2.Примененное оборудование

Насосный способ эксплуатации скважин предусматривает использование штанговых скважинных насосов.

Штанговые насосные установки (ШНУ) предназначены для подъема жидкости из скважины на поверхность.

На долю штангового насосного способа эксплуатации в нашей стране приходится около 70% действующего фонда скважин, которые обеспечивают до 30% общего объема добычи нефти.

В зависимости от глубины залегания продуктивного пласта и коэффициента продуктивности скважин подача штанговых насосных установок меняется от нескольких десятков килограммов до 200 т и более в сутки. На отдельных скважинах глубина подвески насоса достигает 3000 м.

Схема и принцип работы штангово насосной установки

СШНУ (рис. 2.1) состоит из скважинного насоса, который спускается в сверло ¬ вину под динамический уровень жидкости в НКТ диаметром 38 - 102 мм и штангах диаметром 16 - 25 мм, индивидуального привода, состоящего из станка-качалки и электродвигателя, и устьевого оборудования, в состав которого входят тройник с сальником и планшайба. Верхняя штанга называется полированным штоком, пропускается через сальник и соединяется с головкой балансира версии ¬ папы-качалки с помощью канатной подвески и траверсы.

Плунжерный насос приводится в действие от станка-качалки, где вращательное движение, получаемое от двигателя посредством редуктора, кривошипно-шатунного механизма и балансира, преобразуется в возвратно-поступательное движение, котрый передается плунжеру штангового насоса через колонну штанг 3.

При ходе плунжера вверх (рис. 2.1 б) под ним снижается давление и жидкость с между трубного пространства через открытый всасывающий клапан поступает в цилиндр насоса. При ходе плунжера вниз всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный клапан открывается, и жидкость из цилиндра переходит в подъемные трубы. При непрерывной работе насоса уровень жидкости в НКТ повышается, жидкость доходит до устья скважины и через тройник переливается в выкидной линии.

На предприятиях по добыче нефти работают редукторные станки-качалки конструкции Азинмаша. Конструктивные особенности этих станков-качалок следующие.

Все станки имеют закрытые двухступенчатые редукторы. Передаточные цилиндрические шестерни редуктора стальные, имеют шевронные фрезерованные зубья, работающие в масляной ванне. Опоры валов редуктора почти во всех станках выполняется на подшипниках качения.

Редукторы снабжены двохколодочнимы тормозами для возможности остановки балансира в любом положении после выключения двигателя.  Передача движения от двигателя к редуктору осуществляется с помощью клиновидными ремней. Они водонепроницаемые, могут работать без защиты от атмосферных осадков, безопасные в пожарном отношении.

Балансиры имеют откидную или поворотную на 180 º вокруг вертикальной оси головку, что обеспечивает свободное прохождение талевой системы при ремонтах скважин и безопасность ведения работ. На всех станках применена канатная подвеска, что облегчает регулировку длины штока при посадке плунжера в цилиндре насоса.

Все станки-качалки нормального ряда конструктивно однотипны. Балансир - однобалочных конструкция двутаврового сечения из профильного или проката сварена.

Для проведения ремонтных работ в скважине в станках-качалках моделей

Рисунок 2. 1 - Схема штангового насоса ¬ ​​ной установки: а - общая схема: 1 - скважинный насос; 2-насосно-компрессные трубы, 3 - штанги; 4-тройник, 5 - сальник; 6 - план-шайба, 7 - полирований шток; 8 - траверсы; 9 - подвеска; 10 - го ¬ ловкая балансира, 11 - балансир, 12 - опора; 13-кривошып; 14 - шатун, 15 - редуктор; 16 - электродвигатель; 17 - рама; 18 - бетонное основание; 19 - анкерные болты; 20 - роторная противовес; 21 - балансирна противовес;

1СК - 3СК головка балансира откидная, в станках моделей 4СК - 9СК - поворотная.

Для фиксации поворотной головки балансира в рабочем положении в шайбе головки предусмотрен паз, в который входит клин задвижки. Корпус задвижки с канатом, приподнятым до рукоятки, прикрепленный к телу балансира болтами. Для освобождения головки клин с помощью рукоятки оттягивается назад.

