- •Содержание
- •1. Краткий обзор и анализ выбранного оборудования
- •2. Назначение, техническая характеристика, конструкция и принцип действия выбранного оборудования
- •2.1 Назначение
- •2.2 Технические характеристики
- •2.3 Конструкция и принцип действия
- •3. Монтаж, эксплуатация и ремонт выбранного оборудования
- •3.1 Монтаж
- •3.2 Эксплуатация
- •3.3 Ремонт
- •Заключение
- •4.Расчет основных деталей
- •4.1. Определение нагрузок на головку балансира станка-качалки
- •4.2. Расчет балансира на прочность
1. Краткий обзор и анализ выбранного оборудования
Чуть более 13% всех скважин в России эксплуатируются фонтанным и газлифтным способами добычи нефти (хотя эти скважины дают более 30% всей российской нефти). В целом статистику по способам эксплуатации можно посмотреть в таблице 1.
Таблица 1 - Статистика способов эксплуатации
Способ эксплуатации |
Число скважин, % |
Средний дебит, т/сут |
Добыча, % от общей | |||
нефти |
жидкости |
нефти |
жидкости | |||
Фонтанный |
8,8 |
31,1 |
51,9 |
19,5 |
9,3 | |
Газлифтный |
4,3 |
35,4 |
154,7 |
11,6 |
14,6 | |
УЭЦН |
27,4 |
28,5 |
118,4 |
52,8 |
63,0 | |
ШСН |
59,4 |
3,9 |
11,0 |
16,1 |
13,1 | |
Прочие |
0,1 |
- |
- |
- |
- |
Принудительный подъем нефти из скважин с помощью насосов является наиболее продолжительным в жизни месторождения.Одним из разновидностей этого способа является добыча нефти установками штанговых глубинных насосов (УШГН). Он представляет собой поршневой насос одинарного действия, шток которого связан колонной штанг с наземным приводом – станком-качалкой. Установка состоит из:
привода
устьевого оборудования
насосных штанг
глубинного насоса
вспомогательного подземного оборудования
насосно-компрессорных труб.
Привод предназначен для преобразования энергии двигателя в возвратно-поступательное движение колонны насосных штанг.В большинстве ШСНУв качестве привода применяют балансирные станки-качалки. Онвключает в себя кривошипно-шатунный механизм, преобразующий вращательное движение первичного двигателя в возвратно-поступательное движение и сообщает его колонне штанг и плунжеру насоса (рисунок 1).
1 - канатная подвеска; 2 - балансир с поворотной головкой; 3 - опора балансира; 4 - стойка; 5 - шатун; 6 - кривошип; 7 - редуктор; 8 - ведомый шкив; 9 - клиноременная передача; 10 - электромотор; 11 - ведущий шкив; 12 - ограждения; 13 - салазки поворотные для электромотора; 14 - рама, 15 - противовес, 16 - траверса, 17 - тормозной шкив
Рисунок 1- Схема балансирного станка-качалки
Широкое распространение ШСНУ обуславливают 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.
К основным недостаткам балансирных СК следует отнести:
- низкий срок службы редуктора (если у американских производителей он составляет 20 лет, то отечественные работают в среднем 5 лет);
-разрушение элементов преобразующего механизма;
- неудовлетворительное центрирование канатной подвески, обусловленное неточностью изготовления головки балансира и приводящее к ускоренному износу устьевого уплотнения;
- неудобство перестановки пальцев шатунов;
- высокая трудоемкость перемещения грузов при уравновешивании;
- неудобство обслуживания клиноременной передачи;
- неудобство поворота головки балансира перед выполнением подземного ремонта скважин;
- наличие переменных упругих деформаций длинной колонны штанг, что приводит кснижению коэффициента подачи глубинного насоса;
- наличие механической связи между станком-качалкой и насосом.
