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.