ЛИСТ ДЛЯ ЗАМЕЧАНИЙ
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение |
4 |
1 Штанговая скважинная насосная установка |
5 |
1.1 Комплектность штанговой насосной установки |
5 |
1.2 Принцип действия штанговой насосной установки |
7 |
1.3 Станки качалки |
8 |
1.4 Устьевое оборудование 1.5 Штанги насосные 1.6 Штанговые скважинные насосы (ШСН) 1.7 Монтаж станка качалки 1.8 Техническое обслуживание и ремонт станков качалок |
12 |
14 |
|
16 |
|
27 |
|
29 |
|
2 Расчетная часть |
33 |
2.1 Расчет показателей надежности по статистическим данным |
33 |
2.2 Определение среднего времени безотказной работы турбобура |
38 |
2.3 Расчет показателей безотказной работы турбобуров |
40 |
2.4 Общие принципы проверки статистических гипотез |
43 |
2.5 Построение графиков теоретической плотности распределения Вейбулла |
46 |
Заключение |
49 |
Список использованных источников |
50 |
Введение
Штанговые скважинные насосные установки (ШСНУ) предназначены для подъема пластовой жидкости из скважины на дневную поверхность.
Свыше 70% действующего фонда скважин оснащены глубинными скважинными насосами. С их помощью добывается в стране около 30% нефти.
В настоящее время ШНУ, как правило, применяют на скважинах с дебитом до 30...40 м3 жидкости в сутки, реже до 50 м3 при средних глубинах подвески 1000... 1500 м. В неглубоких скважинах установка обеспечивает подъем жидкости до 200 м3/сут. В отдельных случаях может применяться подвеска насоса на глубину до 3000 м. Содержание воды не более 99%, содержание сероводорода не более 50 мг/л.
Широкое распространение ШСНУ обусловливают следующие факторы:
- простота ее конструкции;
- простота обслуживания и ремонта в промысловых условиях;
- удобство регулировки;
- возможность обслуживания установки работниками низкой квалификации;
- малое влияние на работу ШГНУ физико-химических свойств откачиваемой жидкости;
- высокий КПД;
- возможность эксплуатации скважин малых диаметров.
1 ШТАНГОВАЯ СКВАЖИННАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА
1.1 Комплектность штанговой насосной установки
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 килограмм 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.
Штанговая глубинная насосная установка (рисунок 1) 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.
1 – хвостовик; 2 – скважинный насос; 3 – насосно-компрессорные трубы; 4 – насосные штанги; 5 – устьевая арматура; 6 – устьевой сальник; 7 - полированный шток; 8 – канатная подвеска; 9 – стойка; 10 – фундамент.
Рисунок 1 - Схема штанговой насосной установки.
1.2 Принцип действия штанговой насосной установки
При работе ШСНУ энергия от электродвигателя передается через редуктор к кривошипно-шатунному механизму, преобразующему вращательное движение ведомого вала редуктора через балансир в возвратно-поступательное движение колонны штанг. Связанный с колонной штанг плунжер также совершает возвратно-поступательное движение.
При движении плунжера вверх всасывающий клапан под давлением жидкости открывается, в результате чего жидкость поступает в цилиндр насоса. Нагнетательный клапан в это время закрыт, так как на него действует давление столба жидкости, заполнившей НКТ.
При движении плунжера вниз всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный клапан открывается и жидкость из цилиндра переходит через полый плунжер в над плунжерное пространство.
Таким образом, при ходе плунжера вверх одновременно происходят всасывание в цилиндр насоса и подъем ее в НКТ, а при ходе вниз – вытеснение жидкости из цилиндра в полость НКТ. При каждом последующем ходе плунжера в цилиндр поступает почти одно и то же количество жидкости, которая затем переходит в НКТ и постепенно поднимается к устью скважины. Откачиваемая жидкость отводится из колонны через боковой отвод устьевого сальника и направляется в промысловую сеть.
1.3 Станки качалки
1.3.1 Конструкция и принцип действия СК
Станок-качалка (рисунок 2), является индивидуальным приводом скважинного насоса.
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.
Рисунок 2 — Станок-качалка типа СКД.
На электродвигатель станка-качалки подается электричество.
Электродвигатель через клиноременную передачу и редуктор придает двум массивным кривошипам, расположенным с двух сторон редуктора, круговое движение. Кривошипно-шатунный механизм в целом превращает круговое движение в возвратно-поступательное движение балансира, который качается на опорной оси, укрепленной на стойке. Балансир сообщает возвратно-поступательное движение штангам и через них плунжеру ШГН.
1.3.2 Конструкция основных узлов и деталей СК
Рама – служит для установки на ней всего оборудования СК, изготовлена в виде двух полозьев, соединенных поперечными связями и крепится к бетонному основанию или свайному полу.
Стойка – является опорой для балансира, выполнена из профильного проката, четырехногая.
Балансир – служит для передачи возвратно-поступательного движения колонне штанг, изготовлен из профильного проката; однобалочной или двухбалочной конструкции.
