Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 [ 48 ] 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70

Глава 9

НАСОСНАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ СКВАЖИН

Прекращение или отсутствие фонтанирования скважин обусловило использование других способов подъема нефти на поверхность, например, посредством штанговых скважинных jiacocgg. Этими наюсами по. дастоящее врЕмяойорудоващольшинст скважин. Получили широкое распространение погружные центробежные. ?>лщург)няспс} Разнообразие условий подъема жид-кости в скважинах способствовало также разработке насосных способов с использованием винтовых, гидропоршневых, диаф-рагменных, гидроимпульсных и других насосов. Однако их применение пока находится в стадии промышленного испытания или освоения.

§ 9.1. схема и принцип работы штанговой насосной установки. оборудование насосных скважин

Отличительная особенность штанговой скважинно-насосной установки (ШСНУ) состоит в том, что в скважине устанавливают плунжерный (поршневой) насос, который приводится в действие поверхностным приводом посредством колонны штанг.

Схема и принцип работы установки

Схема ШСНУ (рис. 9.1) включает оборудование: а) наземное- станок-качалку (СК), оборудование устья; б) подземное - насосно-компрессорные трубы (НКТ), штанги насосные (ШН), штанговый скважинный насос (ШСН) н различные защитные устройства, улучшающие работу установки в осложненных условиях.

Основные элементы СК -это стойка 17 с балансиром 16, два кривошипа 21 с двумя шатунами 19, редуктор 22, клиноре-менная передача 24, электродвигатель 25 и блок управления 28, который подключается к промысловой линии силовой электропередачи. ШСН состоит из цилиндра 3, плунжера 4, всасывающего 2 и нагнетательного 5 клапанов. Цилиндр ШСН крепится к НКТ 6. На нижнем конце цилиндра установлен неподвижный всасывающий шариковый клапан, открывающийся при ходе плунжера бверх. Плунжер пустотелый (со сквозным каналом), имеет нагнетательный шариковый клапан, открывающийся при ходе плунжера вниз. Электродвигатель 25 через клиноременную передачу 24 и редуктор 22 придает двум массивным кривоши-

Рис. 9.1. Схема штанговой скважннно-насосной установки:

/ - эксплуатационная колонна; 2 - всасывающий клапан; 3 - цилиндр насоса; 4 - плунжер; 5 - нагнетательный клапан; 6 - насосно-компрессорные трубы; 7 - насосные штанги; 8 - крестовина; 9 - устьевой патрубок; 10 - обратный клапан для перепуска газа; - тройннк; /2 -устьевой сальник; /3 - устьевой шток; /4 - канатная подвеска; 15 - головка балансира; 16 - балансир; 17 - стойка; 18 - балансирный груз; 19 - шатун; 20 - кривошипный груз; 21 - кривошип; 22 - редуктор; 23 - ведомый шкив (с противоположной стороны тормозной шкив); 24 - клнноременная передача; 25 - электродвигатель на поворотной салазке; 26 - ведущий шкнв; 27 -рама; 2* - блок управления

нам 21, расположенным с двух сторон редуктора, круговое движение. Кривошипно-шатунный механизм в целом превращает круговое движение в возвратно-поступательное движение балансира 16, который качается на опорной оси, укрепленной на стойке 17. Балансир сообщает возвратно-поступательное движение штангам 7 и через них плунжеру ШСН.

При ходе плунжера вверх нагнетательный клапан под действием жидкости закрывается и вся жидкость, находящаяся над плунжером, поднимается вверх на высоту, равную длине хода плунжера. В это время скважинная жидкость через всасывающий клапан заполняет цилиндр насоса. При ходе плунжера вниз всасывающи-й клапан закрывается, жидкость под плунжером сжимается и открывается нагнетательный клапан. В цилиндр 10* 291

погружаются штанги, связанные с плунжером. Таким образом, ШСН - поршневой насос одинарного действия, а в целом комплекс из насоса и штанг - двойного действия. Жидкость из НКТ вытесняется через тройник Ив нефтесборный трубопровод.

