Размещено на http://www.allbest.ru/

оборудование для добычи нефти



ВВЕДЕНИЕ

Российская Федерация является одной из ведущих энергетических держав. В настоящее время на долю России приходится более 80% общего объема добычи нефти и газа и 50% угля бывшего СССР, что составляет почти седьмую часть суммарного производства первичных энергоресурсов в мире [1].

В России сосредоточено 12,9% мировых разведанных запасов нефти и 15,4% ее добычи.

На ее долю приходится 36,4% мировых запасов газа и 30,9% его добычи.

Топливно-энергетический комплекс (ТЭК) России - это стержень национальной экономики, обеспечивающий жизнедеятельность всех отраслей народного хозяйства, консолидацию) регионов, формирование значительной части бюджетных доходов и основной доли валютных поступлений страны. В ТЭК аккумулируется 2/3 прибыли, создаваемой в отраслях материального производства.

Недостаточное восполнение сырьевой базы начинает ограничивать возможности в наращивания добыта нефти и газа.

Увеличение душевого энергопотребления к 2010 г., экстремальных условиях развития» экономики возможно путем проведения комплекса мер по интенсивному энергосбережению, оптимально достаточного экспорта энергоресурсов при медленном наращивании их производства и проведение сдержанной инвестиционной политики ориентированной на наиболее эффективные проекты.

В этом деле применение современного оборудования, обеспечивающего энергосберегающие технологии при добыче нефти, играет существенную роль.

Известны шахтный и скважинный методы добычи нефти.

Этапы развития шахтного способа: рытье ям (копанок) глубиной до 2 м; сооружение колодцев (шурфов) глубиной до 3545 м, и сооружение шахт_комплексов вертикальных, горизонтальных и наклонных выработок (применяется редко при добыче вязких нефтей).

До начала VXIII в нефть, в основном, добывали из копанок, которые обсаживались плетнем.

По мере накопление нефть вычерпывали в мешках вывозили потребителям. Колодцы крепились деревянным срубом, окончательный диаметр обсаженного колодца составлял обычно от 0,6 до 0,9 м с некоторым увеличением книзу для улучшения притока нефти к его забойной части.

Подъем нефти из колодца производился при помощи ручного ворота (позднее конного привода) и веревки, к которой привязывался бурдюк (ведро из кожи).

К 70-м годам XIX в. основная добыча в России и в мире происходит уже из нефтяных скважин. Так, в 1878 г. в Баку их насчитывается 301, дебит которых во много раз превосходит дебит колодцев. Нефть из скважин добывали желонкой - металлический сосуд (труба) высотой до 6 м., в дно которого вмонтирован обратный клапан, открывающийся при погружении желонки в жидкость и закрывающийся при её движении вверх. Подъем желонки (тартание) велся вручную, затем на конной тяге (начало 70-х годов XIX в.) и с помощью паровой машины (80-е года).

Первые глубинные насосы были применены в Баку в 1876 г., а первый глубинный штанговый насос - в Грозном в 1895 г. Однако тартальный способ длительное время оставался главным. Например, в 1913 г. в России 95% нефти добыто желонированием.

Вытеснение нефти из скважины сжатым воздухом или газом предложено в конце XVIII в., но несовершенство компрессорной техники более чем на столетие задержало развитие этого способа, гораздо менее трудоемкого по сравнению с тартальным.

Не формировался к началу нашего века и фонтанный способ добычи. Из многочисленных Фонтанов бакинского района нефть разливалась в овраги, реки, создавала целые озера, сгорала, безвозвратно терялась, загрязняла почву, водоносные пласты, море.

В настоящее время основной способ добычи нефти - насосный при помощи установок электроцентробежного насоса (УЭЦН) и штанговых скважинных насосов (ШСН).



1. ОБОРУДОВАНИЕ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ

1.1 Классификация оборудования, применяемого при эксплуатации нефтяных и газовых месторождений

Оборудование, применяемое при различных эксплуатационных работах, можно выделять в группы [4]:

I. Оборудование, применяемое при различных эксплуатационных работах.

II. Оборудование для освоения скважин.

III. Оборудование для подъема продукции пластов из скважин.

IV. Оборудование для воздействия на пласт.

V. Оборудование для ремонтных работ на скважине.

VI. Оборудование для сбора и подготовки нефти и газа к транспортированию.

Задачей данной работы является освещение оборудования первой и третьей групп.

1.2 Оборудование ствола скважины, законченной бурением

В пробуренных эксплуатационных скважинах оборудуют как забойную (в зоне продуктивного пласта), так и устьевую часть. При всех способах эксплуатации скважин подъем жидкости и газа на поверхность происходит по специальным насосно-компрессорным трубам - НКТ, спускаемым в скважины перед началом их эксплуатации.

Устье скважины оснащают колонной головкой (колонная обвязка). Колонная головка предназначена для разобщения межколонных пространств и контроля за давлением в них. Ее устанавливают на резьбе или посредством сварки на кондукторе. Промежуточные и эксплуатационные колонны подвешивают на клиньях или муфте.

Конструкция колонной обвязки предусматривает возможность:

восстановления герметичности межколонных пространств подачей в межпакерную полость консистентного смазочного материала;

опрессовки фланцевых соединений;

контроля и разведки давления среды в межколонных пространствах;

проведение цементирования скважины.

Иногда колонная головка может иметь сальник, чтобы эксплуатационная колонна могла перемещаться в вертикальном направлении (например, при закачке теплоносителя).

Основные параметры колонных обвязок: число обвязываемых колонн; их диаметры; давления, на которые рассчитаны корпуса колонных обвязок, в умеренном и холодном макроклиматических районах; исполнение коррозионно-стойкое К2, К2И, КЗ для скважин, продукция которых содержит (по объему) сероводород и углекислый газ соответственно до 6% без ингибирования рабочей среды и с ингибированием до 25%.

Для обозначения колонных обвязок принята система шифрования. Полный шифр оборудования обвязки обсадных колонн условно представляется в виде ОККХ - X1 - X2X3X4X5, где ОК - оборудование обвязки колонн; 2 - подвеска клиньевая; Х - число колонн, подвешиваемых на клиньях; X1 - рабочее давление; X2 диаметр эксплуатационной колонны; X3 - диаметр первой промежуточной колонны; X4 - диаметр направления; X5 - исполнение по коррозионной стойкости.

Например, оборудование обвязки колонн с клиньевой подвеской двух колонн, диаметром эксплуатационной колонны 168 мм, диаметром эксплуатационной колонны направления 324 мм для сред, содержащих Н2 и СО2 до 6%, обозначается ОКК2-350-168 x 245х324К2.

