Шсн имеют более высокий кпд по сравнению с другими способами добычи нефти при подаче

Схема штанговой скважинной установки

Традиционными и наиболее распространенными видами механизированной добычи нефти являются установки сква­жинных штанговых насосов (СШНУ), которыми оборудовано свыше 57 % общего фонда нефтяных скважин. С точки зрения экономических возможностей ШСНУ могут обеспечить высо­кий напор в ограниченном диапазоне подач от 5 до 50 м 3 /сут. В области подач от 1 до 40 м 3 /сут ШСН имеют более высокий КПД по сравнению с другими способами добычи нефти и при подаче, равной 35 м 3 /сутки, он может достигать максимального значения (37 %). Однако, в некоторых случаях подача может достигать 200 м 3 /сут и глубины подвески насосов достигают 2500 м. Таким образом, ШСНУ хорошо приспособлены для работы в условиях малого дебита скважин, однако этот вид оборудования очень чувствителен к целому ряду осложняющих факторов, среди которых одними из самых весомых являются кривизна ствола скважины, обводненность продукции, нали­чие механических примесей. Непрерывное движение штанг вызывает усиленный износ штанговых муфт и, что особенно существенно, насосных труб.

Схема СШНУ представлена на рис. 5.2. Оборудование СШНУ состоит из двух частей: наземного и подземного. Назем­ное оборудование состоит из станка-качалки, привода, станции управления и устьевой арматуры. Подземное оборудование включает в себя колонну НКТ, колонну штанг, глубинный на­сос и, при необходимости, другие элементы (хвостовик, газовый или газопесочный якорь, якорь для фиксации колонны НКТ в обсадной колонне и т.п.).

Рис. 5.2. Принципи­альная схема ШСНУ

1 — станция управления;

2 — балансир; 3 — головка балансира; 4 — стойка; 5 — шатун; 6 — кривошип; 7 — редуктор; 8 — приво­дной двигатель; 9 — тор­моз; 10 — противовесы;

11 — металлическая рама;

12 — бетонный фунда­мент; 13 — канатная под­веска; 14 — траверсы; 15

16 — устьевая арматура;

17 — колонна штанг; 18 -колонна НКТ; 19 — плун­жер насоса; 20 — на­гнетательный клапан; 21

— всасывающий клапан; 22 — цилиндр насоса; 23 -хвостовик
Основным элементом наземного оборудования является станок-качалка, состоящий из балансира 2, головки балансира 3, стойки 4, шатуна 5, кривошипа 6, редуктора 7, приводного двигателя 8, тормоза 9 и противовесов 10. Управление назем­ным оборудованием осуществляется специальной станцией 1. Станок-качалка, редуктор и приводной двигатель монтируются на металлической раме 11, устанавливаемой на бетонном фун­даменте 12. Головка балансира 3 имеет канатную подвеску 13, соединенную с полированным штоком 15 с помощью траверс 14. Устье скважины оборудовано устьевой арматурой 16. Станок-качалка предназначен для восприятия нагрузок, действующих в точке подвеса штанг (ТПШ) в течение насосного цикла, и преобразования вращательного движения ротора приводного двигателя в возвратно-поступательное движение головки балан­сира. Редуктор 7 предназначен для снижения числа оборотов

приводного двигателя 8 и повышения крутящего момента на выходном валу, на котором закреплены кривошипы 6. Кри­вошипы 6 соединены шатунами 5 с балансиром 2. На входном валу редуктора имеется шкив, соединенный клиноременной передачей со шкивом приводного двигателя 8. В системе име­ется также тормоз 9. Приводной двигатель устанавливается и закрепляется на салазках. При необходимости изменения числа качаний балансира заменяется размер шкива на при­водном двигателе. Изменение длины хода полированного штока 15 (перемещения головки балансира) осуществляется изменением радиуса кривошипа 6 перестановкой шатуна 5, для чего кривошип имеет несколько отверстий. Кроме того, кривошип имеет устройство, позволяющее перемещать вдоль него противовесы 10, добиваясь наилучшего уравновешивания нагрузок, действующих в ТПШ.