Станки-качалки

Станки-качалки - индивидуальный балансирный механический привод ШСН. Их выпускали по стандартам 1951, 1956 и 1966 гг. В настоящее время на станки-качалки типа СК второй модификации действует ГОСТ 5866-76, который предусматривает 13 типоразмеров СК (табл. 9.1). В шифре, например, СК5-3-2500, указано: 5-наибольшая допускаемая нагрузка ртах на головку балансира в точке подвеса штанг, умноженная на 10 кН; 3-наибольшая длина хода устьевого штока, м; 2500 - наибольший допускаемый крутящий момент Мкртах на ведомом валу редуктора, умноженный на 10~ кН • м. Дополнительно СК характеризуют числом п качаний балансира (двойных ходов), которое изменяется от 5 до 15 мин~Ч

Смонтирован СК на раме, устанавливаемой на железобетонное основание (фундамент). Для быстрой смены и натяжения ремней электродвигатель установлен на поворотной салазке. Фиксация балансира в необходимом (крайнем верхнем) положении головки осуществляется с помощью тормозного барабана (шкива). Головка балансира откидная или поворотная для беспрепятственного прохода спуско-подъем ного и глубинного оборудования при подземном ремонте скважины. Поскольку головка балансира 15 совершает движение по дуге, то для сочленения ее с устьевым штоком и штангами имеется гибкая канатная подвеска 14. 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. Амплитуду движения головки балансира (длина хода устьевого штока 13) регулируют путем изменения места сочленения кривошипа с шатуном относительно оси вращения (перестановка пальца кривошипа в другое отверстие). Частота движения головки балансира (число качаний п) изменяется сменой ведущего шкива на валу электродвигателя на другой (больший или меньший) диаметр, т. е. регулирование работы СКдис-кретное.

За один двойной ход балансира нагрузка на СК неравномерная. Для уравновешивания работы СК помещают грузы (противовесы) на балансир (СК 2), кривошип (СК 4-СК 20) или на балансир и кривошип (СК 3). Тогда уравновешивание называют соответственно балансирным, кривошипным (роторным) или комбинированным.

Таблица 9.1. Техническая характеристика станков-качалпк

Станок-качалка

Ртах.

Номинальная длина хода штока S, м

кр max кНм

Изменения S-n, м/мнн

СК2-0,6-250 СКЗ-1,2-630 СК4-3,1-1600 СК5-3,-2500 СК6-2,1-2500 СК8-3,5-4000 СК12-2,5-4000 СК8-3,5-5600 СК10-3-5600 СК10-4,5-8000 СК12-3,5-80000 СК15-6-12500 СК20-4,5-12500

20 30 40 50 60 80 120 80 100 100 120 150 200

0,3-0,6

0,5-1,2

0,9-2,1

1,3-3

0,9-2,1

1,8-3,5

1,2-2,5

1,8-3,5

1,5-3

2,3-4,5

1,8-3,5

3,0-6

2,3-4,5

2,5 6,3

80 125 125

1,5-9 2,2-18 4,2-31 6,5-45 4,5-31 8,3-42 6,0-30 8,3-42 6,5-36 9-45 10-35 8,3-35 8,3-42

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.

Известны другие индивидуальные механические приводы, включающие также двигатель, трансмиссию и преобразующий механизм. Для привода с одноплечным балансиром характерно расположение опоры на закрепленном конце балансира, а точки соединения шатуна с балансиром - между головкой балансира и опорой. Уравновешивание может быть как грузовым, так и пневматическим за счет сжатия воздуха в пневмоцилиндре с гидравлическим затвором. Подкачка воздуха в систему уравновешивания обеспечивается небольшим компрессором. В ба-лансирных СК с увеличением длины хода точки подвеса штанг возрастают габаритные размеры отдельных узлов и всей установки. Значительные массы качающегося балансира создают большие инерционные нагрузки, ухудшающие устойчивость станка.

В безбалансирных приводах возвратно-поступательное движение штанг осуществляется с помощью цепи или, как правило, канатов, перекинутых через шкивы-звездочки, укрепленные на наклонной к устью скважины стойке-опоре, т. е. в них отсутствует качающийся балансир. Безбалансирный станок позволяет увеличить длину хода устьевого штока. Он работает в отличие от балансирного СК по симметричному циклу, что улучшает условия работы узлов редуктора станка, а также колонны насосных штанг. Безбалансирные станки выпускаются серийно под шифрами СБМ 3-1, 8-700; СБМ 6-3-2500 и СБМ 12-5-800.

Здесь С - станок; Б - безбалансирный; М - механического действия; цифры обозначают то же, что и в шифре балансир-ного СК (см. выше). Частота движения точки подвеса штанг для них соответственно составляет 5-15; 6-15 и 5-10 мин~.