Трехкорпусная колонная обвязка (рис. 1) состоит из однофланцевой колонной головки 1 и двухфланцевых колонных головок 2 и 4. Колонные головки включают корпуса 9, 13, 16, клиньевые подвески 8, 12 и 15, пакеры, состоящие из опорных (нижних) и нажимных 6 (верхних) колец и упругих уплотнителей 5. На боковых отводах корпусов колонных головок устанавливают манифольды контроля давления, состоящие из запорных устройств 10, 14, 17, манометров II соответствующего класса, фланцевых или резьбовых заглушек 3.

Промышленностью выпускается также колонные головки типа ОКБ, конструкция которых принципиально отличается тем, что она позволяет в одном корпусе обвязать три обсадных колонны.

Рис. 1. Трехкорпнусная колонная обвязка ОК

1.3 Трубы

Трубы при добыче применяются для крепления стволов скважин и для образования каналов внутри скважин, подвески оборудования в скважине, прокладки трубопроводов по территории промысла.

Основные группы труб: 1 - насосно-компрессорные (НКТ); 2 _ обсадные; 3 - бурильные; 4 - для нефтепромысловых коммуникаций.

1.3.1 Насосно-компрессорные трубы

При всех способах эксплуатации скважин подъем жидкости и газа на поверхность происходит обычно по НКТ, которые применительно к способам эксплуатации еще называют фонтанными, компрессорными, насосными, подъемными или лифтовыми.

Насосно-компрессорные трубы используются также для различных технологических процессов (например, для солянокислых обработок пластов, разбуривания цементных пробок и т.д.).

Ограничением при выборе диаметра проходных отверстий скважинного трубопровода служит скорость потока рабочей среды. Для нефтяных скважин она не должна превышать 10 м/с, а для газовых - 24 м/с. Это связано с резко увеличивающимся эрозионным износом трубопровода и устьевого оборудования, Иногда увеличивают диаметр трубопровода с целью обеспечения эрозионной и коррозионной стойкости.

В табл. 1 представлены основные размеры НКТ, предусмотренные существующим стандартами.

Таблица 1

Условный диаметр трубы, мм	27	33	42	48	60	73	89	102	114
Толщина стенки, мм	3	3,5	3,5	4,0	5,0	6,57,0	8,0	6,5	7,0

Отечественная промышленность выпускает НКТ диаметром 60, 73, 89, 114 мм и муфты к ним из стали группы прочности Д, К и Е. Механические свойства которых приведены в табл. 2.



Таблица 2

Показатели	Группа прочности стали
	Д	К	Е
Временное сопротивление В, МПа	655	687	699
Предел текучести Т, МПа	не менее	379	491	552
	не более	552	-	758
Относительное удлинение , %, не менее	14,3	12,0	13,0

Конструкции изготавливаемых НКТ следующие:

муфтовые, гладкие с конической резьбой треугольного профиля по ГОСТ 633-80 (рис. 2, а);

муфтовые гладкие высокогерметичные с конической резьбой трапецеидального профиля - тип НКМ по ГОСТ 63-80 (рис. 2, б);

муфтовые, гладкие с конической резьбой треугольного профиля с повышенной пластичностью и хладостойкостью то ТУ 14-3-1534-87 (рис. 2, в);

муфтовые, гладкие с конической резьбой треугольного профиля с узлом уплотнения из полимерного материала по ТУ 14-3-1534-87 (рис. 2, г);

В соединении труб с треугольной резьбой (рис. 2, а) применяется резьба конусностью 1:16 с углом профиля 60. Прочность соединения до 70% от прочности тела трубы. Соединение недостаточно герметично из-за несовершенства конструкции. Расчетные величины предельных давлений составляют 2/3 практических.

Трубы типа НКМ (рис. 2, б) характеризуются равнопрочностью резьбового соединения с телом трубы и высокой герметичностью. Герметичность обеспечивается коническим и торцевым уплотнением типа «металл-металл». Увеличенный шаг резьбы позволяет ускорить сборку соединения в 2,5 раза по сравнению с треугольной резьбой.



Рис. 2. Трубы насосно_компрессорные муфтовые гладкие:

а - с конической резьбой треугольного профиля; б - с конической резьбой трапециидального профиля; в - с конической резьбой треугольного профиля с повышенной пластичностью и хладостойкостью; г - с конической резьбой треугольного профиля с узлом уплотнения из полимерного материала

Эксплуатационная долговечность НКТ гладких труб с резьбой треугольного профиля с повышенной пластичностью и хладостойкостью на 40% выше, чем по ГОСТ 633-80.

НКТ гладкие с резьбой треугольного профиля с узлом уплотнения из полимерного материала отличаются высокой герметичностью и меньшим коррозионным износом резьбы. Эксплуатационные характеристики труб аналогичны по ГОСТ 633-80.

Длина насосно-компрессорных труб 5,5 10,5 м. На толщину стенки установлен минусовой допуск в 12,5% от толщины. Внутренний диаметр НКТ проверяется шаблоном. Шаблоны НКТ (размеры в мм):

наружный диаметр трубы 48,3 73,0 88,9 114,3;

разность диаметра шаблона и

внутреннего диаметра трубы 2,4 3,2;

длина шаблона 1067.

Насосно-компрессорные трубы заводом-изготовителем маркируются по ГОСТ 633-80 клеймением и краской.

Например, Синарский трубный завод. На каждой трубе на расстоянии 0,40,6 м от ее конца, снабженного муфтой, должна быть четкая маркировка (ударный способ, накатка): условный диаметр трубы, мм; номер трубы; группа прочности; толщина стенки трубы, мм (без запятой); товарный знак завода; месяц изготовления; год изготовления. На муфте клеймением наносится товарный знак завода и группа прочности.

НКТ могут быть изготовлены из алюминиевого сплава марки Д 16. Такие трубы можно спускать глубже стальных, они более коррозионностойкие в сероводородосодержащих средах.

Эффективно применение фиберглассовых труб, а также безрезьбовых НКТ длиной по 6000 м на барабанах.

Для защиты НКТ от парафина и коррозии и снижения гидросопротивления на 2030% применяются защитные покрытия (стекло, стеклоэмали, лакокрасочные материалы и др.).

Расчет НКТ на прочность определяют по параметрам:

нагрузке, вызывающей страгивание резьбового соединения;

эквивалентному напряжению, возникающему в опасном сечении трубы с учетом давления среды и осевой нагрузки;

циклической переменной нагрузке;

усилиям, вызывающим продольный изгиб трубы.

