Механизированный способ добычи нефти. Скважинные штанговые насосные установки

2.1. Сальниковые устройства

Устьевые сальники изготавливаются  двух типов: СУС1 - с одинарным уплотнением (для скважин с низким статическим уровнем и без газопроявлений); СУС2 - с двойным уплотнением (для скважин с высоким статическим уровнем и с газопроявлениями).

Самоустанавливающийся сальник СУС1 (рис. 4, а) состоит из шаровой головки 9 с помещенными в ней нижней 2 и верхней втулками с вкладышами 3 и 10 из прессованной древесины и уплотнительной набивки 8. На верхнюю часть шаровой головки навинчивается крышка 12 с двумя скобами, которыми подтягивается уплотнительная набивка. В верхней части крышки головки над грундбуксой 11 имеется кольцевой резервуарчик, служащий для смазки трущихся поверхностей сальникового штока, набивки и вкладышей. Для надежного уплотнения шаровой головки предусмотрено уплотнительное кольцо 5. Два стопора 4 в нижней части шаровой головки не позволяют ей проворачиваться вокруг своей оси при затяжке крышки. Шаровая головка крепится к тройнику 1 двумя откидными болтами 14, укрепленными на тройнике пальцами 15, которые входят в проушины болтов. Тройник снабжен быстроразборным соединением для подсоединения к выкидной линии.

Устьевой сальник СУС2 (рис.6, б) в отличие от сальника СУС1 имеет вторую камеру, включающую шаровую головку с помещенными в ней уплотнительной набивкой и промежуточной втулкой с вкладышами и двумя резиновыми кольцами. При этом основная уплотнительная набивка помещена в корпусе, который навинчен на резьбу шаровой головки. Устьевой сальник с двойным уплотнением позволяет заменять изношенные верхние уплотнительные элементы на скважине. Изношенные направляющие втулки, необходимо заменять при текущем ремонте скважин, когда устьевой сальник вместе со штоком находится на мостках.

 

 

Рис. 4. Устьевой самоустанавливающийся сальник: а — СУС1-73-25; б - СУС2-73-40; 1 - тройник; 2 - втулка нижняя; 3 - вкладыш; 4 - стопор; 5 - кольцо уплотнительное; 6 - манжетодержатель; 7 - крышка шаровая; 8 — уплотнительная набивка; 9 - головка шаровая; 10 — вкладыш; 11 - грундбукса; 12 - крышка головки; 13 — гайка; 14 -    болт откидной; 15 - палец; 16 — шплинт; 17 - гайка накидная; 18 — ниппель; 19 - наконечник; 20 - сальниковый шток

Перед установкой устьевого  сальника на устье скважины вкладыши растачивают под соответствующий  диаметр сальникового штока. Сальниковый шток желательно вставлять в устьевой сальник в горизонтальном положении на мостках. Можно устанавливать устьевой сальник тогда, когда шток находится в скважине. При этом используют зажим, устанавливаемый на сальниковом штоке.

При установке устьевых сальников на устье все резиновые  кольца и уплотнительные набивки  необходимо смазывать густой смазкой. При потере герметичности в шаровой опоре или при ее заклинивании разбирать шаровую крышку и отделять головку от тройника можно только в мастерской. После разборки шаровой крышки и шаровой головки рабочие поверхности шарнира должны быть тщательно очищены. При потере герметичности в шаровой опоре заменяют уплотнительное кольцо. Запорное устройство оборудования - проходной кран с обратной пробкой. Скважинные приборы опускают по межтрубному пространству через специальный патрубок.

2.2. Полированный шток

Штоки полированные (устьевые штоки) (Рис.5) представляют собой металлические стержни круглого сечения, предназначенные для соединения через сальник устьевой колонны насосных штанг со станком-качалкой для передачи поступательного либо вращательного движения от привода винтового насоса к насосу скважинному на месторождениях нефти.

