Механизированный способ добычи нефти. Скважинные штанговые насосные установки

 

 

Рис. 13. Безбалансирная длинноходовая установка 1 — устье скважины; 2 — полированная штанга; 3— канат; 4 — реверсивный редуктор; 5 — уравновешивающий груз; 6 — ферма; 7 — пульт управления; 8 — рельсы; 9 — основание

 

3.6. Неуравновешенный привод штангового глубинного насоса

 

Применяется на неглубоких малодебитных скважинах. Эти установки (рис. 14) не имеют уравновешивающего устройства. При ходе штанг вверх масло от насоса 4 через распределительный золотник 3 направляется в силовой орган — гидравлический цилиндр 2. При ходе штанг вниз поршень 1 вместе с колонной штанг силой собственного веса опускается вниз и вытесняет рабочую жидкость из цилиндра 2 через распределительный золотник 3 в бак 5.

Основные  параметры неуравновешенного привода  штангового глубинного насоса.

Модель	Длина хода, м	Грузоподъемность, т	Число качаний в 1 мин	Мощность привода, л. с.
24"	0,68	1,6	6,0	3
35"	0,91	2,2	5,0	9
48"	1,20 1 ,й)У	3,2	5,0	9 i?
72"	1,80	5,8	4,6	10
120"	3,00	5,8	4,4	10

3.7. Гидроприводные  установки с пневматическим уравновешиванием.

Применяются для обеспечения большой длины хода точки подвеса штанг при высоких нагрузках на полированный шток.   

Установка   фирмы   «Акселсон» (рис. 15) состоит из газового аккумулятора, центробежного насоса с приводом, золотникового устройства, управляющего клапана и гидроцилиндра, поршень которого посредством полированного штока соединен с колонной штанг.

При приближении поршня к крайнему нижнему положению открывается канал, и жидкость из пространства под поршнем под высоким давлением поступает в управляющий клапан, золотник которого при этом поднимается вверх. Рабочая жидкость под давлением поступает в пространство под поршнем золотникового устройства и опускает его вниз. При этом направление потока жидкости от насоса изменяется, и поршень начинает двигаться вверх.

 

 

 

Рис. 14. Неуравновешенный привод штангового глубинного насоса. 1 — поршень; 2 — цилиндр; 3— золотник; 4 — насос; 5 — бак; 6 — двигатель

Рис. 15. Гидроприводная установка с пневматическим уравновешиванием.

При достижении поршнем верхнего положения  жидкость поступает в верхнюю полость управляющего клапана. Золотник опускается вниз и переключает поток жидкости, в результате чего насос начинает перекачивать жидкость из-под поршня силового цилиндра в аккумулятор, при этом штанги движутся вниз.

Воздух  в аккумуляторе накапливает энергию  при движении штанг вниз и отдает ее при ходе штанг вверх, т. е. выполняет  те же функции, что и грузы в  балансирных станках-качалках.

Утечки  жидкости собираются в дренажном  баке, откуда шестеренчатым насосом  жидкость подается в аккумулятор.

 

3.8. Установки с гидравлическим приводом и групповым уравновешиванием (рис. 16)

Применяются редко и представляют собой гидравлический аналог установок с групповым механическим уравновешиванием.

Рис. 16. Установка с гидравлическим приводом и групповым уравновешиванием.1 — золотник; 2— вспомогательный насос; 3 — силовой насос; 4 — бак; 5 — гидравлический цилиндр I, 6—гидравлический цилиндр II

 

Параметры установки:

Модель……                                   3’ . 6’  9’  12’

Грузоподъёмность, т……            2,7  6,7  8,3  13,5

Длина хода, м ……                      0,9  1,8  2,7  3,6 

Мощность привода, л.с……         3  7  5,6  8,4

 

При эксплуатации скважин данной установкой цилиндр А с золотниками управления и блоком привода В монтируется на одной скважине, а цилиндр С устанавливается на соседней скважине (не далее 2000 м), оборудованной аналогичным образом.

На  скважине А при ходе штанг вверх жидкость от силового насоса поступает через золотник в надпоршневое пространство цилиндра скважины В. Его поршень вместе со штангами опускается вниз и выдавливает жидкость, находящуюся под поршнем, по трубопроводу в нижнюю полость цилиндра.