В настоящее время промышленностью выпускается зна­чительное количество типоразмеров станков-качалок (СК), отличающихся грузоподъемностью, длиной хода полированного штока и числом качаний, предназначенных для эксплуатации скважин различных категорий.

Устьевая арматура 16 имеет выкидной монифольд, монифольд затрубного пространства, а также сальниковое устрой­ство, через которое проходит полированный шток 15.

Подземное оборудование включает колонну штанг 17, предназначенную для передачи возвратно-поступательного движения головки балансира плунжеру 19 глубинного насоса, а также для восприятия нагрузок, действующих на штанги в течение насосного цикла. Имеется колонна НКТ 18, на нижнем конце которой закреплен цилиндр насоса 22. Плунжер глубин­ного насоса имеет один или два нагнетательных клапана 20, а цилиндр насоса — всасывающий клапан 2. К приему насоса закреплен хвостовик 23.

Цилиндр скважинного насоса имеет различное конструк­тивное оформление, а внутренняя его поверхность тщательно обработана, равно как и наружная поверхность плунжера. Вме­сте они составляют пару трения.

Как видно из рис. 5.2, при ходе головки балансира вверх плунжер также перемещается вверх; при этом нагнетательный клапан 20 закрывается под действием веса продукции скважи­ны, находящейся в НКТ. При снижении давления в цилиндре насоса до величины, меньшей, чем давление на приеме (давле­ние в скважине перед всасывающим клапаном), всасывающий клапан 21 открывается и цилиндр насоса заполняется скважинной продукцией (такт всасывания). При ходе плунжера вниз давление в цилиндре насоса повышается, всасывающий клапан закрывается, а когда давление в цилиндре насоса (под плунжером) становится большим, чем давление над плунжером, открывается нагнетательный клапан, и продукция из цилиндра через плунжер перетекает в колонну НКТ (такт нагнетания). Затем цикл повторяется.

Дата добавления: 2017-06-13 ; просмотров: 4401 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Добыча нефти и газа

Изучаем тонкости нефтегазового дела ВМЕСТЕ!

Штанговые скважинные насосные установки (ШСНУ)

Две трети фонда (66%) действующих скважин стран СНГ (примерно 16,3% всего объема добычи нефти) эксплуатируются ШСНУ. Дебит скважин составляет от десятков килограммов в сутки до нескольких тонн. Насосы спускают на глубину от нескольких десятков метров до 3000 м., а в отдельных скважинах на 3200 ¸ 3400 м.

Рис. 3.12. Схема установки штангового скважинного насоса

1. Наземное оборудование: станок-качалка (СК), оборудование устья.

2. Подземное оборудование: насосно-компрессорные трубы (НКТ), насос-ные штанги (НШ), штанговый скважинный насос (ШСН) и различные защитные устройства, улучшающие работу установки в осложненных условиях.

Отличительная особенность ШСНУ обстоит в том, что в скважине устанавливают плунжерный (поршневой) насос, который приводится в действие поверхностным приводом посредством колонны штанг (рис. 3.12).

Штанговая глубинная насосная установка (рис. 3.12) состоит из скважинного насоса 2 вставного или невставного типов, насосных штанг 4 насосно-компрессорных труб 3, подвешенных на планшайбе или в трубной подвеске 8, сальникового уплотнения 6, сальникового штока 7, станка-качалки 9, фундамента 10 и тройника 5. На приеме скважинного насоса устанавливается защитное приспособление в виде газового или песочного фильтра 1.

3.3.2.ШТАНГОВЫЕ СКВАЖИННЫЕ НАСОСЫ

ШСН обеспечивают откачку из скважин жидкости, обводненностью до 99% , абсолютной вязкостью до 100 мПа·с, содержанием твердых механических примесей до 0,5%, свободного газа на приеме до 25%, объемным содержанием сероводорода до 0,1%, минерализацией воды до 10 г/л и температурой до 1300С.

