СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………….5

1. НАСОСНАЯ УСТАНОВКА И СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА НЕЁ В ПОДЗЕМНОЙ ЧАСТИ………………………………………………………7

2. ПРОСТЕЙШИЙ ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ И РЕАЛЬНЫЙ ЦИКЛЫ РАБОТЫ ГЛУБИННОГО НАСОСА И ЕГО ДИНАМОГРАММА…….11

3. ФАКТОРЫ, СНИЖАЮЩИЕ ПОДАЧУ ШСН……….........................19

1. Влияние газа………………………………………………………….19

2. Влияние потери хода плунжера……………………………………20

3. Влияние утечек………………………………………………………21

4. Влияние усадки жидкости………………………………………….24

3. НАГРУЗКИ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА ШТАНГИ, И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ХОД ПЛУНЖЕРА……………………………………………………..26

   1. Влияние статистических нагрузок………………………………...27

4. РАСЧЕТ ОПТИМАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ НА ПРИЕМЕ И ГЛУБИНЫ СПУСКА СКВАЖИННОГО НАСОСА…………………….29

5. ПРАВИЛА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИН ШТАНГОВЫМИ НАСОСАМИ…………………………………………..31

   1. Обучение рабочих…………………………………………………..31

   2. Требования к эксплуатации скважин штанговыми насосами…………………………………………………………….33

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………35

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК………………………………………36

ПРИЛОЖЕНИЕ А……………………………………………………………37

ПРИЛОЖЕНИЕ Б…………………………………………………………….38

Введение

Штанговые скважинные насосные установки (ШСНУ) предназначены для подъема нефти из скважины, преимущественно высоковязкой, с помощью привода от станка-качалки. Цилиндр насоса заключают в трубный кожух, внутри которого располагается и образуется кольцевое пространство, в нижней части которого располагается нагнетательный клапанный узел, состоящий из корпуса, внутри которого размещены подпружиненный затвор, седло и переводник. Трубный кожух одним концом прикреплен к корпусу нагнетательного клапана, а другим концом - к муфте первой подъемной трубы с помощью установочных винтов. Нижняя часть цилиндра насоса пропущена через седло и закреплена в центре переводника. Каналы для прохода жидкости в седле нагнетательного клапана выполнены в его стенке и по форме исполнения совпадают с каналами прохода жидкости в переводнике. Сумма площадей проходных каналов жидкости в седле и в переводнике в отдельности равна или больше площади плунжера. В кольцевом пространстве площадь прохода канала жидкости также равна или больше площади плунжера. Предусмотрена возможность приема механической примеси, осевшей сверху во внутреннюю полость плунжера, снабженного сверху приемными окнами, а внизу - пробкой-заглушкой. На внутренней поверхности корпуса нагнетательного клапана в интервале хода подпружиненного затвора выполнены продольные и поперечные канавки, пересекающиеся между собой, для накопления и выноса механической примеси с зазора между затвором и корпусом клапана. Обеспечивает повышение эффективности работы скважинного штангового насоса путем увеличения площади проходных каналов для жидкости в насосе до размера поперечной площади плунжера.

Свыше 70% действующего фонда скважин оснащены глубинными скважинными насосами. С их помощью добывается в стране около 30% нефти.

В настоящее время ШСНУ, как правило, применяют на скважинах с дебитом до 30...40 м³ жидкости в сутки, реже до 50 м³ при средних глубинах подвески 1000...1500 м. В неглубоких скважинах установка обеспечивает подъем жидкости до 200 м³/сут.

В отдельных случаях может применяться подвеска насоса на глубину до 3000 м.

Широкое распространение ШСНУ обусловливают следующие факторы:

• простота ее конструкции;

• простота обслуживания и ремонта в промысловых условиях;

• удобство регулировки;

• возможность обслуживания установки работниками низкой квалификации;

• малое влияние на работу ШГНУ физико-химических свойств откачиваемой жидкости;

• высокий КПД;

• возможность эксплуатации скважин малых диаметров.

1 Насосная установка и силы, действующие на неё в подземной части

Штанговая насосная установка (рисунок 1) состоит из наземного и подземного оборудования [1]. Подземное оборудование включает: штанговый скважинный насос (ШСН) с всасывающим клапаном 1 (неподвижный) на нижнем конце цилиндра и нагнетательным клапаном 2 (подвижный) на верхнем конце поршня-плунжера 3 и трубы.

Рисунок 1 – Общая схема штанговой насосной установки

Кроме того, подземное оборудование может включать различные защитные устройства (газовые и песочные якори, хвостовики), присоединяемые к приемному патрубку ШСН и улучшающие его работу в осложненных условиях (песок, газ).