1.3.2 Трубы обсадные

Обсадные трубы служат для крепления ствола скважины. По ГОСТ 632-80 отечественные обсадные трубы выпускаются следующих диаметров и толщины:



Таблица 3

, мм	114	127	140	146	168	178	194	219	245
s, мм	5,2-10,2	5,6-10,2	6,2-10,5	6,5-9,5	7,3-12,2	5,9-15,0	5,2-10,2	7,6-15,1	7,9-15,9
273	299	324	340	351	377	406	426	473	508
7,1-16,5	8,5-14,8	8,5-14,0	8,4-15,4	9,0-12,0	9,0-12,0	9,5-16,7	10,0-12,0	11,1	11,1-16,1

Группа прочности стали Д, К, Е, Л, М, Т. Трубы маркируются клеймением и краской. При спуске в скважину обсадные трубы шаблонируют.

Обсадные трубы могут применяться вместо НКТ, например, при отборе 50007000 м3/сут. воды из скважин большого диаметра. Иногда для этого используют бурильные трубы.

1.3.3 Бурильные трубы

Бурильные трубы приспособлены к длительному свинчиванию_развинчиванию. Промышленность выпускает бурильные трубы длиной 6±0,6; 8±0,6; 11,5±0,9 м, наружным диаметром 60, 73, 89, 102мм. Трубы диаметром 114, 127, 140 и 168 мм выпускают длиной 11,5±0,9 м.

Бурильные трубы изготавливаются из такой же стали, как и обсадные. Для уменьшения веса бурильной колонны применяют алюминиевые бурильные трубы (АБТ), изготавливаемые из сплава Д 16. Применяются колонны труб с наружным диаметром 2 7/8” для бурения забойными двигателями.

1.3.4 Трубы для нефтепромысловых коммуникаций

Для нефтепромысловых коммуникаций используются электросварные горячекатаные стальные трубы, пригодные по прочности и гидравлическому сопротивлению:

трубы стальные бесшовные, горячедеформированные - ГОСТ 8732-78, наружным диаметром от 20 до 550 мм, с толщиной стенок от 2,5 мм и более сталь 10; ЮГ 2; 20 12ХН 2А и др.);

трубы стальные сварные для магистральных газонефтепроводов - ГОСТ 20295_85, диаметром от 159 до 820 мм (сталь К 34, К 50, К 60 и др.);

Для выкидных линий могут поменяться гибкие непрерывные колонны труб диаметром до 2 7/8”.

Трубопроводы проектируются и изготавливаются в соответствии с правилами, установленными Госгортехнадзором. Исключение составляют трубопроводы для пара, эксплуатируемые с Рабс<0,2 МПа, для воды с температурой до 120оС, временно устанавливаемые трубопроводы со сроком действия до 1 года и некоторые другие.

Трубы этих трубопроводов должны выдерживать давление испытания

Р=2 S[d] /Двн,

где S - толщина трубы (за вычетом допуска); [] - допускаемое напряжение, равное 40% предела текучести; Двн _ внутренний диаметр трубы.

1.4 Скважинные уплотнители (пакеры)

Пакеры при эксплуатации устанавливаются обычно в обсаженной части скважины и спускают их на колонне подъемных труб. Уплотнение, прижимаемое к обсадной трубе, должно надежно разобщать части ствола скважины, находящиеся над и под уплотнителем. Уплотнители для эксплуатационных нужд подразделяются по своему назначению.

1. Уплотнители, применяемые при отборе нефти и газа из пласта в случае:

а) оборудования, требующего создания в скважине двух изолированных каналов (например, НКТ и уплотненнее снизу пространств между НКТ и обсадными трубами при раздельной эксплуатации нескольких пластов);

б) беструбной эксплуатации (подъеме жидкости по обсадной колонне, в нижней части которой установлено уплотнение);

в) предохранения от выброса при газопроявлениях (пакер с клапаном-отсекателем).

2. Уплотнители, применяемые при исследовании или испытании в случае:

а) раздельного исследования пластов, вскрытых одной скважиной;

б) проверки герметичности обсадной колонны или герметичности изоляции пластов цементным кольцом.

3. Уплотнители, применяемые при воздействии на пласт или его призабойную зону при:

а) гидроразрыве пласта;

б) поддержании пластового давления;

в) подаче в пласт теплоносителей.

По способу посадки пакеры подразделяют на механические М (рис. 3, а, б), гидравлические Г(рис. 3, в, г) и гидромеханические ГМ. Механический пакер расширяется при воздействии осевой нагрузки (масса НКТ); оболочка гидравлического пакера расширяется при подаче в нее жидкости.

Во всех пакерах должна быть опора (якорь) для пакера:

упор на забой через хвостовик;

переход диаметра обсадной колонны;

шлипсовый захват за обсадную колонну (якорь);

шлипсовый захват и торец обсадной трубы в ее муфтовом соединении.

Пакеры выпускают диаметром от 88 до 245 мм, для обсадных труб - 114273 мм, которые обеспечивают перепад давления: 14, 21, 35, 50 и 70 МПа.

Различают следующие виды пакеров:

ПВ - пакер, воспринимающий усилие от перепада давления, направленного вверх.

ПН - тоже, направленного вниз;

ПД - то же, направленного как вниз, так и вверх.

Заякоривающие устройства (якорь) могут быть Г - гидравлические (по способу посадки); М - механические; ГМ - гидромеханические.

Рис. 3. Пакеры

Пример обозначения пакера: 2ПД-ЯГ-136НКМ-35К1. 2 - номер модели; ПД _ тип пакера; Я - наличие якоря; Г - способ посадки пакера (гидравлический); 136 - наружный диаметр пакера, мм; НКМ - резьба гладких высокогерметичных насосно-компрессорных труб (ГОСТ 633-80); 35 - рабочее давление, МПа; К1 _ исполнение по коррозионной стойкости (для сред с объемной концентрацией СО2 до 10%).

Пример обозначения якоря: ЯГ-118-21. Я - якорь; Г - гидравлический способ посадки; 118 - наружный диаметр якоря, мм; 21 - рабочее давление, МПа.

Пакеры способны воспринимать усилие от перепада давления, направленного как вверх, так и вниз, могут оставаться в скважине и выполнять свои функции и без колонны подъемных труб, которую извлекают после посадки пакера. В этом случае для отсоединения колонны труб от пакера и повторного соединения ее с пакером применяются разъединители колонн типов РК, ЗРК, 4РК, устанавливаемые над пакером. В оставляемую с пакером часть разъединителя перед разъединением при помощи канатной техники устанавливается пробка, перекрывающая пласт, а извлекаемая часть разъединителя поднимается вместе с колонной подъемных труб. Пример обозначения разъединителя колонн: РК 89/145-80-350. РК - разъединитель колонн; 89 - условный диаметр, мм; 145 - диаметр пакера, мм; 80 - - диаметр проходного отверстия, мм; 350 - рабочее давление, кг/см2.