При достижении этим поршнем верхнего положения рабочая жидкость под высоким давлением,  преодолевая  силу упругости пружины, перемещает золотник в правое положение и направление потока масла изменяется. При ходе штанг скважины А вниз рабочая жидкость от силового насоса подается в надпоршневую полость левого цилиндра, при этом поршень цилиндра скважины С вместе со штангами идет вверх.

В России создана установка с использованием в качестве уравновешивающего груза колонны насосно-компрессорных труб. Это позволило резко увеличить длину хода при уменьшении носа установки в 10—15 раз по сравнению с балансирными станками-качалками.

Установка (рис. 17) имеет следующие основные узлы.

1. Силовой орган (гидроцилиндр 1), поршень 2 которого посредством штока 3 и колонны штанг 4 связан с плунжером глубинного насоса 5.

2. Уравновешивающее устройство — трубный гидроцилиндр 6, поршень которого связан штоком 7 с верхней траверсой и двумя тягами 8. Последние в свою очередь посредством нижней траверсы соединены с колонной насосно-компрессорных труб 9, к нижней части которой крепится цилиндр глубинного насоса 10.

 

 

Рис. 17. Штанговая гидроприводная установка с использованием в качестве уравновешивающего груза колонны НКТ

 

 

 

 

3. Привод, состоящий из силового насоса 11, перекачивающего жидкость из бака 12 попеременно в верхние полости гидроцилиндров (корпус установки на рис. 1.6. не показан). Коммутация потоков жидкости осуществляется силовым золотником 13. Кроме того, установка имеет систему реверсирования (на схеме не показана), переключающую силовой золотник при достижении поршнями крайних положений, а также систему компенсации утечек, обеспечивающую постоянство объема рабочей жидкости в подпоршневых полостях гидроцилиндров.

Установка работает следующим образом: подаваемая насосом из бака рабочая жидкость через золотник направляется в верхнюю полость штангового гидроцилиндра. При этом поршень перемещается вниз, а вместе с ним и шток, колонна штанг и связанный с ней плунжер. Рабочая жидкость из нижней (штоковой) полости цилиндра по трубопроводу вытесняется в нижнюю полость трубного цилиндра и перемещает его поршень вверх. Вместе с ним перемещается вверх и связанный посредством штока, тяг и колонны насосно-компрессорных труб цилиндр глубинного насоса. Таким образом плунжер движется вниз, а колонна труб вверх — происходит ход всасывания.

При подаче рабочей жидкости в верхнюю  полость трубного гидроцилиндра  поршень, а вместе с ним колонна  НКТ и цилиндр глубинного насоса перемещаются вниз. Рабочая жидкость из подпоршневой полости трубного цилиндра вытесняется в штанговый цилиндр, поршень которого   перемещается   вверх. Вместе с поршнем перемещается колонна штанг и связанный с ней плунжер глубинного насоса. Плунжер при этом перемещается вверх, а цилиндр вниз — происходит ход нагнетания.

Для соединения подвижной колонны  насосно-компрессорных труб с трубопроводом применяется гибкий шланг 14. Герметизация колонны насосно-компрессорных труб осуществляется посредством уплотнения, через который пропущен шток штангового цилиндра. Герметизация затрубного пространства осуществляется посредством уплотнения, установленного на фланце обсадной колонны.

4. Внутрискважинное  оборудование

4.1. Насосные  штанги

4.1.1. Сплошные  штанги

Рис. 18. Конструкция штанг

Конструкция штанг и соединительных муфт, применяемых на отечественных  промыслах, показана на рис. 18. Насосные штанги выпускаются диаметром 12, 16, 19, 22, 25 мм. Средняя длина штанг 8 м. Кроме обычных штанг изготовляются укороченные метровки длиной 1, 1,2; 1,5; 2 и 3 м для регулирования длины колонны в зависимости от глубины подвески насоса, т. е. для регулирования положения плунжера относительно цилиндра. Резьба штанг накатывается, а у ее основания делается разгрузочная выточка. Штанги и муфты изготавливаются из сталей следующих марок:

• для легких условий работы из стали 40, нормализованные,
• для средних и среднетяжелых условий работы из стали 20Н2М, нормализованные;
• для тяжелых условий работы из стали марки 40, нормализованные, с последующим поверхностным упрочнением тела штанги по всей длине токами высокой частоты (ТВЧ) и из стали 30ХМА, нормализованные с последующим высоким отпуском и упрочнением тела штанги по всей длине ТВЧ;
• для особо тяжелых условий работы из стали 15НЗМА, нормализованные с последующим упрочнением тела штанги ТВЧ.

