2.Применённое 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.

При насосном способе эксплуатации на определенную глубину спускают насосы, приводимые в действие за счет энергии, передаваемой различными способами. На большинстве нефтедобывающих предприятий мира получили распространение штанговые насосы.

Для подъема нефти штанговыми насосами (рис. 2.1) в скважину опускают трубы, внутри которых находятся цилиндр и всасывающий клапан 1. В цилиндре перемещается вверх и вниз плунжер с нагнетательным клапаном 2.

При движении плунжера вверх нагнетательный клапан закрыт, потому что на него давит жидкость, находящаяся в насосных трубах, а всасывающий клапан открыт. При движении плунжера вниз нижний всасывающий клапан закрывается, а верхний нагнетательный клапан открывается. Жидкость из цилиндра переходит в пространство над плунжером. Постепенно поднимаясь, нефть выходит на поверхность.

Возвратно-поступательное движение передается плунжеру от балансира 6 станка-качалки, с которым плунжер соединен системой стальных насосных штанг. Производительность штанговых глубинных насосов при глубине скважины 200-400 м достигает 500 м3 в сутки, а при глубине до 3200 м составляет не более 20 м3 в сутки.

Станок-качалка предназначен для привода в действие глубинно-насосной установки. Он преобразует вращательное движение вала двигателя в вертикальное возвратно-поступательное движение точки подвеса штанг, т.е. всей колонны штанг и плунжера глубинного насоса.

Усовершенствования установок сопровождается увеличением числа конструкций, в которых используется объемный гидропривод, что обусловлено его невысокой энергоемкостью и простотой преобразования вращательного движения высокооборотного двигателя в медленный возвратно-поступательное движение точки подвеса штанг.

Гидравлический привод, обладая, с одной стороны, высоким к.п.д., позволяет достаточно просто регулировать отдельные параметры цикла двойного хода штанг, например: менять ускорение точки подвеса штанг независимо от числа двойных ходов, регулировать скорости хода штанг вверх и вниз в зависимости от свойств пластовой жидкости и т.д.ГОСТ 5866-76 предусматривает изготовление станков-качалок тридцати типоразмеров.

Станок-качалка комплектуется асинхронным электродвигателем с повышенным пусковым моментом и влаго-морозостойкой изоляцией, блоками управления, обеспечивающие индивидуальный само запуск станков-качалок или программную работу с индивидуальным само запуска.

Каждый тип станка-качалки характеризуется максимальными допустимы нагрузками на устьевой шток, длиной хода устьевого штока и крутящим моментом на кривошипном валу редуктора. Кроме СК.2, СКЗ и СК4, все остальные станки-качалки имеют по два типоразмера.

Принятое условное обозначение станка-качалка характеризует: СК - станок-качалка, первая цифра - всего допустимая нагрузка на устьевой шток (кН), далее длина ходу (м) и самый допустимый крутящий момент на валу редуктора (кН • м).

Рис. 2.1 Схема установки для добычи нефти с применением штанговых глубинных насосов:

По способу уравновешивания они делятся на станки-качалки: - с балансирным уравновешивания - СК2; - с комбинированным уравновешивания - СКЗ; - с кривошипным уравновешивания от СК4 к СК10.

Характерной особенностью насосных скважинных установок является также комплектация их электронными устройствами, которые в процессе работы установки постоянно анализируют ее параметры и сигнализируют об отклонении от заданного режима. В случае поставки установок микропроцессорами, последние меняют режим работы привода в соответствии с изменяющимся.

В настоящее время известно большое количество разнообразных конструкций приводов ШСНУ. Ниже рассмотрены те, которые наиболее часто применяются или наиболее характерные приводы.

1. Подавляющее большинство ШСНУ приводятся в действие балансирными приводами с грузовым, роторным или комбинированным уравновешивания. 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. Одним из недостатков балансирных станков-качалок является их большая масса. Это вызывает необходимость сооружения массивного фундамента, сооружение которого является достаточно сложным и трудоемким, особенно в районах Западной Сибири, Крайнего Севера, на морских промыслах, затопляемых территориях, районах с заболоченными или сыпучими грунтами.

2. Одним из способов упрощения конструкций станка-качалки, уменьшение его массы, является отказ от использования балансира.