2. оборудование фонтанных скважин

Оборудование любой скважины, в том числе фонтанной, должно обеспечивать отбор продукции в заданном режиме и возможность проведения необходимых технологических операций с учетом охраны недр, окружающей среды и предотвращения аварийных ситуаций. Оно подразделяется на наземное (устьевое) и скважинное (подземное).

2.1 Наземное оборудование

К наземному оборудованию относят фонтанную арматуру и манифольд. Фонтанной арматурой оборудуют фонтанные нефтяные и газовые скважины. Ее устанавливают на колонную головку. Фонтанная арматура изготавливается по ГОСТ 13846-89.

Фонтанные арматуры различают по конструктивным и прочностным признакам. Эти признаки включают в шифр фонтанной арматуры.

Фонтанная арматура включает трубную обвязку (головку; и фонтанную елку с запорными и регулирующими устройствами.

Трубная обвязка - часть фонтанной арматуры, устанавливаемся на колонную обвязку, предназначена для обвязывания одного или двух скважинных трубопроводов, контроля и управления потоком скважинной среды в затрубном (межтрубном) пространстве.

Скважинный трубопровод своим верхним концом закрепляется в катушке_трубодержателе, устанавливаемой на трубную головку, либо в муфте_трубодержателе, устанавливаемой в корпусе трубной головки. Схемы трубных обвязок приведены на рис. 4.



Рис. 4. Схемы трубных обвязок фонтанной арматуры:

1 - ответный фланец; 2 - запорное устройство; 3 - трубная головка; 4 - манометр с запорно_разрядным устройством

Фонтанная арматура выпускается на рабочее давление - 14,21,35,70,105, и 140 МПа, сечением ствола от 50 до 150 мм, по конструкции фонтанной елки крестовые и тройниковые, по числу спускаемых в скважину рядов труб однорядные и двухрядные и оборудованы задвижками или кранами.



Пример обозначения: АФК6В-80/50Х70ХЛ-К2а

ХХХХ - Х Х х ХХ - ХХ

АФ - арматура фонтанная

АН - арматура нагнетательная

Способ подвешивания скважинного трубопровода:

в трубной головке - не обозначается, в переводнике к трубной

головке - К, для эксплуатации скважин УЭЦН - Э

Обозначение типовой схемы елки для арматуры с двумя

трубными головками к номеру схемы добавляют "а"

Обозначение системы управления запорными устройствами

( с ручным управлением - не обозначают, с дистанционным - Д,

с автоматическим - А, с дистанционным и автоматическим - В)

Условный проход ствола елки, мм

Условный проход боковых отводов елки, мм (при совпадении

с условных проходом ствола не указывается)

Рабочее давление, МПа( кгс/см2)

Климатическое исполнение по ГОСТ 16350-80: для умеренного и умеренно холодного микроклиматических районов - не обозначается; для холодного макроклиматического района - ХЛ

Исполнения по составу скважинной среды:

c содержанием Н2S и СО2 до 0,003% по объему каждого - не обозначается;

с содержанием СО2 до 6% по объему - К1;

с содержанием Н2S и СО2 до 6% по объему каждого - К2 и К2И

Модификация арматуры или елки

Конструкция фонтанной арматуры обеспечивает возможность измерения давления на верхнем буфере елки, а также давления и температуры среды на буфере бокового отвода елки и трубной головки. Стандартами предусмотрено изготовление блочных фонтанных арматур, а также укомплектование по необходимости фонтанных арматур автоматическими предохранительными и дистанционно управляемыми устройствами.

Фонтанная елка - часть фонтанной арматуры, устанавливаемая на трубную обвязку, предназначена для контроля и регулирования потока скважинной среды в скважинном трубопроводе и направления его в промысловый трубопровод. Типовые схемы фонтанных елок приведены на рис. 5.

При оборудовании скважины двумя концентрическими колоннами НКТ (двухрядная конструкция подъемника) трубы большего диаметра подвешиваются на резьбовом соединении нижнего тройника (крестовина), который устанавливается на крестовину, герметизирующую затрубное пространство.

Трубы меньшего диаметра подвешиваются на резьбе переводника (стволовой катушки), размещаемом над тройником (крестовиком) (рис. 4, б).

Рис. 5. Типовые схемы фонтанных елок:

тройниковые - схемы 1,2,3 и 4; крестовые - схемы 5 и 6 (1 - переводник к трубной головке; 2 _ тройник; 3 - запорное устройство; 4 - манометр с запорно-разрядным устройством; 5 _ дроссель; 6 - ответный фланец 7 - крестовина)

Типовые схемы фонтанных елок (рис. 5) включают либо один (схемы 2 и 1), либо два (схемы 3 и 4) тройника (одно или двухъярусная арматура), либо крестовину (крестовая арматура - схемы 5 и 6).

Двухструнная (двухъярусная тройниковая и крестовая) конструкция елки целесообразна в том случае, если нежелательны остановки скважины, причем рабочей является верхняя или любая боковая струна, а первое от ствола запорное устройство - запасным. Сверху елка заканчивается колпаком (буфером) с трехфазовым краном и манометром. Для спуска в работающую скважину приборов и устройств вместо буфера ставится лубрикатор.

Типовые схемы фонтанной арматуры приведены на рис. 6. Монтаж-демонтаж фонтанной арматуры на устье скважины производится автомобильными кранами или другими подъемными механизмами.

Рис. 6. Типовые схемы фонтанной арматуры:

1 - фонтанная елка; 2 - трубная обвязка

Запорные устройства фонтанной арматуры изготовляются трех типов: пробковые краны со смазкой, прямоточные задвижки со смазкой типа 5М и ЗМС с однопластинчатым и ЗМАД - с двухпластинчатым шибером. Задвижки типов ЗМС и ЗМАД имеют модификации с ручным пневмоприводом.

Пробковый кран со смазкой типа КППС - 65х14 (рис. 7) состоит из корпуса, конической пробки, крышки, через которую проходит регулировочный винт, позволяющий регулировать рабочий зазор между уплотни тельными поверхностями корпуса и пробки. Уплотнение регулировочного винта осуществляется манжетами, поджатие которых производится грундбуксой. Краны наполняются смазкой «Арматол-238» через 150180 циклов работы.

Рис. 7. Пробковый кран типа КППС-65-14

1 - корпус; 2 - рукоятка; 3 - толкатель; 4 и 11 - грунд буксы; 5 - шпиндель; 6 втулка; 7 кулачковая муфта; 8 коническая пробка; 9 - крышка; 10 манжеты; 12 - регулировочный винт

Типоразмеры и параметры кранов КШ1С-65х14 приведены ниже.