Механические  свойства материала штанг после  их термической обработки должны соответствовать данным таблице.

 

 

В зависимости  от технологии изготовлений штанг и  применяемых марок сталей применяются приведенные допускаемые напряжения. При упрочнении штанг токами высокой частоты они могут использоваться для тяжелых условий эксплуатации и обеспечивают допускаемые напряжения до 10—12 МПа.

Никельмолибденовые штанги (сталь 20НМ) предназначены в зависимости от термообработки при нормализации для средних режимов работы, при нормализации с последующей поверхностной закалкой ТВЧ—при особо тяжелых. В первом случае они обеспечивают [sпр]<=90 МПа, а при откачке коррозионных жидкостей [sпр]<=60 МПа. Во втором случае они обеспечивают [sпр]<=130МПа.

Хромникелевые штанги (стали 20ХН) предполагаются для замены никельмолибденовых штанг и имеют близкие к ним параметры.

Замена   накаткой   нарезания резьбы, введение зарезьбовой—разгрузочной—канавки, а также оптимизация размеров элементов резьб позволили сократить число разрушений в резьбе. Причем в настоящее время подобные разрушения обусловлены их неправильной эксплуатацией.

Поломки соединительных муфт происходят, как правило, в сильно искривленных участках скважин и  обусловлены уменьшением площади поперечного сечения в результате абразивного изнашивания боковой поверхности муфты.

4.1.2. Штанги  насосные утяжеленные

Используются для оптимизации нагрузки на привод.

Cтандарт	API Spec 11B
Типоразмер	ШН 1 1/2"	ШН 1 5/8"	ШН 1 3/4"
Диаметр, мм	38,1	41,28	44,45
Типоразмер присоединяемой штанги	ШНУ 3/4	ШН 7/8	ШН 7/8
Длина, мм	8000
Масса, кг	70	80	94

Класс	Группа стали	Минимальный предел прочности  на растяжение, МПа
1	Углеродистая	448
2	Легированная	620

4.1.3.Штанги  насосные шарнирные

Предназначены для предохранения  от развинчивания резьбовых соединений колонны насосных штанг при добыче нефти станками-качалками. Крутящий момент, от движения насосной колонны, компенсируется поворотом деталей шарнирной штанги внутри муфты.

Стандарт	ТУ 3665-027-002175515-02
Типоразмер	ШНШ.М 3/4	ШНШ.М 7/8	ШНШ.М 3/4х7/8	ШНШ.М 7/8х1
Наружный диаметр, мм	45	53	53	55,6
	53
Длина, мм	495			507
Разрывное усилие, кгс	14000	20000	20000	20000
	20000
Типоразмер присоединяемой штанги	ШН 3/4	ШН 7/8	ШН 3/4; ШН 7/8	ШН 7/8; ШН 1

4.1.4. Стеклопластиковые штанги 

Основная  особенность – малая масса: при  одинаковой прочности они в 3-4 раза легче стальных, но в 2-3 раза эластичнее. Обычно используют в сочетании со стальными в глубоких скважинах (>2000м) или в скважинах с высококорозионной пластовой жидкостью.

4.1.5. Трубчатые  штанги

Использование в качестве кинематической связи привода со скважинным насосом трубчатых штанг позволяет решить некоторые из перечисленных проблем: уменьшить металлоемкость внутрискважинного оборудования за счет исключения колонны насосно-компрессорных труб, эксплуатировать скважины, продукция которых содержит большое количество механических примесей, уменьшить пиковую нагрузку в точке подвеса штанг за счет увеличения ее плавучести, проводить ряд технологических операций (например, деэмульгирование жидкости, проведение внутрискважинной депарафинизации) в процессе подъема пластовой жидкости на поверхность, для чего по внутренней полости штанг закачивается соответствующий реагент, обеспечить одновременно-раздельную эксплуатацию двух пластов и т. п.

 

Схема установки с трубчатыми штангами:1 — канатная   подвеска; 2 — узел крепления штанг;   3 — трубчатая штанга; 4—боковой отвод; 5— фланцевое соединение; 6 — гибкий шланг; 7 — коллектор