Перемещения колонны насосных штанг при безбалансирных станках-качалках обеспечивается с помощью гибкой звена - нескольких канатов, соединяющих кривошипы редуктора с канатной подвеской устьевого штока. Кривошипы безбалансирных станков-качалок имеют V-образную форму, что обеспечивает уравновешивание поводу.

Уравновешивания безбалансирных станков-качалок - роторное, осуществляется перемещением грузов, установленных на кривошипа с одной стороны.

3. В балансирного приводе ШСНУ используется также пневматическое уравновешивание. При этом, как правило, балансир выполняется в виде одноплечий рычага.

Пневматическое уравновешивание осуществляется за счет изменения объема и давления сжатого воздуха, находящегося в цилиндре, поршень которого кинематически связан с балансовой сыром станка.

Применение пневматического цилиндра вместо противовесов и одноплечий балансира вместо двухплечевого позволяет уменьшить массу установки, улучшить условия работы редуктора.

Уравновешивающего устройство состоит из цилиндра, внутри которого находится поршень со штоком, и ресивера. Для пополнения системы сжатым воздухом предусмотрен компрессор. Для уменьшения потерь воздуха в ряде конструкций применен гидравлический затвор. Как ресивер может использоваться кожух уравновешивающего устройства. При перемещении балансира вниз воздух, находящийся в ресивере, под начальным давлением сжимается и накапливает потенциальную энергию, которую отдает при ходе балансира вверх.

Пневматическое уравновешивание применяется в основном на мощных установках. Его недостатки (сложность, малая надежность необходимость тщательного наблюдения) компенсируются преимуществами - возможностью эксплуатации глубоких скважин относительно легкими станками, а также простотой уравновешивания при изменении режима работы установки.

Принцип работы станка-качалки

Вращение от трехфазного асинхронного электродвигателя через клиноременной передаче передается на ведущий вал редуктора станка-качалки. С уменьшенной частотой вращения и увеличенным крутящим моментом движение предоставляется ведомому тихоходном валу редуктора, на концах которого закреплены два кривошипы. На концах кривошипов неподвижно закреплены уравновешивающего грузы. В одном из четырех отверстий кривошипов (в соответствии с длиной хода сальникового штока) к нему присоединены шатуны, которые вверху соединены траверсой. Траверса в свою очередь подвижно связана с балансиром. Таким образом получается кривошипно-шатунный механизм, преобразующий вращательное движение электродвигателя в возвратно-поступательное движение балансира, а через него колебания передается через подвеску и сальниковый шток колонне насосных штанг и соответственно плунжеру глубинного насоса.

Конструкция и технические данные штангового насоса

Скважинные насосы исполнения НВ1С предназначены для откачки из нефтяных скважин маловязких жидкостей с содержанием механических примесей до 1,3 г / л и свободного газа на приеме насоса не более 10%. Характеризуются повышенной прочностью, износостойкостью и транспортабельностью по сравнению с насосами с цилиндрами выполнения ЦС (втулочных) ..

Насос состоит из без втулочного (сплошного) цилиндра исполнения ЦБ, на нижний конец которого накручивают сдвоенный всасывающий клапан, а на верхний конец - замок, плунжера исполнения П1Х, подвижно расположенного внутри цилиндра, на резьбовые концы которого навинчивают: снизу - сдвоенный нагнетательный клапан, а сверху - клетку плунжера.

Для присоединения плунжера к колонне насосных штанг насос снабжен штоком, накрученных на клетку плунжера и закрепленный контргайкой. В расточке верхнего переводчика цилиндра расположен упор, упираясь на который, плунжер обеспечивает срыв скважинного насоса с опоры. Клапаны насосов комплектуются парой «седло-шарик» исполнения КБ или К.

Скважинный насос спускается на колонне насосных штанг в колонну насосно-компрессорных труб и закрепляется в опоре.

Принцип работы насоса заключается в следующем. При ходе плунжера вверх в меж клапанному пространстве цилиндра создается разрежение, за счет чего открывается всасывающий клапан и происходит заполнение цилиндра. Дальнейшим ходом плунжера вниз меж клапанный объем сжимается, за счет чего открывается нагнетательный клапан и жидкость, попавшая в цилиндр, перетекает в зону над плунжером. Периодически осуществляемые плунжером перемещения вверх и вниз обеспечивают откачку пластовой жидкости и нагнетания ее на поверхность.