Технические характеристики

Условный проход, мм 65

Рабочее давление, МПа 14

Габаритные размеры, мм:

длина 350

ширина 205

высота 420

Масса в собранном виде, кг 53

Задвижки типов ЗМС и ЗМС1 показаны на рис. 8.

Рис. 8. Задвижка типов ЗМС и ЗМС1 с ручным приводом:

1 - крышка; 2 - разрядная пробка; 3 - крышка подшипников; 4 - регулирующая гайка; 5 шпиндель; 6 - верхний кожух; 7 маховики; 8 упорный шарикоподшипник; 9 - ходовая гафка; 10 - узел сальника; 11 - прокладка; 12 шибер; 13 корпус; 14 - выходное седло; 15 - шток; 16 нагнетательный клапан; 17 нижний кожух; 18 входное седло; 19 тарельчатая пружина

В процессе эксплуатации арматуры с прямоточными задвижками периодически смазывают подшипники шпинделя жировым солидолом, а в корпус задвижки через штуцер в днище набивают уплотни тельную смазку ЛЗ-162 или «Арматол-238».

На выкидных линиях, после запорных устройств для регулирования режима работы скважины ставят регулирующие устройства (штуцеры), обеспечивающие дрессирование потока вследствие изменения площади проходного сечения. Они подразделяются на нерегулируемые и регулируемые.

Нерегулируемый штуцер зачастую представляет собой диафрагму или короткую втулку (насадку) с малым отверстием. Диаметр отверстия штуцера может составлять 525 мм.

Пример нерегулируемого штуцера (дросселя) представлен на рис. 9.

Рис. 9. Нерегулируемый дроссель:

1 - корпус; 2 - корпус насадки; 3 - пробка

Регулирование режима эксплуатации осуществляется заменой корпуса с насадкой на другой диаметр.

Рис. 10. Регулируемый дроссель ДР-65?35

Более удобны регулируемые дроссели (рис. 10), предназначенные для ступенчатого и бесступенчатого регулирования режима работы скважины. Площадь сечения выходного отверстия изменяют вращением маховика вручную. Ступенчатое регулирование осуществляется с помощью устанавливаемых в гильзу насадок разного диаметра. Устьевое (до штуцера) и затрубное давления измеряют с помощью манометров. На фланцах боковых отводов трубной головки и фонтанной елки предусматриваются отверстия для подачи ингибиторов коррозии и гидратообразования в затрубное пространство и ствол елки, а также под карман для термометра.

Манифольд предназначен для обвязки фонтанной арматуры с выкидной линией (шлейфом), подающей продукцию на групповую замерную установку. Манифольд монтируют в зависимости от местных условий и технологии эксплуатации. В общем случае они обеспечивают обвязку двух струн со шлейфом струн с затрубным пространством, струн и затрубного пространства с факелом или амбаром и т.д.

Комплекс устьевого фонтанного оборудования представлен на рис. 11.

Рис. 11. Комплекс устьевого фонтанного оборудования:

1 - оборудование обвязки обсадных колонн; 2 - фонтанная арматура; 3 - манифольд; 4 станция управления арматурой

2.2 Подземное оборудование фонтанных скважин

К подземному оборудованию относятся насосно-компрессорные трубы. Для предупреждения открытых фонтанов применяются комплексы типа КУСА и КУСА_Э при эксплуатаций фонтанных скважин. Они могут обслуживать от одной до восьми скважины в случае разгерметизации устья, при отклонении от заданных параметров (давления, дебита) работы скважин и при возникновении пожара.

Основные элементы комплексов - пакер, скважинный клапан - отсекатель, устанавливаемый внутрь НКТ на глубине до 200 м и наземная станция управления. Управление клапаном - отсекателем может быть пневматическим (тип КУСА) или электрогидравлическим (типа КУСА-Э).

Запорным органом служит хлопушка или шар.

Клапан-отсекатель (также и задвижка арматуры) может быть закрыт со станции управления принудительным путем или дистанционно с пульта диспетчера, связанного со станцией управления посредством промысловой телемеханики.

Имеются еще автоматические клапаны-отсекатели, срабатывающие при увеличении дебита скважины выше заданного. Они устанавливаются на НКТ. Автоматизация фонтанной скважины предусматривает и автоматическое перекрытие выкидной линии разгруженным отсекателем манифольдным типа РОМ-1. Отсекатель срабатывает автоматически при повышении давления в трубопроводе на 0,45 МПа (образование парафиновой пробки) и при понижении давления до 0,15 МПа (порыв трубопровода).



3. штанговые насосные установки (ШСНУ)

Прекращение или отсутствие фонтанирования обусловило использование других способов подъема нефти на поверхность, например, 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).

ШСНУ включает:

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.



Рис. 12. Схема штанговой насосной установки

Штанговая глубинная насосная установка (рис. 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 устьевой арматуры, 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.

3.1 Станки-качалки

Станок-качалка (рис. 13), является индивидуальным приводом скважинного насоса.

Рис. 13. Станок-качалка типа СКД:

1 - подвеска устьевого штока; 2 балансир с опорой; 3 стойка; 4 шатун; 5 кривошип; 6 редуктор; 7 ведомый шкив; 8 ремень; 9 электродвигатель; 10 - ведущий шкив; 11 ограждение; 12 - поворотная плита; 13 - рама; 14 - противовес; 15 - траверса; 16 - тормоз; 17 канатная подвеска

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 17 (рис. 13). 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-7 на рис. 12) регулируют путем изменения места сочленения кривошипа шатуном относительно оси вращения (перестановка пальца кривошипа в другое отверстие). 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. Тогда уравновешивание называют соответственно балансирным, кривошипным (роторным) или комбинированным.

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.

Долгое время нашей промышленностью выпускались станки-качалки типоразмеров СК. В настоящее время по ОСТ 26-16-08-87 выпускаются шесть типоразмеров станков-качалок типа СКД табл. 4.

Таблица 4

Станок_качалка	Число ходов балансира в мин.	Масса, кг	Редуктор
СКД3-1,5-710	515	3270	Ц2НШ-315
СКД4-2,1-1400	515	6230	Ц2НШ-355
СКД6-2,5-2800	514	7620	Ц2НШ-450
СКД8-3,0-4000	514	11600	НШ-700Б
СКД10-3,5-5600	512	12170	Ц2НШ-560
СКД12-3,0-5600	512	12065	Ц2НШ-560

В шифре, например, СКД8-3,0-4000, указано Д - дезаксиальный; 8 _ наибольшая допускаемая нагрузка Рmax на головку балансира в точке подвеса штанг, умноженная на 10 кН; 3,0 - наибольшая длина хода устьевого штока, м; 4000 - наибольший допускаемый крутящий момент Мкр, max на ведомом валу редуктора, умноженный на 10-2 кН*м.

