Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

станок качалка насосный штанговый

Наиболее общая задача проектирования эксплуатации скважин штанговыми насосными установками (ШСНУ) формулируется следующим образом: выбрать компоновку основного насосного оборудования и режим его работы для конкретной скважины (или группы скважин) таким образом, чтобы обеспечивался заданный плановый отбор жидкости при оптимальных технологических и технико-экономических показателях эксплуатации.

Такая задача решается при проектировании системы разработки и эксплуатации нового нефтяного месторождения или при переводе скважин на насосную эксплуатацию с других способов.

При оптимизации работы уже эксплуатируемых установок решаются более узкие задачи, связанные с подбором только некоторых узлов установки и режимных параметров. В качестве критерия оптимальности при сопоставлении возможных вариантов компоновки оборудования может быть использован минимум условных приведенных затрат на подъем нефти из скважины в части, зависящей от типоразмера и режима работы ШСНУ.



1. Оборудование скважин, эксплуатируемых ШСН

Это один из самых распространённых способов эксплуатации скважин: порядка 40% нефтяных скважин Российской Федерации эксплуатируются штанговыми скважинными насосами (рисунок 1.1). Современные установки штанговых скважинных насосов (ШСН) позволяют эксплуатировать скважины глубиной до 3500 м.

Диапазон изменения дебита - от нескольких сотен килограмм до нескольких сотен тонн жидкости в сутки, средний дебит по нефти достигает 3,9 т/сут.

ШСН предназначены для откачивания из нефтяных скважин жидкости:

- обводнённостью до 99%;

- температурой не более 130°С;

- содержанием сероводорода не более 50 г./л;

- минерализацией воды не более 10 г./л;

- содержанием мехпримесей до 1,3 г/л и более.

Рисунок 1.1. Оборудование скважины



В технической литературе, учебных изданиях и научных публикациях штанговые скважинные насосы (ШСН) ещё называют штанговыми глубинными насосами (ШГН). В данных методических указаниях насосы будем обозначать ШСН.

Рисунок 1.2. Схема установки ШСН

Поверхностное и скважинное оборудование скважины, которая эксплуатируется штанговым скважинным насосом, называется установкой штангового скважинного насоса (УШСН) (рисунок 1.2).

Поверхностное и скважинное (погружное) оборудование при этом способе эксплуатации (скважина вскрыла один пласт) состоит из следующих основных элементов:

• станка-качалки;

• подвески устьевого штока;

• устьевого сальника;

• колонн насосных штанг (КНШ) и насосно-компрессорных труб (НКТ);

• собственно штангового скважинного насоса.

Ниже более подробно рассматривается данное оборудование, его назначение, составные части и их соединение.



2 Поверхностное оборудование УШСН

В состав поверхностного оборудования установки штангового скважинного насоса входит (рисунок 2.1):

• станок-качалка;

• подвеска устьевого штока;

• устьевое оборудование устья.

Рисунок 2.1. Поверхностное оборудование скважины

2.1 Станок-качалка

Станок-качалка (СК) - балансирный индивидуальный механический привод ШСН. Станки-качалки обычно имеют балансир. В данных указаниях рассматриваются только балансирные станки-качалки.

СК применяется в умеренном и холодном макроклиматических районах. Основными узлами станка-качалки являются рама, стойка (обычно в виде усечённой четырёхгранной пирамиды), балансир с поворотной головкой, шарнир - но подвешенная к балансиру траверса с двумя шатунами, двумя кривошипами. Для изменения числа качаний станок-качалка комплектуется набором сменных шкивов.

Станки-качалки выпускаются в двух исполнениях:

• СК (семь типоразмеров) - станки-качалки аксиальные;

• СКД (шесть типоразмеров) - станки-качалки дезаксиальные.

На территории Российской Федерации применяются аксиальные станки качалки. Данные станки-качалки иногда называют симметричными, т.к. время движения головки балансира (полированного штока) вверх и вниз одинаковое (рисунок 2.2), т.е. время движения полированного штока вверх равно времени движения полированного штока вниз. В ограниченном количестве выпускаются безбалансирные станки-качалки, но они получили широкое применение в западных странах.

Рисунок 2.2. Схема станка-качалки аксиального типа

Отличительной особенностью станков-качалок типа СКД (рисунок 2.3) является следующее: кинематическая схема преобразующего механизма несимметричная (дезаксиальная) с углом дезаксиала 9 градусов и повышенным кинематическим отношением 0,6; меньшие габариты и масса; редуктор установлен непосредственно на раме станка-качалки.

Амплитуду движения головки балансира (длина хода полированного штока) регулируют путём изменения места сочленения кривошипа с шатуном относительно оси вращения (перестановка пальца кривошипа в другое место).