В наземное оборудование входит станок-качалка, состоящий из электродвигателя 9, кривошипа 7, шатуна 8, балансира 6, устьевого сальника 5, устьевой обвязки и тройника 4.

Станок-качалка сообщает штангам возвратно-поступательное движение, близкое к синусоидальному. Он имеет гибкую канатную подвеску для сочленения с верхним концом полированного штока и откидную или поворотную головку балансира для беспрепятственного прохода спуско-подъемных механизмов (талевого блока, крюка, элеватора) при подземном ремонте.

Балансир качается на поперечной оси, укрепленной в подшипниках, и сочленяется с двумя массивными кривошипами 7 с помощью двух шатунов 8, расположенных по обе стороны редуктора. Кривошипы с подвижными противовесами могут перемещаться относительно оси вращения главного вала редуктора на то или иное расстояние вдоль кривошипов. Противовесы необходимы для уравновешивания станка-качалки.

Редуктор с постоянным передаточным числом, маслозаполненный, герметичный имеет трансмиссионный вал, на одном конце которого предусмотрен трансмиссионный шкив, соединенный клиноременной передачей с малым шкивом электродвигателя 9. На другом конце трансмиссионного вала имеется тормозной барабан. Опорный подшипник балансира укреплен на металлической стойке-пирамиде.

Все элементы станка-качалки – пирамида, редуктор, электродвигатель – крепятся к единой раме, которая закрепляется на бетонном фундаменте. Кроме того, все станки-качалки снабжены тормозным устройством, необходимым для удержания балансира и кривошипов в любом заданном положении. Точка сочленения шатуна с кривошипом может менять свое расстояние относительно центра вращения перестановкой пальца кривошипа в то или иное отверстие, которых для этого предусмотрено несколько. Этим достигается ступенчатое изменение амплитуды качаний балансира, т.е. длины хода штанг.

Поскольку редуктор имеет постоянное передаточное число, то изменение частоты качаний достигается только изменением передаточного числа клиноременной трансмиссии и сменой шкива на валу электродвигателя на больший или меньший диаметр.

Промышленностью выпускается большое число станков-качалок различных типоразмеров грузоподъемностью на головке балансира от 10 до 200 кН, в соответствии с широким диапазоном глубин и дебитов скважин, которые приходится оборудовать штанговыми установками (ШСНУ).

При откачке жидкости из скважины в подземной части насосной установки действуют следующие силы [2].

1. Статические силы веса штанг, труб и столба жидкости.

Вес штанг и столба жидкости в подъемных трубах состав­ляет основную нагрузку на штанги. Но, кроме того, гидростатическое давление столба жидкости в боковом направлении создает в штанге и трубах дополнительные растягивающие уси­лия. Штанга равномерно по окружности подвергается обжиму, а это вызывает растягивающие напряжения, но в точке подвеса штанг они не ощущаются. Давление столба жидкости на внутреннюю поверхность труб создает растягивающие усилия в радиальном направлении. Наконец, действие давления жид­костного столба приводит к возникновению эффекта Лубинского, выражающегося в том, что при ходе плунжера вверх вниз колонны труб изгибается.

2. Архимедова сила, действующая на штанги, погруженные в жидкость, и уменьшающая вес штанг.

3. Силы инерции движущихся масс штанг, столба жидкости и труб.

4. Силы упругости материала штанг, труб и столба жид­кости.

5. Силы трения:

1) полужидкое трение штанговых муфт и головок штанг о трубы и плунжера в цилиндре насоса (величина сил трения мало зависит от скорости взаимного перемещения трущихся деталей и поэтому обычно принимается независящей от скорости);

2) гидродинамическое (жидкостное) трение штанг в потоке жидкости, а также местные сопротивления при обтекании жидкостью муфтовых соединений штанг (нередко существенную роль играют силы трения при прохождении жидкости через насосные клапаны, особенно через нагнетательный клапан; гидродинамическое трение имеет место также в зазоре пары плунжер-цилиндр, но в обычных условиях оно очень мало);

3) сухое или чаще полусухое трение насосных труб (или муфтовых соединений) об эксплуатационную колонну;

4) внутреннее трение в материале штанг и труб при их де­формациях во время работы установки (этот вид трения имеет небольшое значение но сравнению с другими видами).

Значимость тех или иных сил различна в зависимости от условий эксплуатации, режима откачки и других показателей. Например, силы полужидкого трения штанг о трубы в обыч­ных условиях (в вертикальных скважинах при средних глуби­нах и режимах работы оборудования) невелики, а в скважи­нах со значительной кривизной приобретают нередко решаю­щее значение. Силы инерции при небольшом числе качании, длине хода и глубине спуска насоса малы, а в других усло­виях они составляют значительную часть нагрузки на штанги и т.д.