Лекция 12.

КОНСТРУКЦИЯ УСТАНОВКИ СКВАЖИННОГО ШТАНГОВОГО НАСОСА

12.1.Привод.

12.2. Конструкция скважинного штангового насоса .

12.3. Глубинно-насосные штанги.

12.4.Совершенствовани привода штанговых насосов.

Принудительный подъем нефти из скважины с помощью насосов является наиболее продолжительным в жизни месторождения. Одним из разновидностей этого способа является добыча нефти установками скважинных штанговых насосов (УСШН).

УСШН представляет представляет собой поршневой насос одинарного действия, шток которого связан колонной штанг с наземным приводом – станком-качалкой. Последний включает в себя кривошипно-шатунный механизм, преобразующий вращательное движение первичного двигателя в возвратно-поступательное движение первичного двигателя в возвратно-0поступателльное движение и сообщает его колонне штанг и плунжеру насоса.

Осуществление способа производится с помощью установки, схема которого приведена на рис. 12.1. Подземное оборудование составляют: насосно-компрессорные трубы 2, насос1, штанги3, устройства для борьбы с осложнениями.

К наземному оборудованию относится привод 4(насос-качалка), устьевая арматура5, рабочий манифольд6.

Установка работает следующим образом:. При ходе плунжера вверх в цилиндре насоса снижается давление и нижний (всасывающий) клапан поднимается, открывая доступ жидкости (процесс всасывания). Одновременно столб жидкости, находящийся над плунжером, прижимает к седлу верхний (нагнетательный) клапан и поднимается вверх и выбрасывается из НКТ в рабочий манифольд (процесс нагнетания).

При ходе плунжера вниз верхний клапан открывается, нижний клапан давлением жидкости закрывается, а жидкость находящаяся в цилиндр, перетекает через полый плунжер в НКТ.

Рассмотрим устройство и работу отдельных узлов УСШН.

12.1.Привод

Приводы классифицируются по роду используемой энергии- на механические, гидравлические, пневматические; по числу обслуживаемых скважин- на индивидуальные и групповые; по роду первичного двигателя – на электрические и тепловые.

В настоящее время на промыслах получили широкое применение индивидуальные приводы, каждый из которых обслуживает одну скважину. В недалеком прошлом применялись групповые приводы преимущественно на промыслах Азербайджана. Их назначение – сообщить возвратно-поступательное движение не одной, а целой группе штанговых насосов (до 24).

Привод рис.12.2. состоит из электродвигателя 1, ременной передачи2, конических шестерен3и4, эксцентрика5и бугеля6. К бугелю прикрепляются тяги 7привода ГПН. Эксцентрик5и бугель соприкасаются между собой, поэтому при вращении эксцентрика бугель совершает возвратно-поступательное движение, заставляя перемещаться тяги.

Групповые приводы могли быть применимы там, где скважины расположены недалеко друг от друга, имеют небольшую глубину, трудно учесть особенности каждой скважины.

При этом территория промысла перегораживается движущимися тягами, создаются трудности для передвижения транспорта и людей, создаются опасные условия труда. КПД группового привода очень низок. Применялись групповые приводы на промыслах Башкирии – в Ишимбае (1936-40 гг)

Индивидуальные приводы можно разделить на отдельные группы. По величине максимальной нагрузки в точке подвеса штанг: легкие-

Р_max30 кН, средние – 30 кНР_max100 кН, тяжелыеР_max >100 кН. По длине хода ТПШ: короткоходовые-S_max1м, среднеходовые –

1 S_max 3; длинноходовые – 3S_max 6,cверхдлинноходные –

S_max > 6. По числу двойных ходов в минуту: тихоходныеn_max< 6 со средним числом ходов – 6n_max15, быстроходные –n_max>15. По величине потребляемой мощности, кВт: маломощные–N<5кВт, средней мощности –5<N<25, мощные –25<N<100, сверхмощные –N>100.

Станок-качалка является наземным приводом штангового глубинного насоса, опускаемого в скважину и связанного с приводом гибкой механической связью- колонной штанг.

В конструктивном отношении станок-качалка представляет собой четырехзвенный механизм, преобразующий вращательное движение первичного двигателя в возвратно-поступательное движение колонны штанг.

Устройство серийного станка-качалки по ГОСТу 5866-76 приведено на рис. 12.3.

Крутящий момент от электродвигателя 10 через клиноременную передачу9передается на ведущий вал редуктора1,а затем на ведомый вал. На последнем укрепляется кривошип8с противовесами. Кривошип с помощью шатунов7и траверсы14связан с балансиром3, качающимся на опоре4, укрепленной на стойке5. Балансир со стороны переднего плечаК₁ снабжен откидной головкой15, на которую контрируется канатная подвеска.