АО «Мотовилихинские заводы» выпускает привод штангового насоса гидрофицированный ЛП-114.00.000, разработанный совместно со специалистами ПО «Сургутнефтегаз».

Моноблочная конструкция небольшой массы делает возможным его быструю доставку (даже вертолетом) и установку без фундамента (непосредственно на верхнем фланце трубной головки) в самых труднодоступных регионах, позволяет осуществить быстрый демонтаж и проведение ремонта скважинного оборудования.

Фактически бесступенчатое регулирование длины хода и числа двойных ходов в широком интервале позволяет выбрать наиболее удобный режим работы и существенно увеличивает срок службы подземного оборудования.

Техническая характеристика

Нагрузка на шток. кН (тс) 60 (6)

Длина хода, м 1,22,5

Число двойных ходов в минуту 17

Мощность, кВт 18,5

Масса привода, кг 1800

Станки-качалки для временной добычи могут быть передвижными на пневматическом (или гусеничном) ходу. Пример - передвижной станок-качалка «РОУДРАНЕР» фирмы «ЛАФКИН».

3.2 Устьевое оборудование

Устьевое оборудование предназначено для герметизации затрубного пространства, внутренней полости НКТ, отвода продукции скважины, подвешивания колонны НКТ, а также для проведения технологических операций, ремонтных и исследовательских работ в скважинах.

В оборудовании устья колонна насосно-компрессорных труб в зависимости от ее конструкции подвешивается в патрубке планшайбы или на корпусной трубной подвеске.

Для уплотнения устьевого штока применяется устьевой сальник типа СУС1 или СУС2 (рис. 14).



Рис. 14. Устьевой сальник типа СУС1:

1 - нипель; 2 - накидная гайка; 3 - втулка; 4 - шаровая крышка; 5 _ крышка головки; 6 - верхняя втулка; 7 - нажимное кольцо; 8,10 _ манжеты; 9 - шаровая головка; 11 _ опорное кольцо; 12 - нижняя втулка; 13 - кольцо; 14 - гайка; 15 - тройннк; 16 - болт откидной; 17 _ палец

Арматура устьевая типа АУШ-65/50х14 состоит из устьевого патрубка с отборником проб, угловых вентилей, клапана перепускного, устьевого сальника и трубной подвески (рис. 15).



Рис. 15. Устьевая арматура типа АУШ:

1 - отверстие для проведения исследовательских работ; 2 - сальникове устройство; 3 - трубная подвеска; 4 устьевой патрубок; 5, 8 и 9 - угловые вентили; 6 - отборник проб; 7 быстросборная муфта; 10 перепускной патрубок; 11 уплотнительное кольцо

Трубная подвеска, имеющая два уплотни тельных кольца, является основным несущим звеном насосно-компрессорных труб с глубинным насосом на нижнем конце и сальниковым устройством наверху. Корпус трубной головки имеет отверстие для выполнения исследовательских работ.

Проекция скважины поступает через боковое отверстие трубной подвески, а сброс давления из затрубного пространства производится через встроенный в корпус трубной подвески перепускной клапан.

Техническая характеристика АУШ 65/50 Х 14

Рабочее давление, МПа:

в устьевом сальнике СУС при работающем

станке-качалке 4

при остановленном станке-качалке 14

Условный проход, мм:

ствола 65

обвязки 50

Подвеска насосно-компрессорных труб конусная

Диаметр подвески труб, мм 73

Присоединительная резьба Резьба НКТ

(ГОСТ 632--80)

Диаметр устьевого патрубка, мм 146

Габариты, мм 3452х770х1220

Масса, кг 160

3.3 Штанги насосные (ШН)

ШН предназначены для передачи возвратно-поступательного движения плунжеру насоса (рис. 16). Изготавливаются основном из легированных сталей круглого сечения диаметром 16, 19, 22, 25 мм, длиной 8000 мм и укороченные - 1000-1200, 1500, 2000 и 3000 мм как для нормальных, так и для коррозионных условий эксплуатации.

Рис. 16. Насосная штанга

Шифр штанг - ШН-22 обозначает: штанга насосная диаметром 22 мм. Марка сталей - сталь 40, 20Н2М, 30ХМА, 15НЗМА и 15Х2НМФ с пределом текучести от 320 до 630 МПа.

Насосные штанги применяются в виде колонн, составленных из от-дельных штанг, соединенных посредством муфт.

Муфты штанговые выпускаются: соединительные типа МШ (рис. 17) - для соединения штанг одинакового размера и переводные типа МШП - для соединения штанг разного диаметра.

Рис. 17. Соединительная муфта:

а - исполнение 1; б - исполнение II

Для соединения штанг применяются муфты - МШ16, МШ19, МШ22, МШ25; цифра означает диаметр соединяемой штанги по телу (мм).

АО «Очерский машиностроительный завод» изготавливает штанги насосные из одноосноориентированного стеклопластика с пределом прочности не менее 80 кгс/мм2. Концы (ниппели) штанг изготавливаются из сталей. Диаметры штанг 19, 22, 25 мм, длина 800011000 мм.

Преимущества: снижение веса штанг в 3 раза, снижение энергопотребления на 1820%, повышение коррозионной стойкости при повышенном содержании сероводорода и др. Применяются непрерывные штанги «Кород».



3.4 Штанговые скважинные насосы ШСН

ШСН предназначены для откачивания из нефтяных скважин жидкости обводненностью до 99%, температурой не более 130С, содержанием сероводорода не более 50 мг/л, минерализацией воды не более 10 г/л.

Скважинные насосы имеют вертикальную конструкцию одинарного действия с неподвижным цилиндром, подвижным металлическим плунжером и шариковыми клапанами. Насосы спускают в скважину на штангах и насосно-компрессорных трубах. Различают следующие типы скважинных насосов (рис. 18):

Рис. 18. Типы скважинных штанговых насосов

НВ1 - вставные с заулком наверху;

НВ2 - вставные с замком внизу;

НН - невставные без ловителя;

НН1 - невставные с захватным штоком;

НН2 - невставные с ловителем.

Выпускают насосы следующих конструктивных исполнений:

а) по цилиндру:

Б - с толстостенным цельным (безвтулочным) цилиндром;

С - с составным (втулочным) цилиндром.