Частоту движения головки балансира (число качаний) изменяют.



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. Рисунок 2.3 - Станок-качалка типа СКД

Редукторы

Редукторы предназначены для уменьшения частоты вращения кривошипов. Редукторы типа Ц2НШ (рисунок 2.4) двухступенчатые, с цилиндрической шевронной зубчатой передачей зацепления Новикова. На концах ведущего вала насажены ведомый шкив клиноременной передачи и шкив тормоза. Клиноре - менная передача представляет собой открытую передачу с несколькими ремнями. Рабочими поверхностями ремня являются его боковые стороны (рисунок 2.5, а) [6]. На рисунке 2.5, б показан ремень клиновой узкого сечения кордшну - ровый, предназначенный для передачи вращательного движения [13]. Высококачественная резина и синтетический корд обеспечивают долговечную работу ремня. Ремни имеют низкую степень растяжения, работают при повышенных температурах.

1 - ведущий вал: 2 - крышка подшипника; 3 - промежуточный вал; 4 - ведомый вал; 5 - стакан подшипника

Рисунок 2.4. Редуктор типа Ц2НШ

а б

Рисунок 2.5. Клиноременная передача и ремень клиновой

На оба конца ведомого вала редуктора нанизываются кривошипы с противовесом. На кривошипе предусмотрены отверстия для изменения длины хода устьевого штока (рисунок 2.6).



Рисунок 2.6. Станок-качалка

2.2 Подвески сальникового устьевого штока

Головка балансира станка-качалки двигается вертикально вверх и вниз. Ограничение положения самой верхней и нижней точки положения головки балансира накладывает длина хода головки балансира. Длина хода головка балансира регулируется, о чём будет написано ниже.

Через шкив (ролик) на головке балансира станка-качалки (рисунок 2.7) перекидывается стальной канат, которой крепится в зажимах нижней траверсы подвески сальникового устьевого штока (канатная подвеска).

Рисунок 2.7. Станок качалка

Подвески сальникового устьевого штока (подвеска устьевого штока, канатная подвеска) предназначены для соединения устьевого штока с приводом ШСН. Позволяют исследовать скважины с помощью гидравлического динамографа, а также регулировать установку плунжера в цилиндре насоса (рисунок 2.8).

1 - канат; 2 - полированный шток; 3 - верхняя траверса; 4 - нижняя траверса

Рисунок 2.8. Подвеска сальникового устьевого штока типа ПСШ

Подвески типа ПСШ выпускаются трёх типоразмеров

Поверхностное оборудование УШСН При эксплуатации искривлённых скважин используется канатная подвеска со штанговращателем. Штанговращатель предназначен для периодического поворота штанг в штангонасосной арматуре во время его работы. На рисунке 2.9 показан штанговращатель, который состоит из зубчатого круглого диска 2 и храпового механизма 3.

В настоящее время к данному оборудованию предъявляют дополнительные функции, такие как равномерный износ штанг в искривлённых скважинах и равномерный износ поршня насоса.



Рисунок 2.9. Канатная подвеска типа ПКН со штанговращателем

На рисунке 2.10 показан штанговращатель акционерной компании «Корвет» (г. Курган), который имеет следующие технические характеристики:

• максимально передаваемый крутящий момент 120 Нм;

• габаритные размеры 388x182x125 мм;

• масса 9 кг;

• количество ходов на 1 оборот штанги 60;

• вращение по часовой стрелке при ходе рукоятки вверх.

Рисунок 2.10. Штанговращатель



Данное оборудование имеет следующие основные преимущества:

- применение червячной передачи значительно увеличивает передаваемый крутящий момент;

- высокая безопасность работы обслуживающего персонала.

Штоки сальниковые устьевые

Шток сальниковый устьевой (полированный шток) подвешивается в клиновом захвате верхней траверсы подвески устьевого штока (см. рисунок 2.8). Штоки сальниковые устьевые предназначены для соединения колонны насосных штанг с канатной подвеской станка-качалки. Штоки типа ШСУ изготавливаются из круглой холоднотянутой калиброванной качественной углеродистой стали марки 40 (рисунок 2.11). Штоки представляют собой металлический стержень или, в ряде случаев, полую конструкцию. С одного конца штоки сальниковые имеют резьбу, с помощью муфты штоки соединяются с колонной насосных штанг. Наружная поверхность штока должна быть полированной.

Рисунок 2.11. Насосная штанга

Сальниковые штоки выпускают трёх типоразмеров. Техническая характеристика штоков приведена в таблице 2.1.