По способу крепления к колонне НКТ различают вставные (НСВ) и невставные (НСН) скважинные насосы (рис. 3.13, 3.14). У невставных (трубных) насосов цилиндр с седлом всасывающего клапана опускают в скважину на НКТ. Плунжер с нагнетательным и всасывающим клапаном опускают в скважину на штангах и вводят внутрь цилиндра. Плунжер с помощью специального штока соединен с шариком всасывающего клапана. Недостаток НСН — сложность его сборки в скважине, сложность и длительность извлечения насоса на поверхность для устранения какой-либо неисправности. Вставные насосы целиком собирают на поверхности земли и опускают в скважину внутрь НКТ на штангах. НСВ состоит из трех основных узлов: цилиндра, плунжера и замковой опоры цилиндра.

В трубных же насосах для извлечения цилиндра из скважины необходим подъем всего оборудования (штанг с клапанами, плунжером и НКТ). В этом коренное отличие между НСН и НСВ. При использовании вставных насосов в 2 ¸ 2,5 раза ускоряются спуско-подъемные операции при ремонте скважин и существенно облегчается труд рабочих. Однако подача вставного насоса при трубах данного диаметра всегда меньше подачи невставного.

Насос НСВ-1 – вставной одноступенчатый, плунжерный с втулочным цилиндром и замком наверху, нагнетательным, всасывающим и противо-песочным клапанами (рис. 3.13).

Рис. 3.13. Насосы скважинные вставные

1 – впускной клапан; 2 – цилиндр; 3 – нагнетательный клапан;

4 – плунжер; 5 – штанга; 6 – замок.

Рис. 3.14. Невставные скважинные насосы:

1 – всасывающий клапан; 2 – цилиндр; 3 – нагнетательный клапан;

4 – плунжер; 5 – захватный шток; 6 – ловитель

Насос НСВ спускается на штангах. Крепление (уплотнение посадками) происходит на замковой опоре, которая предварительно опускается на НКТ. Насос извлекается из скважины при подъеме только колонны штанг. Поэтому НСВ целесообразно применять в скважинах с небольшим дебитом и при больших глубинах спуска.

Невставной (трубный) насос представляет собой цилиндр, присоединенный к НКТ и вместе с ними спускаемый в скважину, а плунжер спускают и поднимают на штангах. НСН целесообразны в скважинах с большим дебитом, небольшой глубиной спуска и большим межремонтным периодом.

В зависимости от величины зазора между плунжером и цилиндром изготавливают насосы следующих групп посадок (исполнение «С» — т.е. с составным цилиндром):

Источник

Схема штанговой скважинной установки.

Прекращение или отсутствие фонтанирования обусловило использование других способов подъема нефти на поверхность, посредством штанговых скважинных насосов. Этими насосами в настоящее время оборудовано большинство скважин. Дебит скважин — от десятков кг в сутки до нескольких тонн. Насосы опускают на глубину от нескольких десятков метров до 3000 м иногда до 3200‑3400 м).

С точки зрения экономических возможностей ШСНУ могут обеспечить высо­кий напор в ограниченном диапазоне подач от 5 до 50 м 3 /сут. В области подач от 1 до 40 м 3 /сут ШСН имеют более высокий КПД по сравнению с другими способами добычи нефти и при подаче, равной 35 м 3 /сутки, он может достигать максимального значения (37 %). Однако, в некоторых случаях подача может достигать 200 м 3 /сут и глубины подвески насосов достигают 2500 м. Таким образом, ШСНУ хорошо приспособлены для работы в условиях малого дебита скважин, однако этот вид оборудования очень чувствителен к целому ряду осложняющих факторов, среди которых одними из самых весомых являются кривизна ствола скважины, обводненность продукции, нали­чие механических примесей. Непрерывное движение штанг вызывает усиленный износ штанговых муфт и, что особенно существенно, насосных труб.

а) наземное оборудование — станок-качалка (СК), оборудование устья, блок управления;

б) подземное оборудование — насосно-компрессорные трубы (НКТ), штанги насосные (ШН), штанговый скважинный насос (ШСН) и различные защитные устройства, улучшающие работу установки в осложненных условиях.