б) специальные:

Т - с полным (трубчатым) штоком для подъема жидкости по каналу колонны трубчатых штанг;

А - со сцепляющим устройством (только для насосов типа НН), обеспечивающим сцепление колонны насосных штанг с плунжером насоса;

Д1 - одноступенчатые, двухплунжерные для создания гидравлического тяжелого низа;

Д2 - двухступенчатые, двухплунжерные, обеспечивающие двухступенчатое сжатие откачиваемой жидкости;

У - с разгруженным цилиндром (только для насосов типа НН2), обеспечивающим снятие с цилиндра технической нагрузки при работе.

Насосы всех исполнений, кроме Д1 и Д2, одноступенчатые, одноплунжерные:

в) по стойкости к среде:

без обозначения - стойкие к среде с содержанием механических примесей до 1,3 г/л - нормальные;

И - стойкие к среде с содержанием механических примесей более 1,3 г/л - абразивостойкие.

Скважинные штанговые насосы являются гидравлической машиной объемного типа, где уплотнение между плунжером и цилиндром достигается за счет высокой точности их рабочих поверхностей и регламентируемых зазоров. При этом в зависимости от размера зазора (на диаметр) в паре «цилиндр-плунжер» выпускают насосы четырех групп (табл. 5).



Таблица 5

Группа посадки	Размер зазора между цилиндром и плунжером насоса при исполнении цилиндра, мм
	Б	С
0	0,045	0,045
1	0,010,07	0,020,07
2	0,060,12	0,070,12
3	0,110,17	0,120,17

В условном обозначении насоса, например, НН2БА-44-18-15-2, первые две буквы и цифра указывают тип насоса, следующие буквы - исполнение цилиндра и насоса, первые две цифры - диаметр насоса (мм), последующие длину хода плунжера (мм) и напор (м), уменьшенные в 100 раз и последняя цифра - группу посадки.

Цилиндры насосов изготовляют двух исполнений: ЦБ и ЦС.

ЦБ - цельный безвтулочный толстостенный;

ЦС - составной из набора втулок, стянутых внутри кожуха переводниками.

Исходя из назначения и области применения скважинных насосов, выпускают плунжеры и пары «седло-шарик» клапанов различных поверхностей.

Плунжеры насосов изготавливают четырех исполнений:

ПХ1 - с кольцевыми канавками, цилиндрической расточкой на верхнем конце и с хромовым покрытием наружной поверхности;

ПХ2 - то же, без цилиндрической расточки на верхнем конце;

П111 - с кольцевыми канавками, цилиндрической расточкой на верхнем конце и упрочнением наружной поверхности напылением износостойкого порошка;

П211 - то же, без цилиндрической расточки на верхнем конце.

Пары «седло-шарик» клапанов насосов изготавливают в трех исполнениях:

К - с цилиндрическим седлом и шариком из нержавеющей стали;

КБ - то же, с седлом и буртиком;

КИ - с цилиндрическим седлом из твердого сплава и шариком из нержавеющей стали.

Скважинные насосы нормального исполнения по стойкости к среде, применяемые преимущественно для подъема жидкости с незначительным содержанием (до 1,3 г/л) механических примесей, комплектуют плунжерами исполнения ПХ1 или ПХ2 с парами «седло-шарик» исполнения К или КБ. Скважинные насосы абразивостойкого исполнения И, применяемые преимущественно для подъема жидкости, содержащей более 1,3 г/л механических примесей, комплектуют плунжерами исполнения П1И или П2И и парами «седло-шарик» исполнения КИ.

Конструктивно все скважинные насосы состоят из цилиндра, плунжера, клапанов, замка (для вставных насосов), присоединительных и установочных деталей, максимально унифицированных.

Скважинные насосы типа НВ1 выпускают шести исполнений:

НВ1С - вставной с замком наверху, составным втулочным цилиндром исполнения ЦС, нормального исполнения по стойкости к среде;

НВ1Б - вставной с замком наверху, цельным (безвтулочным) цилиндром исполнения ЦБ, нормального исполнения по стойкости к среде;

НВ1Б...И - то же абразиовостойкого исполнения по стойкости к среде;

НВ1БТ...И - то же, с полым штоком, абразивостойкого исполнения по стойкости к среде;

НВ1БД1 - вставной с замком наверху, цельным цилиндром исполнения ЦБ, одноступенчатый, двухплунжерный, нормального исполнения по стойкости к среде;

НВ1БД2 - вставной с замком наверху, цельным цилиндром исполнения ЦБ, двухступенчатый, двухплунжерный, нормального исполнения по стойкости к среде.

Скважинные насосы всех исполнений, кроме исполнения НВ1БД1 и НВ1БД2, одноплунжерные, одноступенчатые.

Скважинные насосы типа НВ2 изготовляют одного исполнения: НВ2Б - вставной с замком внизу, цельным цилиндром исполнения ЦБ, одноплунжерный, одноступенчатый, нормального исполнения по стойкости к среде. (рис. 19).

Рис. 19. Скважинный штанговый насос исполнения НВ2Б

1 - защитный клапан; 2 - упор; 3 - шток; 4 - контргайка; 5 - цилиндр; 6 _ клетка плунжера; 7 - плунжер; 8 - нагнетательный клапан; 9 - всасывающий клапан; 10 - упорный ниппель с конусом

Скважинные насосы типа НН выпускают двух исполнений:

ННБА - невставной без ловителя, с цельным цилиндром исполнения ЦБ, сцепляющим устройством, одноступенчатый, одноплунжерный, нормального исполнения по стойкости к среде;

ННБД1 - невставной без ловителя, с цельным цилиндром исполнения ЦБ, одноступенчатый, двухплунжерный, нормального исполнения по стойкости к среде.

Скважинные насосы типа НН1 изготовляют одного исполнения:

НП1С - невставной с захватным штоком, составным цилиндром исполнения ЦС, нормального исполнения по стойкости к среде.

Скважинные насосы типа НН2 выпускают пяти исполнений:

НН2С - невставной с ловителем, составным цилиндром исполнения ЦС, нормального исполнения по стойкости к среде;

НН2Б - невставной с ловителем, цельным цилиндром исполнения ЦБ, нормального исполнения по стойкости к среде (рис. 20);

НН2Б...И - то же, абразивостойкого исполнения по стойкости к среде;

НН2БТ...И - то же, с полым штоком, абразивостойкого исполнения по стойкости к среде;

НН2БУ - невставной с ловителем, разгруженным цельным цилиндром исполнения ЦБ, нормального исполнения по стойкости к среде.

Рис. 20. Скважинный штанговый насос исполнения НН2Б и НН2Б…И:

1 - цилиндр; 2 - шток; 3 - клетка плунжера; 4 - плунжер; 5 - нагнетательный клапан; 6 - шток ловителя; 7 - всасывающий клапан; 8 - седло конуса

Все насосы типа НН2 - одноплунжерные, одноступенчатые.