Таблица 2.1. Технические характеристики штоков

	ШСУ31-2600	ШСУ31-4600	ШСУ36-5600
Наибольшая нагрузка на шток, Н	65000	65000	100000
Габаритные размеры, мм: Диаметр	31	31	36
Длина	2600	4600	5600
Масса, кг	15	27	46



На рисунке 2.12 представлено современное оборудование сальниковых устьевых штоков [10].

Рисунок 2.12. Полированные штоки

2.3 Оборудование устья скважин

Устьевое оборудование скважины, которая эксплуатируется штанговой скважинной насосной установкой (УШСН), устанавливается на верхний фланец колонной обвязки.

Оборудование предназначено для:

- герметизации затрубного пространства;

- отвода продукции скважины;

- герметизации устья;

- подвешивания колонны НКТ.

К устьевому оборудованию предъявляются большие требования, т.к. давление на устье может достигать 4 МПа (высоковязкая жидкость). Самое широкое распространение получила обвязка, представленная на рисунке 2.13, которая состоит из:

- арматуры для подвести НКТ;

- тройника;

- устьевого сальника.

Арматура для подвески НКТ

Арматура для подвески НКТ собирается из планшайбы и муфты. На фланец колонной обвязки 1 (см. рисунок 2.13) навинчивается планшайба 2, которая имеет внутреннюю цилиндрическую резьбу и два отверстия (боковое горизонтальное для отвода газа из затрубного пространства, вертикальное - для присоединения СУДОСа - прибора для определения динамического уровня). На планшайбу вворачивается опорная муфта 4 с резьбой на обоих концах. На верхнюю резьбу накручивается тройник 5, на нижнюю - НКТ 3. В ряде случаев на нижнюю резьбу накручивается патрубок. Колонна НКТ обычно подвешивается эксцентрично относительно оси скважины. Это необходимо для спуска в скважину приборов через затрубное пространство.

Рисунок 2.13. Схема оборудования устья

Назначение оборудования:

- подвеска НКТ;

- герметизация затрубного пространства;

- проведение исследований.

Тройник

На верхнюю резьбу накручивается тройник. Тройник 5 (см. рисунок 2.13) служит для отвода продукции скважины.

Сальники устьевые

На тройник устанавливается сальник устьевой. Сальник устьевой предназначен для герметизации тройника и герметизации выхода полированного штока 7 (см. рисунок 2.13). Он состоит из корпуса и колец из нефтестойкой резины. Сальники бывают различных конструкций (см. рисунок 2.13 и рисунок 2.14).

Самоуплотняющийся сальник на рисунке 2.13 навинчивается на тройник. Внутри корпуса расположены сальниковые кольца из нефтестойкой резины, плотно охватывающие полированный шток 7.

Данная конструкция сальника позволяет поднимать на поверхность плунжер или вставной насос без разъединения выкидной линии и снятия тройника. Недостатком конструкции является то, что в процессе эксплуатации может произойти смещение центра устьевого штока и центра устьевого сальника.

Этот недостаток ликвидируется конструкцией устьевого сальника - СУС (сальник устьевой с самоустанавливающейся головкой). Отличительной особенностью сальника типа СУС является наличие пространственного шарового шарнира 1 (см. рисунок 2.14) между головкой сальника, имеющей внутри себя уплотнительную набивку, и тройником. Шарнирное соединение обеспечивает:

- самоустановку головки сальника при несоосности сальникового штока с осью ствола скважины;

- уменьшает односторонний износ набивки;

- увеличивает срок службы сальника.

Рисунок 2.14. Устьевой сальник типа СУС



Устьевые сальники изготавливаются двух типов: СУС1 - с одинарным уплотнением - для скважин с низким статическим уровнем и без газопропроявлений и СУС2 - с двойным уплотнением.

Техническая характеристика некоторых устьевых сальников приведена в таблице 2.5.

Таблица 2.5. Технические характеристики устьевых сальников

	СУС1А-73-31	СУС2А-73-31
Присоединительная резьба, мм	73	73
Диаметр устьевого штока, мм	31	31
Наибольшее давление (при неподвижном штоке
и затянутой сальниковой набивке), МПа	7	14
Габаритные размеры, мм	340x102x440	340x102x560
Масса, кг	19	22

2.4 Регулирование режима эксплуатации скважины

В процессе эксплуатации скважин необходимо изменять режим их эксплуатации. Данное мероприятие необходимо при проведении исследования скважин и для корректировки процесса эксплуатации скважин.