Головка балансира - поворотная или откидывающаяся вверх для беспрепятственного прохода спуско - подъемного (талевого блока, крюка, элеватора) и скважинного оборудования при подземном ремонте скважин. Для ее фиксации в рабочем положении в шайбе головки предусмотрен паз, в который входит клин защелки.
Опора балансира - ось, оба конца которой установлены в сферических роликоподшипниках. К средней части от квадратного сечения приварена планка, через которую опора балансира соединяется с балансиром.
Траверса- прямая, из профильного проката. С ее помощью балансир соединяется с двумя параллельно работающими шатунами.
Опора траверсы - шарнирно соединяет балансир с траверсой. Средняя часть оси установлена в сферическом роликоподшипнике, корпус которого болтами прикреплен к нижней полке балансира.
Шатун - стальная трубная заготовка, на одном конце которой вварена верхняя головка шатуна, а на другом - башмак. Палец верхней головки шатуна шарнирно соединен с траверсой. Палец нижнего башмака конусной поверхностью вставляется в отверстие кривошипа и затягивается с помощью гаек.
Кривошип - ведущее звено преобразующего механизма СК. В нем предусмотрены отверстия для изменения длины хода устьевого штока. На кривошипе установлены противовесы (кривошипные грузы), которые могут перемещаться.
Редуктор – двухступенчатый, имеет три вала – ведомый, ведущий и промежуточный. На конце ведущего вала насаживаются шкивы тормоза и клиноременной передачи. На конце ведомого вала насажены кривошипы.
Тормоз - двухколодочный. Правая и левая колодки прикреплены к редуктору. С помощью стяжного устройства колодки зажимают тормозной шкив, насаженный на ведущий вал редуктора. Рукоятка тормоза, насаженная на стяжной винт, вынесена в конец рамы, за электородвигатель.
Салазки поворотные под электродвигатель - обеспечивают быструю смену и натяжение клиновых ремней, служащих для передачи движения от электродвигателя к редуктору. Выполнены они в виде рамы, которая шарнирно укреплена на заднем конце рамы СК. Рама с салазками поворачивается вращением винта.
Привод СК - осуществляется от электродвигателя со скоростью вращения вала 750, 1000 и 1500 об/мин. На валу электродвигателя установлена конусная втулка, на которую насажен ведущий шкив клиноременной передачи.
Гибкая канатная подвеска – служит для сочленения головки балансира с устьевым штоком и штангами, так как головка балансира совершает движения по дуге.
Она позволяет так же регулировать посадку плунжера в цилиндр насоса для предупреждения ударов плунжера о всасывающий клапан или выхода плунжера из цилиндра.
Подвеска устьевого штока - состоит из верхней и нижней траверс, двух зажимов каната и зажима устьевого штока.
Штоки сальниковые устьевые - предназначены для соединения колонны насосных штанг с канатной подвеской СК.
Станция управления скважиной – служит для пуска и остановки СК, регулирования режима ее работы (автоматический и ручной), имеет кнопки пуск и стоп, рубильник, переключатель режима работы СК.
Противовесы – служат для уравновешивания работы электродвигателя СК.
Клиноременная передача СК - предусматривает применение клиновых ремней. Правильный выбор типа ремня обеспечивает долговечность работы передачи. Полный комплект ремней для СК – 5 шт, для ПШГН – 6 шт. Минимальный комплект ремней для СК – 3 шт, для ПШГН – 4 шт.
1.4 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 (рисунок 7.3).
1 — ниппель; 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 — тройник; 16 — болт откидной; 17 — палец.
Рисунок 3 — Устьевой сальник типа СУС1.
Арматура устьевая типа АУШ-65/50х14 состоит из устьевого патрубка с отборником проб, угловых вентилей, клапана перепускного, устьевого сальника и трубной подвески (рисунок 4).
1 — отверстие для проведения исследовательских работ; 2 — сальниковое 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.
Рисунок 4 — Устьевая арматура типа АУШ.
Трубная подвеска, имеющая два уплотнительных 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.
1.5 Штанги насосные
ШН предназначены для передачи возвратно-поступательного движения плунжеру насоса (рисунок 5). 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.
Рисунок 5 — 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 отдельных штанг, соединенных посредством муфт.
Муфты штанговые выпускаются: соединительные типа МШ (рисунок 6) — для соединения штанг одинакового размера и переводные типа МШП — для соединения штанг разного диаметра.
а — исполнение I; б — исполнение II
Рисунок 6 — Соединительная муфта.
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 8000 ¸ 11000 мм.
Преимущества: снижение веса штанг в 3 раза, снижение энергопотребления на 18 ¸ 20 %, повышение коррозионной стойкости при повышенном содержании сероводорода и др. Применяются непрерывные штанги «Кород».
1.6 Штанговые скважинные насосы (ШСН)
1.6.1 Назначение типы скважинных насосов
ШСН предназначены для откачивания из нефтяных скважин жидкости обводненностью до 99 %, температурой не более 130 °С, 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 насосов (рисунок 7).
НВ1 — вставные с заулком наверху; НВ2 — вставные с замком внизу;
НН — невставные без ловителя; НН1 — невставные с захватным штоком;
НН2 — невставные с ловителем.
Рисунок 7 — Типы скважинных штанговых насосов.
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.