На поздней стадии разработки месторождений обостряется вопрос выбора оборудования для эксплуатации скважин, обеспечивающего добычу нефти в осложненных условиях при наименьших затратах. Особенно это касается высокообводненных скважин с дебитами по жидкости более 40 м3/сут. В практике отечественной нефтедобычи такие скважины, как правило, эксплуатируются УЭЦН. Однако, КПД УЭЦН не высок и затраты электроэнергии на подъем нефти велики. Причем, чем ниже номинальная производительность ЭЦН, тем ниже КПД. Применение на скважинах с дебитом до 130 м3/сут УСШН с балансирными станками-качалками (СК) требует из-за ограниченной длины хода (до 3,5 м у серийных СК) режимов откачки с высокой частотой качаний, что при работе с насосами большого диаметра резко сокращает срок службы штанг и МРП скважин. Полученная экономия затрат на электроэнергию не окупает затрат на дополнительные ремонты и сопутствующие потери добычи нефти. Увеличение длины хода балансирных СК приводит к резкому росту их габаритов и металлоемкости, а следовательно, и стоимости привода, его монтажа и обслуживания.
Реальным путем решения проблемы является применение в составе УСШН длинноходовых цепных приводов (рисунок 2), обеспечивающие экономию энергозатрат 15 — 25 % (КПД УСШН с такими приводами достигает 60 %, тогда как для УСШН с балансирными СК в аналогичных условиях КПД составляет 20 — 50 %).
1 — рама, 2 — электродвигатель, 3 — редуктор, 4,5 — звездочки, 6 — цепь, 7 — каретка, 8 — уравновешивающий груз, 9 — корпус, 10 — тормоз, 11 — подвеска, 12 — канат
Рисунок 2 — Общий вид цепного привода УСШН
Еще больший выигрыш может быть получен на таких скважинах при замене УЭЦН. Применение на скважинах с дебитом по жидкости до 130 м3/сут позволяет по сравнению с УЭЦН получить примерно двукратное сокращение удельных энергозатрат на подъем продукции, т. к. КПД УЭЦН, как правило, не превышает 30 %. За счет большой длины хода цепных приводов необходимая производительность обеспечивается при частоте качаний до 4 мин-1, что снижает динамические нагрузки на штанги и привод, а также цикличность приложения нагрузок. Все это создает предпосылки существенного увеличения ресурса штанг и МРП скважин. Кроме того, в отличие от УЭЦН, обеспечивается возможность регулирования режима эксплуатации скважины в рамках технической характеристики привода без потери КПД и привлечения бригады ПРС для замены установки на другой типоразмер.
С технологической точки зрения все цепные приводы имеют следующие особенности:
фиксированную длину хода;
реверсивный редуцирующий преобразующий механизм, совмещенный с частью уравновешивающего груза фиксированной массы;
благоприятный закон движения штанг с равномерной скоростью на большей части хода и относительно низкой частотой качаний; − максимальную скорость штанг в 1,7 раза меньше, чем у балансирных аналогов при равной частоте качаний;
при ремонте скважины откатываются от устья на необходимое расстояние.
Кроме описанных станков-качалок существует много других индивидуальных приводов для штанговых насосных установок, не получивших, однако, широкого распространения.
Существуют так же балансирные СК с гидропневматическим и пневматическим уравновешиванием. Эти станки более компактные, чем обычные балансирные, имеют более плавный ход, меньшие инерционные нагрузки. Однако они сложнее в изготовлении, дороже и, несмотря на некоторое уменьшение габаритных размеров, более металлоемки. Уравновешивание в них достигается как за счет использования роторных противовесов, так и за счет сжатия воздуха в специальном цилиндре с перемещающимся в нем поршнем. Кроме того, на СК с пневматическим уравновешиванием обязательно имеется небольшой одноцилиндровый компрессор для подкачки воздуха в систему уравновешивания.
Разработаны гидравлические качалки, состоящие из длинного цилиндра и движущегося в нем поршня, соединенного непосредственно с колонной штанг. Цилиндр устанавливается вертикально над устьем скважины. Возвратно-поступательное движение поршня и штанг достигается путем переключения золотниковым устройством нагнетаемой силовым насосом жидкости в полости цилиндра. В качестве силового используется обычно шестеренчатый насос с приводом от электродвигателя. Уравновешивание осуществляется за счет противоположного по фазе перемещения насосных груб с гидравлической подвеской. Гидравлические качалки очень компактны, имеют массу в 2 - 2,5 раза меньшую, чем обычные балансирные СК, плавный ход, однако существенным их недостатком является перемещение НКТ, дополнительные уплотнительные сальниковые элементы и длинные силовые цилиндры, изготовление которых требует совершенной технологии.