Опора балансира - ось, оба конца которого установлены на сферических роликоподшипниках, помещенных в чугунные корпуса. Средняя часть оси квадратного сечения двумя скобами прикреплена к нижней полке балансира. Траверса шарнирно соединяет балансир с двумя параллельно работающими шатунами. В станках с комбинированным и кривошипным уравновешиванием траверса фигурная в виде сварной балки коробчатого сечения, а в станках с балансирным уравновешивания траверсой является ось.

Шатун - стальная трубная заготовка, в один конец которой уваренная верхняя головка шатуна, а в другой - башмак. На станках-качалках моделей 4СК - 9СК верхняя головка шатуна прикреплена к пальцу; на станках моделей 1СК - 3СК до самой траверсы. Палец верхней головки шатуна, в свою очередь, шарнирно соединен с траверсой. Башмак болтами прикреплен к корпусу сферического роликоподшипника пальца кривошипа.

Кривошип преобразует вращательное движение ведущего вала редуктора в вертикальный возвратно-поступательное движение колонны штанг. Изменение длины хода точки подвеса штанг достигается изменением радиуса кривошипа. В станках-качалках комбинированным и кривошипным уравновешиванием на кривошипе установлены противовесы, перемещающиеся при помощи специальных ходовых винтов, установленных в торцевых пазах кривошипа. Вращением винта осуществляется механизированное перемещение противовеса по кривошипе. По окончании перемещения противовес закрепляют на кривошипе, затягивая гайки на специальных болтах. Редуктор - двухступенчатый с цилиндрическими зубчатыми колесами, расположенными симметрично относительно его продольной оси. Ведущий (быстроходный) вал вращается в роликоподшипниках с цилиндрическими роликами. На концах ведущего вала имеются конические цапфы, на которых расположены шкив клиноременнои передачи и тормоз. Промежуточный и ведущий (кривошипный) валы устанавливают в конических роликоподшипниках. На оба конца ведомого вала насажены кривошипы. Смазки зубчатой ​​передачи и опор валов - из масляной ванны (картера).

Тормоз станка-качалки - двух колодочный. Правая и левая колодки прикреплены к редуктору с помощью пальца. Колодки с помощью стяжного устройства охватывают тормозной шкив, насаженный на ведущий вал редуктора. Стяжной устройство состоит из ходового винта с правым и левым резьбой и двух гаек, закрепленных на подвижных концах колодок. Рукоятка стояночного насажена на стяжной винт, для удобства и безопасности при работе вынесена в лошадей рамы по электродвигатель.

Все станки-качалки укомплектованы ограждениями перильное типа, закрывающие доступ людей к частям механизма, движущихся во время его работы.

Для облегчения обслуживания узлов балансира на его стенке монтируют лестницы, а в верхней части - предохранительные пояса, обеспечивающих безопасность работы.

Длина хода точки подвеса штанг определяется размерами отдельных звеньев механизма станка-качалки. Очевидно, что амплитуда колебаний точки подвеса шатуна к балансира равна двум радиуса кривошипа. Если оба плеча балансира одинаковые по длине, то длина хода сальниковой штока равен двойному радиусу кривошипа.

Во всех конструкциях станков-качалок предусмотрена возможность изменения длины хода сальниковой штоке соответствии с заданными параметрами работы штангового насоса. С этой целью на кривошипа делают дополнительные отверстия для крепления шатуна. Переставляя нижние концы шатунов из одних отверстий в другие, получают разный рабочий радиус кривошипа и разную длину хода сальниковой штока.

Число качков балансира станка-качалки соответствует частоте вращения кривошипного вала и зависит от характеристики установленного двигателя и передаточного отношения понижающей трансмиссии.

Число качков балансира или изменяют подбором двигателя с соответствующей характеристикой, или, что делается чаще, изменением диаметра шкива на валу электродвигателя.  

Эксплуатация нефтяных скважин штанговыми насосами - один из основных способов механизированной добычи нефти. Почти 70% действующего фонда нефтяных скважин эксплуатируются с помощью этих насосов. Штанговые насосы предназначены для добычи нефти при глубине подвески насоса до 3500 м и при дебите скважин от нескольких до 400 т / сутки.

Скважин штанговыми насосами представляет собой плунжерный насос специальной конструкции, приспособленный для работы в скважинах на большой глубине. Привод его осуществляется с поверхности через колонну специальных штанг.