Техническая характеристика СКпо ГОСТ 5866-76 приведена в таблице 12.1.

Таблица 12.1.

Типоразмер станка-качалки	Наиб. допуск. нагрузки на уст. шток, кН (ТС)	Номи-наль-ные длины ходов устьев.штока	Наиб.допуска-емый крут. момент на ведом.валу ре- дуктора кН.м(кгс м)	Кинематические размеры, (мм)
				длина передне-го плеча	длина заднего плеча балансира	длина шатуна	радиус кривошипа
СК2-0, 6-250	20 (2)	0,3;0,45 0,6;	2,5(250)
СКЗ-1, 2-630	30 (3)	0,6;0,75 0,9;1,05 1,2	6,3(630)
СК4-2, 1-1600	40 (4)	0,9;1,2; 2;1,5; 1,8;2,1	16(1600)
СК5-3- 2500	50 (5)	1,3;1,8; 2,1;2,5; 3,0	25(2500)	3000 2100	2100	2500	1000
СК8-3, 5-4000	80 (8)	1,8;2,1; 2,5;3,0; 3,5	40(4000)	3500	2500	3000	1200

Продолжение таблицы 12.1.

Размер станка-качалки	Расстояние м-у: осью опор балан-сира и осью ведем. вала редуктора, мм		Радиус вращ. наиб. удален. точки кривошипа,мм	Габаритные размеры при гориз. положении баланси- ра, мм, не более			Масса комплекта,кг не более
	по горизонтали	по вертикали		длина	ширина (без ог- ражде-ний)	высота
СК2-0, 6-250	680	840	365	3150	1150	2000	1600
СК3-1, 2-630	1055	1430	1000	4200	1350	3300	3850
СК4-2, 1-1600	1320	1800	1300	5900	1700	4800	7200
СК5-3- 2500	1845	2500	1600	7400	1850	5550	9900
СК6-2 1-2500	1845	2500	1600	6500	1850	5100	9600
СК8-3, 5-4000	2195	3000	1950	8500	2250	6650	15100

Рассмотрим кратко устройство узлов станка-качалки.

Рамапредназначена для установки на ней всего оборудования СК и выполняется из профильного проката в виде двух полозьев, соединенных поперечинами, и менее специальную подставку под редуктор. В раме имеются отверстия для крепления к фундаменту.

Стойкаявляется опорой для балансира и выполняется из профильного проката в виде четырехгранной пирамиды. Ноги стойки связаны между собой поперечинами. Снизу стойка крепиться к раме сваркой (СКЗ-1,2-630) или болтами, сверху несет плиту для крепления оси балансира с помощью двух скоб. К плите привариваются четыре упора с винтами, позволяющими перемещать балансир в продольном положении и тем самым регулировать положение точки подвеса штанг по центру скважины.

Балансир предназначен для передачи возвратно-поступательного движения колонне штанг. Выполняется из профильного проката двухтаврового сечения и имеет однобалочную или двухбалочную конструкцию. Со стороны скважины балансир заканчивается поворотной головкой. Для фиксации головки в рабочем положении в шайбе предусмотрен паз, в который входит клин защелки. Корпус защелки с канатом, связанным с рукояткой к нижней полке балансира. Для освобождения головки клин оттягивается назад.

Опора балансира–ось, оба конца которой установлены в сферических роликоподшипниках, расположенных в чугунных корпусах. К средней части оси, имеющий квадратное сечение, приварена планка, через которую опора балансира с помощью болтов соединяется с балансиром.

Траверса выполняет роль связывающего звена между кривошипно-шатунным механизмом и балансиром и конструктивно выполняется в виде прямолинейной балки из профильного проката. Крепление балансир шарнирное при помощи сферического роликоподшипника, внутренне кольцо которого закреплено на оси, установленной в кронштейнах траверсы. Корпус подшипника соединен с балансиром.

Шатун-трубная заготовка со специальными головками по концам: с помощью верхней головки шатун соединяется пальцем с траверсой, нижней – с кривошипом через палец и сферический подшипник. В СК8-3, 5-5600 и СК10-3-5600 в верхней головке шатуна применен шарнирный подшипник типа ШС. Палец кривошипа конусной поверхностью вставляется в отверстие кривошипа затягивается через разрезную втулку гайками.

Кривошип – основной элемент кривошипно-шатунного механизма, предназначенный для преобразования вращательного движения вала редуктора в возвратно-поступательное колонны штанг. Выполнен в виде прямоугольных пластин с отверстиями для крепления к шатунам и ведомому валу редуктора. Снабжен пазами для установки и перемещения противовесов.

