как для УСШН с балансирными СК в аналогичных условиях КПД составляет 20 — 50 %).

1 — рама, 2 — электродвигатель, 3 — редуктор, 4,5 — звездочки, 6 — цепь, 7 — каретка, 8 — уравновешивающий груз, 9 — корпус, 10 — тормоз, 11 — подвеска, 12 — канат

Рисунок 2 — Общий вид цепного привода УСШН

Еще больший выигрыш может быть получен на таких скважинах при замене УЭЦН. Применение на скважинах с дебитом по жидкости до 130 м³/сут позволяет по сравнению с УЭЦН получить примерно двукратное сокращение удельных энергозатрат на подъем продукции, т. к. КПД УЭЦН, как правило, не превышает 30 %. За счет большой длины хода цепных приводов необходимая производительность обеспечивается при частоте качаний до 4 мин^-1, что снижает динамические нагрузки на штанги и привод, а также цикличность приложения нагрузок. Все это создает предпосылки существенного увеличения ресурса штанг и МРП скважин. Кроме того, в отличие от УЭЦН, обеспечивается возможность регулирования режима эксплуатации скважины в рамках технической характеристики привода без потери КПД и привлечения бригады ПРС для замены установки на другой типоразмер.

С технологической точки зрения все цепные приводы имеют следующие особенности:

• фиксированную длину хода;

• реверсивный редуцирующий преобразующий механизм, совмещенный с частью уравновешивающего груза фиксированной массы;

• благоприятный закон движения штанг с равномерной скоростью на большей части хода и относительно низкой частотой качаний; − максимальную скорость штанг в 1,7 раза меньше, чем у балансирных аналогов при равной частоте качаний;

• при ремонте скважины откатываются от устья на необходимое расстояние.

Кроме описанных станков-качалок существует много других индивидуальных приводов для штанговых насосных установок, не получивших, однако, широкого распространения.

Существуют так же балансирные СК с гидропневматическим и пневматическим уравновешиванием. Эти станки более компактные, чем обычные балансирные, имеют более плавный ход, меньшие инерционные нагрузки. Однако они сложнее в изготовлении, дороже и, несмотря на некоторое уменьшение габаритных размеров, более металлоемки. Уравновешивание в них достигается как за счет использования роторных противовесов, так и за счет сжатия воздуха в специальном цилиндре с перемещающимся в нем поршнем. Кроме того, на СК с пневматическим уравновешиванием обязательно имеется небольшой одноцилиндровый компрессор для подкачки воздуха в систему уравновешивания.

Разработаны гидравлические качалки, состоящие из длинного цилиндра и движущегося в нем поршня, соединенного непосредственно с колонной штанг. Цилиндр устанавливается вертикально над устьем скважины. Возвратно-поступательное движение поршня и штанг достигается путем переключения золотниковым устройством нагнетаемой силовым насосом жидкости в полости цилиндра. В качестве силового используется обычно шестеренчатый насос с приводом от электродвигателя. Уравновешивание осуществляется за счет противоположного по фазе перемещения насосных груб с гидравлической подвеской. Гидравлические качалки очень компактны, имеют массу в 2 -  2,5 раза меньшую, чем обычные балансирные СК, плавный ход, однако существенным их недостатком является перемещение НКТ, дополнительные уплотнительные сальниковые элементы и длинные силовые цилиндры, изготовление которых требует совершенной технологии.