Шток изготовляется из углеродистых сталей марок 35…50 по ГОСТ 1050-88, марганцовистых сталей 35Г…50Г по ГОСТ 4543-71 с пределом прочности на растяжение 620…830 Н/мм2, легированных сталей марок 30ХМ…38ХМ, 38Х2МЮА, 20ХНМ, 20ХН2М, 15Н2М, 15НМ, 20Н2М, 20НМ, по ГОСТ 4543-71 с пределом прочности на растяжение 655…965 Н/мм2 или нержавеющей стали с минимальным пределом прочности 793 Н/мм2.

 

Рис.5. Полированные штоки

2.3. Канатная подвеска

Сальниковый шток присоединяется к головке балансира с помощью  канатной подвески. Конструкция канатной подвески допускает установку прибора— динамографа для снятия диаграммы — зависимости силы, действующей в точке подвеса от хода штока [Р(S)].

Кроме того, с помощью  канатной подвески регулируется посадка плунжера в цилиндр насоса для предупреждения ударов плунжера о всасывающий клапан или выхода плунжера из цилиндра.

Рис.6. Канатная подвеска сальникового штока

 

 

2.4. Штанговращатель

Штанговращатель — механическое приспособление, закрепляемое на сальниковом штоке для медленного проворачивания колонны штанг и плунжера «на заворот» при каждом ходе головки балансира.

Штанговращатели применяются  при эксплуатации искривлённых скважин для предотвращения одностороннего истирания штанг, муфт и плунжера, для предотвращения отворотов штанговых колонн, а также в случаях применения пластинчатых скребков, укрепляемых на колонне штанг для удаления отложений парафина на внутренних стенках насосных труб.

Обычно штанговращатель  состоит из зубчатого круглого диска, закрепляемого на теле штока горизонтально, и храпового механизма с шарнирным зубом и рычагом, который тросом соединяется с неподвижной точкой. При каждом качании балансира трос натягивается, перемещает рычаг, с помощью которого шарнирный зуб (собачка) поворачивает диск на один шаг.

Таким образом, штанги делают один оборот за такое число качаний, сколько зубьев имеется в диске  по его периметру.

Штанговращатели существенно  улучшают работу ШСНУ при осложненных  условиях эксплуатации.

 

 

 

3. Механические  приводы СШНУ.

3.1. Классификация приводов ШСН

По грузоподъемности:

• легкая (Pmax<=30кН)
• средняя (Pmax<=100кН)
• тяжелая (Pmax>100кН)

По максимальной длине хода:

• короткоходная (Smax<=1м)
• среднеходная (1м<Smax<=3м)
• длинноходная (3м<Smax<=6м)
• сверхдлинноходная (Smax>6м)

По числу ходов:

• тихоходная (n_max<=6)
• среднебыстроходная (6<n_max<=15)
• быстроходная (n_max>15)

 

 

 

 

Общая классификация индивидуальных приводов ШСН

 

 

Общая классификация механических приводов

 

 

3.2. ШГНУ, имеющие механический балансирный привод с грузовым, роторным или комбинированным уравновешиванием.

ГОСТ 5866—66.

На рис. 9показан балансирный станок-качалка с комбинированным уравновешиванием.

 Рис. 9. Балансирный станок-качалка с комбинированным уравновешиванием

Базовые модели установок имеют конструкцию  трех типов: с балансирным, комбинированным  и кривошипным способами уравновешивания. К первому относятся модели 1СК, 2СК и ЗСК; ко второму — 4СК, 5СК и 6GK; к третьему — 7СК, 8СК, 9СК. Характеристика второго и третьего типов станков-качалок приведена в таблице.

Таблица.