Редуктор типа Ц2НШ начал применяться вместо редукторов Ц2НС из-за недостаточной эксплуатационной надежности (рис.12.4.) последних. В редукторах Ц2НШ применены шевронные зубчатые колеса с цилиндрической передачей Новикова. Быстроходная ступень – раздвоенный шеврон, тихоходная - шевронная с канавкой. Ведущий и промежуточный валы установлены в роликоподшипниках с короткими цилиндрическими роликами, ведомый вал – в двухрядных сферических роликоподшипниках. На СК 8 устанавливаются редукторы с суженным корпусом, что обеспечивает необходимые зазоры между корпусом редуктора и шкивами. Редукторы с индексом «Б» отличаются увеличенным модулем шестерни на ведомом валу (с 4,5 до 5 мм).

Канатная подвеска (типа ПСШ-3, ПСШ-6, ПСШ-15) является гибким звеном между колонной штанг и балансиром (рис. 12.5). Состоит из двух траверс – верхней и нижней, разделенных втулками зажимов канатов. На верхней траверсе лежит узел для крепления полированного штока. Траверсы могут быть раздвинуты винтами для установки динамографа.

Клинопеременная передачаСК предусматривает применение клиновых ремней типа О,А,Б,В,Г. Правильный выбор типа ремня обеспечивает долговечность работы передачи.

Шкивы выполняются быстросменными за счет конусной расточки тела и применения втулки, закрепляемой гайкой.

Поворотные салазкиявляются рамой для двигателя, крепящейся в наклонном положении, что обеспечивает изменение межцентрового расстояния между осями валов и, следовательно, натяжение ремней.

Тормоздвухколодочной конструкции укрепляется на тормозном барабане и приводится в действие ходовым винтом. Рукоятка тормоза в целях безопасности вынесена в конец рамы станка-качалки.

В нагнетательных клапанах вместо конуса 2 присоединяют плунжер, вместо приспособления5– штангу. Конус2вставляется в седло, устанавливаемое на потрубке –удлинителе или непосредственно в цилиндре.

Насос, который мы разбирали, по ГОСТу 6444-78 тип НСН2; невставной, одноступенчатый, одноплунжерный с втулочным цилиндром и захватывающим штоком.

Техническая характеристика насоса типа НСН:

-диаметр внутренней втулки - 28, 32, 38, 43, 55, 68, 82, 93 мм;

-ход плунжера - от 600мм до 6000мм;

-производительность (при n= 10 в мин.) – 5,5587 м³/сут;

-число втулок - 6-24 штуки;

-предельная глубина спуска – 1500-650м;

-габаритные размеры – 56 133 мм;

-длина 2785-8495 мм;

-масса 23,5 406 кг.

Имеются НСН2 (НГН2) с ловителем на цилиндре и наконечником на клапане.

Все насосы ШГ одинарного действия, принцип их работы не отличается от работы обычного поршневого насоса: ход вверх- всасывание, нагнетание; ход вниз - ничего (переток жидости).

Насос глубинный вставной отличается от невставного (трубнго) тем, что он опускается на штангах (в сборе) до заданной глубины, где в трубах установлено фиксирующее приспособление – замок (рис. 12.9.).

Замок состоит из опорного кольца и пружинного якоря, устанавливаемых в специальной опорной муфте и зажимаемых сверху переводником.

Насос имеет конус, сверху крепящийся к направляющей штока, в снизу к упорному ниппелю. Конус садится на опорное кольцо в НКТ, ниппель, разжимая пружины якоря, обхватывает ими, надежно фиксируя насос.

Насос одинарного действия с цилиндром, собранным из отдельных втулок, с одним или двумя нижними и верхними клапанами.

Промышленность освоила насосы НСВ1 (замок вверху), НСВ2 (замок внизу) . Выпускаются насосы размерами – 28, 32, 38, 43, 45, 68.

Ход плунжера от 0,6 до 6м. Они предназначены для эксплуатации скважин глубиной до 2500м; число втулок – до 27 при небольшом содержании песка и газа. Габариты: до 95 мм; длина до 9445 мм; масса 34252 кг.

Приводомстанка-качалки является трехфазный, асинхронный электродвигатель во влагоморозостойком исполнении с коротко-замкнутым ротором с кратностями пускового и максимального момента соответственно 1,82,0 и 2,22,5. Основная синхронная частота вращения- 1500 об/мин. для получения необходимого числа ходов точки подвеса штанг могут быть применены электродвигатели с частотой вращения 750 или 1000 об/мин серии АОП.