Замковая опора типа ОМ предназначена для закрепления цилиндра скважинных насосов исполнений НВ1 и НВ2 в колонне насосно-компрессорных труб. Высокая точность изготовления поверхностей деталей опоры обеспечивает надежную герметичную фиксацию цилиндра насоса в насосно-компрессорных трубах на заданной глубине скважины и одновременно предотвращает искривление насоса в скважине.

Замковая опора ОМ (рис. 21) состоит из опорного кольца 2, пружинного якоря 3, опорной муфты 4, кожуха 5 и переводников 1 и 6.

Переводник имеет на верхнем конце гладкую коническую резьбу, при помощи которой опора соединяется с колонной насосно-компрессорных труб. Кольцо изготавливают из нержавеющей стали. Конической внутренней (15о) фаской оно сопрягается с ответной конической поверхностью конуса замка насоса и обеспечивает герметичную посадку насоса.

Якорь предотвращает срыв насоса с опоры от усилий трения движущегося вверх плунжера в период запуска в работу подземного оборудования. Максимальное усилие срыва замка 33,5 кН.

Рис. 21. Замковая опора

Варианты крепления насосов приведены на рис. 22.



Рис. 22. Крепление вставных насосов

Рис. 23. Область применения ШСН Сураханского машиностроительного завода

Применение насосов НН предпочтительно в скважинах с большим дебитом, небольшой глубиной спуска и большим межремонтным периодом, а насосы типов НВ в скважинах с небольшим дебитом, при больших глубинах спуска (рис. 22). Чем больше вязкость жидкости, тем принимается выше группа посадки. Для откачки жидкости с высокой температурой или повышенным содержанием песка и парафина рекомендуется использовать насосы третьей группы посадки. При большой глубине спуска рекомендуется применять насосы с меньшим зазором.

Насос выбирают с учетом состава откачиваемой жидкости (наличия песка, газа и воды), ее свойств, дебита и глубины его спуска, а диаметр НКТ - в зависимости от типа и условного размера насоса.

3.5 Производительность насоса

Теоретическая производительность ШСН равна

, м3/сут.,

где 1440 - число минут в сутках;

D - диаметр плунжера наружный;

L - длина хода плунжера;

n - число двойных качаний в минуту.

Фактическая подача Q всегда < Qt.

Отношение , называется коэффициентом подачи, тогда Q = Qt n, где n изменяется от 0 до 1.

В скважинах, в которых проявляется так называемый фонтанный эффект, т.е. в частично фонтанирующих через насос скважинах может быть n >1. Работа насоса считается нормальной, если n =0,60,8.

Коэффициент подачи зависит от ряда факторов, которые учитываются коэффициентами

n=gуснуm,

где коэффициенты:

g - деформации штанг и труб;

ус - усадки жидкости;

н - степени наполнения насоса жидкостью;

уm - утечки жидкости.

где g =Sпл/S , Sпл - длина хода плунжера (определяется из условий учета упругих деформаций штанг и труб); S - длина хода устьевого штока (задается при проектировании).

Sпл=S - S, S=Sш+Sт,

где S - деформация общая; S - деформация штанг; Sт - деформация труб.

ус =1/b

где b - объемный коэффициент жидкости, равный отношению объемов (расходов) жидкости при условиях всасывания и поверхностных условиях.

Насос наполняется жидкостью и свободным газом. Влияние газа на наполнение и подачу насоса учитывают коэффициентом наполнения цилиндра насоса

где - газовое число (отношение расхода свободного газа к расходу жидкости при условиях всасывания).

Коэффициент, характеризующий долго пространства, т.е. объема цилиндра под плунжером при его крайнем нижнем положении от объема цилиндра, описываемого плунжером. Увеличив длину хода плунжера, можно увеличить н.

Коэффициент утечек

где gyт - расход утечек жидкости (в плунжерной паре, клапанах, муфтах НКТ); yт - величина переменная (в отличие других факторов), возрастающая с течением времени, что приводит к изменению коэффициента подачи.

Оптимальный коэффициент подачи определяется из условия минимальной себестоимости добычи и ремонта скважин.

Уменьшение текущего коэффициента подачи насоса во времени можно описать уравнением параболы

, (3.1.)

где n - начальный коэффициент подачи нового (отремонтированного) насоса; T - полный период работы насоса до прекращения подачи (если причина - износ плунжерной пары, то Т означает полный, возможный срок службы насоса); m - показатель степени параболы, обычно равный двум; t - фактическое время работы насоса после очередного ремонта насоса.

Исходя из критерия минимальной себестоимости добываемой нефти с учетом затрат на скважино-сутки эксплуатации скважины и стоимости ремонта, А. Н. Адонин определил оптимальную продолжительность межремонтного периода



, (3.2.)

где tp - продолжительность ремонта скважины; Bp _ стоимость предупредительного ремонта; Bэ - затраты на скважино-сутки эксплуатации скважины, исключая Bp.

Подставив tмопт вместо t в формулу (3.1.), определим оптимальный конечный коэффициент подачи перед предупредительным подземным ремонтом nопт.

Если текущий коэффициент подачи nопт станет равным оптимальному nопт (с точки зрения ремонта и снижения себестоимости добычи), то необходимо остановить скважину и приступить к ремонту (замене) насоса.

Средний коэффициент подачи за межремонтный период составит

.

Анализ показывает, что при Bp/(BэT)<0,12 допустимая степень уменьшения подачи за межремонтный период составляет 1520%, а при очень больших значениях Bp/(BэT) она приближается к 50%.

Увеличение экономической эффективности эксплуатации ШСН можно достичь повышением качества ремонта насосов, сокращением затрат на текущую эксплуатацию скважины и ремонт, а также своевременным установлением момента ремонта скважины.



3.6 Правила безопасности при эксплуатации скважин штанговыми насосами

Устье скважины должно быть оборудовано арматурой и устройством для герметизации штока.

Обвязка устья периодически фонтанирующей скважины должна позволять выпуск газа из затрубного пространства в выкидную линию через обратный клапан и смену набивки сальника штока при наличии давления в скважине.

До начала ремонтных работ или перед осмотром оборудования периодически работающей скважины с автоматическим, дистанционным или ручным пуском электродвигатель должен отключаться, а на пусковом устройстве вывешивается плакат: «Не включать, работают люди».

На скважинах с автоматическим и дистанционным управлением станков-качалок вблизи пускового устройства на видном месте должны быть укреплены плакаты с надписью «Внимание! Пуск автоматический». Такая надпись должна быть и на пусковом устройстве.

Система замера дебита скважин, пуска, остановки и нагрузок на полированный шток (головку балансира) должны иметь выход на диспетчерский пункт.

...