В процессе работы скважин, оборудованных штанговым скважинным насосом, режим эксплуатации меняют следующим образом:

1) изменением амплитуды движения (длина хода) головки балансира (изменение места сочленения кривошипа и шатуна);

2) изменением частоты движения (количество качаний) головки балансира (смена шкива на валу электродвигателя на другой диаметр);

3) одновременным изменением амплитуды и частоты движения головки балансира.



2.5 Уравновешивание станка-качалки

Противовесы нужны для уравновешивания работы станка-качалки. Противовесы располагаются или на заднем плече балансира, или на кривошипе, или на балансире и кривошипе одновременно (комбинированное уравновешивание).

Если нет противовесов, то электродвигатель должен развивать такую мощность, чтобы при ходе вверх «поднять» массу колонны штанг плюс массу столба жидкости в НКТ. А при ходе вниз двигатель вообще не нужен.

С противовесами двигатель работает в нагруженном состоянии и при ходе вверх, и при ходе вниз. Оценочно противовесы компенсируют массу колонны штанг и половину массы столба жидкости в НКТ. В результате потребная мощность электродвигателя снижается кратно.



Заключение

Наиболее распространен в мировой практике штанговый насосный способ добычи нефти, который охватывает более 2/3 общего действующего фонда. В России станки-качалки выпускаются по ГОСТ 5866-76, устьевые сальники - по ТУ 26-16-6-76, НКТ - по ГОСТ 633-80, штанги - по ГОСТ 13877-80, скважинный насос и замковые опоры - по ГОСТ 26-16-06-86.



Библиографический список

1. Бойко, В.С. Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений: учеб. для вузов / В.С. Бойко. - М.: Недра, 1990. - 427 с.

2. ГОСТ 13877-96. Штанги насосные и муфты штанговые. Технические условия [Электронный ресурс]. - Введ. 2011-01-01. - Режим доступа: [http://standartgost.ru/%D0% 93% D0% 9E % D0% A1% D0% A2% 2013877-96]

3. ГОСТ Р 51896-2002. Насосы скважинные штанговые. Общие технические требования [Электронный ресурс]. - Введ. 2011-10-11. - Режим доступа: [http://www.znaytovar.ru/gost/2/GOST_R_518962002_Nasosy_skvazh.html]

4. ГОСТ штанговые скважинные насосы [Электронный ресурс]. - Режим доступа: [http://www.gosthelp.ru/text/GOST1387796SHtanginasosny.html]

5. ГОСТ штанговые скважинные насосы [Электронный ресурс]. - Режим доступа: [http://www.znaytovar.ru/gost/2/GOST_R_518962002_Nasosy_skvazh.html]

6. Клиноременная передача [Электронный ресурс]. - Режим доступа: [http://www.google.ru/search? q=клиноременные+ремни&newwindow=1&rlz=1C2SKPL_enRU435&tbm=isch&tbo=u&source=univ&sa=X&ei=BwEZUpyXJISD4gSj-YDwDw&ved=0CEgQsAQ&biw=1600&bih=732#facrc=_&imgdii=aAHMMUL3da OSZM % 3A % 3B9bYdan4]

7. Миклина, О.А. Задания в тестовой форме для студентов направления 131000 - «Нефтегазовое дело»: учеб. пособие / О.А. Миклина. - Ухта: УГТУ, 2012. - 143 с.

8. Мордвинов, А.А. Оборудование газлифтных скважин: метод. указания / А.А. Мордвинов, О.А. Миклина. - Ухта: УГТУ, 2000. - 17 с.

9. Нефтепромысловое оборудование: справ. / под ред. Е.И. Бухаленко. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1990. - 559 с.

10. Полированный шток [Электронный ресурс]. - Режим доступа: [http://www.izhneftemash.ru/catalog/12.aspx]

11. Полированный шток [Электронный ресурс]. - Режим доступа: [http://www.ocher.ru/prod_neft.html]

12. Разработка и эксплуатация нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений: учеб. для студентов геологоразведочных инженерно - экономических и механических специальностей нефтяных вузов / Ш.К. Гиматудинов [и др.]. - М.: Недра, 1988. - 302 с.

13. Ремни резиновые [Электронный ресурс]. - Режим доступа: [http://www.lda74.ru/catalogue? category=442]

14. Сальниковый шток [Электронный ресурс]. - Режим доступа: [http://russian.alibaba.com/product-gs/api-spec-11b-polished-rod-for-oil-production-654571448.html]

15. Устьевой сальниковый шток [Электронный ресурс]. - Режим доступа: [http://www.ngpedia.ru/id607268p1.html]

16. Штанговые скважинные насосы [Электронный ресурс]. - Режим доступа: [http://glavteh.ru/files/InPraktika_1_2010_15_Anufriev.pdf]

Размещено на Allbest.ru

...