Насосная установка состоит из насоса, находящегося в скважине, и станка-качалки, установленного на поверхности устья. Цилиндр насоса закреплен на конце спущенных в скважину насос-компрессорных (подъемных) труб, а плунжер подвешен на колонне штанг. Самая верхняя штанга (сальниковый шток) соединена с головкой балансира станка-качалки канатной или цепной подвеской. В верхней части плунжера установлен нагнетательный клапан, а в нижней части - всасывающий клапан.

Колонна насосных труб, по которой жидкость от насоса поднимается на поверхность, заканчивается на устье тройником. В верхней части тройника расположен сальниковый устройство, предназначенное для предотвращения утечки жидкостей вдоль сальникового штока, что движется. Через боковой отвод тройника жидкости из скважины направляется в выкидной линии. Возвратно-поступательное движение колонне насосных штанг передается от электродвигателя через редуктор и кривошипно-шатунный механизм станка-качалки.

Принцип действия насоса следующий. При движении плунжера вверх всасывающий клапан под давлением жидкости открывается, в результате чего жидкость поступает в цилиндр насоса. Нагнетательный клапан в это время закрыт, так как на него действует давление столб жидкости, заполнила насосные трубы.

При движении плунжера вниз всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный клапан открывается и жидкость из цилиндра переходит в пространство над плунжером. Таким образом, при ходе плунжера вверх одновременно происходят всасывание жидкости в цилиндр насоса и подъем ее в насосных трубах, а при входе вниз - вытеснение жидкости из цилиндра в полость труб. Эти признаки характеризуют штанговый (глубинный) насос как насос одинарного действия. При каждом последующем ходе плунжера в цилиндр поступает почти то же количество жидкости, затем переходит в трубы и постепенно поднимается к устью скважины.

При непрерывной работе насоса уровень жидкости в НКТ растет.

Штанговые (глубинные) насосы по конструкции и способу установки разделяются на две основные группы: неустановленные и установлены. В каждой из этих групп насосы устанавливают различных типов, отличающиеся конструктивным особенностям, габаритам, устройство плунжера.

Неустановленные насосы характерны тем, что их основные узлы (цилиндр и плунжер) спускаются в скважину отдельно: цилиндр - на насосных трубах, а плунжер в сборе с всасывающих и нагнетательных клапанами - на штангах.Высота невставленого насоса из скважин также осуществляется в два приема: сначала извлекают штанги с плунжером и клапаном, а затем трубы с цилиндром.

Вставной же насос спускают в скважину в собранном виде (цилиндр вместе с плунжером) на насосных штангах и вытягивают его на поверхность также в собранном виде путем подъема этих штанг. Насос устанавливают и закрепляют с помощью специального замкового приспособления, спускают заранее в скважину на трубах. В результате этого для изменения вставного насоса (при необходимости замены отдельных узлов или насоса в целом) достаточно поднять на поверхность только насосные штанги, насосные же трубы остаются постоянно в скважине; их извлекают лишь при необходимости исправления замкового приспособление, на практике бывает редко. Таким образом, изменение вставного насоса требует значительно меньше времени, чем невставленого, кроме того, при использовании такого насоса меньше изнашиваются насосные трубы, так как нет необходимости их спускать и поднимать, а также отвинчивать и завинчивать при каждой смене насоса.

Эти преимущества вставного насоса имеют особое назначение при эксплуатации глубоких скважин, в которых спускоподъемные операции при подземном ремонте занимают много времени.

В настоящее время балансирные станки-качалки выпускаются по ГОСТ 5866-76. В зависимости от параметров приводов уравновешивающие груз устанавливается или на балансире, или на кривошипе редуктора, или и здесь и там. Соответственно способ уравновешивания называют балансирным, роторным или комбинированным.

В состав станка-качалки входят следующие основные узлы: рама из стой ¬ кой, балансир с опорой и противовесами, два шатуны, два кривошипы с противогами, редуктор, клиноременной передачи, тормоз, электродвигатель, канатная подвеска сальникового штока.

Одним из недостатков балансирных станков-качалок является их большая масса. Это необходимость сооружения массивного фундамента, сооружение которого является достаточно сложным и трудоемким.