1 — станция управления; 2 — балансир; 3 — головка балансира; 4 — стойка; 5 — шатун; 6 — кривошип; 7 — редуктор; 8 — приво­дной двигатель; 9 — тор­моз; 10 — противовесы;11 — металлическая рама;12 — бетонный фунда­мент; 13 — канатная под­веска; 14 — траверсы; 15- полированный шток; 16 — устьевая арматура;17 — колонна штанг; 18 -колонна НКТ; 19 — плун­жер насоса; 20 — на­гнетательный клапан; 21- всасывающий клапан; 22-цилиндр насоса; 23 –хвостовик

УШГН представляет собой поршневой насос одинарного действия, шток которого связан колонной штанг с наземным приводом — станком-качалкой. Последний включает в себя кривошипно-шатунный механизм, преобразующий вращательное движение первичного двигателя в возвратно-поступательное движение и сообщает его колонне штанг и плунжеру насоса.

Основные узлы станка-качалки — рама, стойка в виде усеченной

четырехгранной пирамиды, балансир с поворотной головкой, траверса с шатунами, шарнирно-подвешенная к балансиру, редуктор с кривошипами и противовесами. СК комплектуется набором сменных шкивов для изменения числа качаний, т. е. регулирование дискретное. Для быстрой смены и натяжения ремней электродвигатель устанавливается на поворотной салазке.

Монтируется станок-качалка на раме, устанавливаемой на железобетонное основание (фундамент). Фиксация балансира в необходимом (крайнем верхнем) положении головки осуществляется с помощью тормозного барабана (шкива). Головка балансира откидная или поворотная для беспрепятственного прохода спускоподъемного и глубинного оборудования при подземном ремонте скважины. Поскольку головка балансира совершает движение по дуге, то для сочленения ее с устьевым штоком и штангами имеется гибкая канатная подвеска. Она позволяет регулировать посадку плунжера в цилиндр насоса для предупреждения ударов плунжера о всасывающий клапан или выхода плунжера из цилиндра, а также устанавливать динамограф для исследования работы оборудования.

Изменение длины хода полированного штока (перемещения головки балансира) осуществляется изменением радиуса кривошипа перестановкой шатуна, для чего кривошип имеет несколько отверстий.

За один двойной ход балансира нагрузка на СК неравномерная. Для уравновешивания работы станка-качалки помещают грузы (противовесы) на балансир, кривошип или на балансир и кривошип. Кривошип имеет устройство, позволяющее перемещать вдоль него противовесы, добиваясь наилучшего уравновешивания нагрузок, действующих в точке подвеса штанг

Блок управления обеспечивает управление электродвигателем СК в аварийных ситуациях (обрыв штанг, поломки редуктора, насоса, порыв трубопровода и т. д.), а также самозапуск СК после перерыва в подаче электроэнергии.

Станок-качалка (СК) состоит из ряда самостоятельных узлов.

Рамапредназначена для установки на ней всего оборудования СК и выполняется из профильного проката в виде двух полозьев, соединенных поперечниками, и имеет специальную подставку под редуктор. В раме имеются отверстия для крепления к фундаменту.

Стойка является опорой для балансира и выполняется из профильного проката в виде четырехгранной пирамиды. Ноги стойки связаны между собой поперечинами. Снизу стойка крепится к раме сваркой или болтами, сверху несет плиту для крепления оси балансира с помощью двух скоб.

Балансир предназначен для передачи возвратно-поступательного движения колонне штанг. Выполняется из профильного проката двутаврового сечения и имеет однобалочную или двухбалочную конструкцию. Со стороны скважины балансир заканчивается поворотной головкой.

Опора балансира — ось, оба конца которой установлены в сферических роликоподшипниках, расположенных в чугунных корпусах. К средней части оси, имеющей квадратное сечение, приварена планка, через которую опора балансира с помощью болтов соединяется с балансиром.

Траверса выполняет роль связующего звена между кривошипно-шатунным механизмом и балансиром и конструктивно выполняется в виде прямолинейной балки из профильного проката. Крепление к балансиру шарнирное при помощи сферического роликоподшипника.

Шатун — трубная заготовка со специальными головками по концам; с помощью верхней головки шатун соединяется пальцем с траверсой, нижней — кривошипом через палец и сферический подшипник.