В СССР разработаны ШСНУ с гидроприводом типа АГН (А. Г. Молчанов). Отличительная особенность АГН - использование НКТ в качестве уравновешивающего груза в сочетании с объемным гидроприводом высокого давления. Установка монтируется в виде моноблока непосредственно на фланце колонны обсадных труб, т. е. без сооружения специального фундамента. В качестве силового органа используются дл«нные гидравлические цилиндры с движущимися в них поршнями. Поршень одного цилиндра соединен с колонной НКТ, а другого - с колонной штанг. Возвратно-поступательное движение поршней достигается путем переключения золотниковым устройством нагнетаемой поверхностным силовым насосом жидкости в полости цилиндров. При движении плунжера вниз цилиндр скважинного насоса перемещается вверх и происходит всасывание жидкости. Колонны НКТ и ШН перемещаются в противоположных направлениях, а для этого требуется устанавливать два сальниковых уплотнения на устье.

Оборудование устья

Устьевое оборудование предназначено для герметизации затрубного пространства, внутренней полости НКТ, отвода продукции скважины и подвешивания колонны НКТ. Устьевое оборудование типа СУ включает устьевой сальник 12, крестовину 8 и запорные краны.

Самоустанавливающиеся устьевые сальники (СУС) изготавливают двух типов: с одним и двумя уплотнениями. Тип сальника выбирается в зависимости от степени газопроявления и высоты положения статического уровня жидкости в скважине. Устьевой сальник состоит из самоустанавливающейся сальниковой головки и тройника. Он герметизирует выход устьевого штока с помощью сальниковой головки и обеспечивает отвод продукции через тройник. Тройник ввинчивается в муфту НКТ. Отличительная особенность сальника - наличие пространственного шарового шарнира между головкой сальника и тройником. Шаровое соединение обеспечивает самоустановку головки сальника при несоосности сальникового штока с осью НКТ, исключает односторонний износ уплотнительной набивки и облегчает смену набивки. Самоустанавливающиеся устьевые сальники рассчитаны на рабочее давление 4 МПа.

Колонна НКТ подвешена на конусе в крестовине и расположена эксцентрично относительно оси скважины, что позволяет спускать приборы взатрубное пространство через специальный

устьевой патрубок 9 с задвижкой. Для перепуска газа из затрубного пространства в промысловый нефтетрубопровод и для предотвращения излива нефти в случае обрыва устьевого штока предусмотрены обратные клапаны. Оборудование типа ОУШ включает и муфтовую подвеску НКТ.

Насосные штанги

Штанги предназначены для передачи возвратно-поступательного движения плунжеру насоса. Штанга представляет собой стержень круглого сечения. Выпускают штанги из легированных сталей диаметром (по телу) 12, 16, 19, 22, 25, 28 мм и длиной 8 м для нормальных и коррозионных условий эксплуатации. Для регулирования длины колонны штанг с целью нормальной посадки плунжера в цилиндр насоса имеются также укороченные штанги длиной I; 1,2; 1,5; 2 и 3 м. Штанги соединяются муфтами (соединительными и переводными). Для этого концы штанг имеют утолщенные головки с накатанной резьбой и квадратным сечением для захвата ключами. Выпускаются также полые (трубчатые) штанги из труб (наружный диаметр 42 мм, толщина стенки 3,5 мм) с приваренными к ним головками (из трубы диаметром 56 мм и толщиной стенки 12 мм). Они используются для эксплуатации неглубоких (до 1200 м) скважин. Особая штанга - это устьевой (сальниковый) шток (диаметр 31 и 36 мм), соединяющий колонну штанг с канатной подвеской. Поверхность его полирована (полированный шток). Разрабатывается колонна штанг, наматываемая на барабан.

Штанговые скважинные насосы

Известны различные конструкции ШСН. Мы остановимся на конструктивных особенностях тех насосов (7 типов и 3 исполнения), которые выпускает отечественная промышленность для нормальных и осложненных условий эксплуатации (рис. 9.2). Они обеспечивают подачу от 5,5 до 400 мсут при глубине подвески насоса до 3500 м. По способу крепления к колонне НКТ различают вставные (НСВ) и невставные (НСН) скважинные насосы.

Цилиндр невставного (трубного) скважинного насоса присоединяется к колонне НКТ и вместе с ней спускается в скважину. Плунжер НСН вводится через НКТ в цилиндр вместе с подвешенным к нему всасывающим клапаном на насосных штангах. Чтобы не повредить плунжер при спуске, его диаметр принимают меньшим внутреннего диаметра НКТ примерно на 6 им. Применение НСН целесообразно в скважинах с большим дебитом, небольшой глубиной спуска и большим межремонт-