Основные  параметры базовых моделей станков-качалок  с комбинированным (4СК, 5СК, 6СК) и  кривошипным (7СК, 8СК, 9СК) уравновешиванием

Модель	Длина хода, м	Грузо-подъем-ность, т	Масса, т	Модель	Длина хода, м	Грузоподъемность, т	Масса, т
4СК	1,2	3	6,0	7СК	2,5	12	14,2
5СК	1,5	6	9,0	8СК	2,5	12	20.0
6СК	2,1	6	10,2	9СК	4,2	20	33,0

В состав станка-качалки входят следующие основные узлы:

рама со стойкой; балансир с опорой и противовесом; два шатуна;

два кривошипа  с противовесом; редуктор; клиноременная  передача; тормоз; электродвигатель; канатная подвеска сальникого штока.

 

3.3. Штанговые глубиннонасосные установки с пневматическим уравновешиванием.

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

Применение  пневматического цилиндра вместо противовесов и одноплечного балансира вместо двухплечного позволяет уменьшить вес установки, улучшить условия работы редуктора.

Уравновешивающее  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. В качестве ресивера 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 ухода) компенсируются существенными преимуществами — возможностью эксплуатации глубоких скважин относительно легкими станками, а также простотой уравновешивания при изменении режима работы установки.

Наиболее  типичными станками этого класса являются станки-качалки фирмы «Люфкин». Общий вид показан на рис. 10.

Рис. 10. Балансирный станок-качалка с пневматическим уравновешиванием

Таблица

Основные параметры станков-качалок  с пневматическим уравновешиванием

Модель	Длина хода, м	Грузоподъем-	Масса, т	Модель	длина хода, м	Грузоподъем-	Масса, т
		ность, т				ность, т
64"	1,60	8.5	5,2	144"	3,60	15.3	14,0
74"	1.85	11,2	6,6	240"	6.00	21,0	27,0
86"	2.15	12,5	8.1	300"	7,50	21,0;	43,0;
120"	3,00	13,6	11,2			25,0	49,0

 

 

 

3.4. Штанговые безбалансирные   станки-качалки

Они предназначены для эксплуатации многорядных скважин. Основные узлы безбалансирного станка (редуктор, тормоз, клиноременная передача) заимствованы от балансирных станков-качалок.

Рис. 12. Безбалансирный станок-качалка

Уравновешивание безбалансирных установок роторное, осуществляется перемещением грузов, укрепленных на дуге кривошипа. При проведении подземного ремонта устье скважины освобождается поворотом стрелы на 90°. Отсутствие балансира позволяет упростить конструкцию и уменьшить вес установки.

Таблица 1.7

Основные  параметры штанговых безбалансирных станков-качалок

Модель	Длина хода, м	Грузоподъем-ность, т	Масса, т
3-1,6-7000 6-3-2500 12-5-8000	1,8 3,0 5,0	3,0 6,0 12,0	2,7 7,2 17,0

 

 

 

 

3.5. Приводы с гибкой связью колонны штанг с уравновешивающим грузом.

Для обеспечения большой длины хода штанг (до 10 м) применяют приводы с гибкой связью колонны штанг с уравновешивающим грузом.

Установка фирмы «Ойл вэл» (рис. 13) состоит из стальной фермы, установленной у устья скважины. На верхней площадке фермы установлен приводной двигатель с реверсивным редуктором, на выходном валу которого имеется ведущий шкив. Полированный шток расположен у наружной грани фермы и соединен с уравновешивающим грузом, перемещающимся внутри фермы, канатами, перекинутыми через ведущий шкив.

Реверсивный редуктор при достижении полированным штоком крайних положений изменяет направление вращения ведущего шкива.

При подземном  ремонте скважины вся установка  откатывается по рельсам в сторону  и освобождает место для агрегата подземного ремонта.

Основные  параметры описанной установки  приведены в табл.

Таблица

 Основные параметры безбалансирных длинноходовых установок

Модель	Длина хода, м	Грузоподъемность, т	Число качаний в 1 мин	Мощность привода, л. с.
S	9,6	8,1	3	20
L	9,6	11,2	2,5	30
М	10,2	15,7	2	40