Кривошип — основной элемент кривошипно-шатунного механизма, предназначенный для преобразования вращательного движения вала редуктора в возвратно-поступательные колонны штанг. Выполнен в виде прямоугольных пластин с отверстиями для крепления к шатунам и ведомому валу редуктора. Снабжен пазами для установки и перемещения противовесов.

Канатная подвескаявляется гибким звеном между колонной штанг и балансиром. Состоит из двух траверс- верхней и нижней, разделенных втулками зажимов канатов. На верхней траверсе лежит узел крепления полированного штока. Траверсы могут быть раздвинуты винтами для установки динамографа.

Клиноременная передача СК предусматривает применение клиновых ремней типов О,А,Б,В,Г. Правильный выбор типа ремня обеспечивает долговечность работы передачи.

Шкивы выполняют быстросменными за счет конусной расточки тела и применения конусной втулки, закрепляемой гайкой.

Поворотные салазки являются рамой для двигателя, крепящейся в наклонном положении, что обеспечивает изменение межцентрового расстояния между осями валов и, следовательно, натяжение ремней.

Тормоздвухколодочной конструкции укрепляется на тормозном барабане и приводится в действие ходовым винтом. Рукоятка тормоза в целях безопасности вынесена в конец рамы станка-качалки.

Приводом станка качалки является трехфазный, асинхронный электродвигатель во влагоморозостойком исполнении с короткозамкнутым ротором с кратностями пускового и максимального момента соответственно 1,8. 2,0 и 2,2. 2,5. Основная синхронная частота вращения — 1500 об/мин. Для получения необходимого числа ходов точки подвеса штанг могут быть применены электродвигатели с частотой вращения 750 или 1000 об/мин серии АОП.

Устьевая арматура имеет выкидной монифольд, монифольд затрубного пространства, а также сальниковое устрой­ство, через которое проходит полированный шток.

Подземное оборудование включает колонну штанг, предназначенную для передачи возвратно-поступательного движения головки балансира плунжеру глубинного насоса, а также для восприятия нагрузок, действующих на штанги в течение насосного цикла. Имеется колонна НКТ, на нижнем конце которой закреплен цилиндр насоса. Плунжер глубин­ного насоса имеет один или два нагнетательных клапана, а цилиндр насоса — всасывающий клапан. К приему насоса закреплен хвостовик.

Цилиндр скважинного насоса имеет различное конструк­тивное оформление, а внутренняя его поверхность тщательно обработана, равно как и наружная поверхность плунжера. Вме­сте они составляют пару трения.

Штанговые (глубинные) насосы по конструкции и способу установ­ки разделяются на две основные группы: невставные и вставные. В каждой из этих групп насосы из­готовляют различных типов, отли­чающихся конструктивными особен­ностями, габаритами, устройством плунжера.

Невставные насосы характерны тем, что их основные узлы (ци­линдр и плунжер) спускаются в скважину раздельно: цилиндр—на насосных трубах, а плунжер в сбо­ре с всасывающим и нагнетатель­ным клапанами—на штангах.

Подъем невставного насоса из скважины также осуществляется в два приема: сначала извлекают штанги с плунжером и клапанами, а затем трубы с цилиндром.

Вставной насос спускают в скважину в собранном виде (ци­линдр вместе с плунжером) на на­сосных штангах и извлекают его на поверхность также в собран­ном виде путем подъема этих штанг. Насос устанавливают и за­крепляют при помощи специального замкового приспособления, заранее спускаемого в скважину на трубах. В результате этого для смены вставного насоса (при необходимости замены отдельных узлов или насоса в целом) достаточно поднять на поверхность только насосные штанги, насосные же трубы остаются постоянно н скважине; их извлекают лишь при необходимости исправления замкового приспособления, что на практике бывает редко. Таким образом, смена вставного насоса требует значительно мень­ше времени, чем невставного, 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 значение при эксплуатации глубоких скважин, в которых спуско-подъемные операции при подземном ремонте занимают много времени.

1 — шток клапана; 2 — муфты;3 — втулки;4 — кожух;5 — плунжер;6 — нагнетательный клапан;7 — захват клапана;8 — крестовина;9 — всасывающий клапан

Конструктив­ные схемы невставных (трубных) насосов:

Источник