Никишенко с. НГПром.оборудов
.pdfРис.4.21. Штанговая скважинная насосная установка:
1 - фундамент; 2 - рама; 3 - электродвигатель; 4 - цилиндр; 5 - кривошип; 6 - груз; 7 - шатун; 8 - груз; 9 - стойка; 10 - балансир; 11 - механизм фиксации головки балансира; 12 - головка балансира; 13 - канатная подвеска; 14 - полированная штанга; 15 - оборудование устья скважины; 16 - обсадная колонна; 17 - насоснокомпрессорные трубы; 18 - колонна штанг; 19 - глубинный насос; 20 - газовый якорь; 21 - уплотнение полированной штанги; 22 - муфта трубная; 23 - муфта штанговая; 24 - цилиндр глубинного насоса; 25 - плунжер насоса; 26 - нагнетательный клапан; 27 - всасывающий клапан
- 1 5 1 -
замера затрубного давления и проведения исследовательских работ в скважине.
Колонна насосных штанг II соединяет канатную подвеску насоса с плунжером глубинного насоса. Колонна собирается из отдельных штанг 18. Штанги имеют длину по 8...10 м, диаметр 16...25 мм и со единяются друг с другом посредством муфт 23. Первая, верхняя штан га 14 имеет поверхность, обработанную по высокому классу чистоты, и называется полированной, иногда сальниковой штангой.
Колонна насосно-компрессорных труб II служит для подъема пла стовой жидкости на поверхность и соединяет устьевую арматуру с цилиндром глубинного насоса. Она составлена из труб 17 длиной по 8...12 м, диаметром 38...100 мм, соединенных трубными муфтами 22. В верхней части колонны установлен устьевой сальник, герметизиру ющий насосно-компрессорные трубы. Через сальник пропущена по лированная штанга. Оборудование устья скважины имеет отвод, по ко торому откачиваемая жидкость направляется в промысловую сеть.
Глубинный штанговый насос III представляет собой насос оди нарного действия. Он состоит из цилиндра 24, прикрепленного к ко лонне насосно-компрессорных труб, плунжера 25 соединенного с ко лонной штанг. Нагнетательный клапан 26 установлен на плунжере, а всасывающий 27 - в нижней части цилиндра.
Ниже насоса при необходимости устанавливается газовый IV или песочный якорь. В них газ и песок отделяются от пластовой жидко сти. Газ направляется в затрубное пространство между насосно-ком- прессорной 17 и обсадной 16 колоннами, а песок осаждается в корпу се якоря.
При работе ШСНУ энергия от электродвигателя передается че рез редуктор к кривошипно-шатунному механизму, преобразующе му ьращательное движение выходного вала редуктора через балан сир в возвратно-поступательное движение колонны штанг. Связан ный с колонной плунжер также совершает возвратно-поступатель ное движение. При ходе плунжера вверх нагнетательный клапан зак рыт давлением жидкости, находящейся над плунжером, и столб жид кости в колонне насосно-компрессорных труб движется вверх - про исходит откачивание жидкости. В это время впускной (всасывающий) клапан открывается, и жидкость заполняет объем цилиндра насоса под плунжером.
При ходе плунжера вниз всасывающий клапан под действием дав ления столба откачиваемой жидкости закрывается, нагнетательный клапан открывается и жидкость перетекает в надплунжерное про странство цилиндра.
Откачиваемая жидкость отводится из колонны через боковой от вод устьевого сальника и направляется в промысловую сеть.
- 1 5 2 -
Вопрос 4.14. Скважинные штанговые насосы
Скважинные штанговые насосы предназначены для откачивания из нефтяных скважин жидкости обводненностью до 99%, температу рой до 130°С, содержанием сероводорода не более 50мг/л, минера лизацией воды не более Юг/л.
Скважинные насосы имеют вертикальную конструкцию одинар ного действия с неподвижным цилиндром, подвижным металличес ким плунжером и шариковыми клапанами. Насосы изготавливают следующих типов:
-НВ1 - вставные с замком наверху;
-НВ2 - вставные с замком внизу;
-НН - невставные без ловителя;
-НН1 - невставные с захватным штоком;
-НН2 - невставные с ловителем
Цилиндр невставного (трубно
го) скважинного насоса (см. рис. 4.22) присоединяется к колонне НКТ и вместе с ней спускается в скважину. Плунжер НСН вводится через НКТ в цилиндр вместе с под вешенным к нему всасывающим кла паном на насосных штангах. Чтобы не повредить плунжер при спуске, его диаметр принимают меньшим внутреннего диаметра НКТ пример но на 6 мм. Применение НСН целе сообразно в скважинах с большим де битом, небольшой глубиной спуска и большим межремонтным перио дом. Для смены насоса (цилиндра) не обходимо извлекать штанги и трубы.
Насос НН1 состоит из цилиндра, плунжера, нагнетательного и всасы вающего клапанов. В верхней части плунжера размещается нагнетатель ный клапан и шток с переводником под штанги.
К нижнему концу плунжера с по мощью наконечника на захватном штоке свободно подвешивается вса сывающий клапан. При работе клапан
- 1 5 3
НН6А НН2С
Рис. 4.22. Насосы скважинные невставные
сажается в седло корпуса. Подвешивать всасывающий клапан к плун жеру необходимо для слива жидкости из НКТ перед их подъемом, а также для замены клапана без подъема НКТ. Наличие захватного штока внутри плунжера ограничивает длину его хода, которая в на сосах НН1 не превышает 0,9 м.
В насосе НН2С в отличие от насоса НН1 нагнетательный клапан установлен на нижнем конце плунжера. Для извлечения всасываю щего клапана без подъема НКТ используется ловитель (байонетный замок), который крепится к седлу нагнетательного клапана. Ловитель имеет две фигурные канавки для зацепления. В клетку всасывающе го клапана ввинчен шпиндель (укороченный шток) с двумя утолщен ными шпильками. После посадки всасывающего клапана в седло кор пуса поворотом колонны штанг на 1-2 оборота против часовой стрел ки добиваются того, что шпильки шпинделя скользят по канавкам ловителя и всасывающий клапан отсоединяется от плунжера. Захват осуществляется после посадки плунжера на шпиндель при повороте колонны штанг по часовой стрелке.
Насос ННБА позволяет осуществлять форсированный отбор жид кости из скважин через НКТ, диаметр которых меньше диаметра плун жера.
Это достигнуто особой конструкцией его - наличием автосцепа, включающего сцеп и захват, и сливного устройства. Насос в собран ном виде без сцепа спускается в скважину на НКТ. Затем на штангах спускается сцеп с мерным штоком. Сцеп проталкивает золотник слив ного устройства вниз и сцепляется с захватом, закрепленным на плун жере, при этом сливное отверстие закрывается. При подъеме насоса следует поднять колонну штанг. При этом захват проталкивает зо лотник вверх, открывая сливное отверстие. После этого сцеп отделя ется от захвата и колонна штанг свободно поднимается.
Цилиндр вставного насоса (см. рис. 4.23) спускается внутри труб на колонне штанг и монтируется на них с помощью специального зам кового соединения. Это позволяет менять вставной насос без спуска и подъема труб. Но при одинаковых диаметрах плунжеров вставной насос требует применения НКТ большего диаметра.
Скважинные насосы исполнения НВ1С предназначены для отка чивания из нефтяных скважин маловязкой жидкости.
Насос состоит из составного цилиндра на нижний конец которо го навернут сдвоенный всасывающий клапан, а на верхний конец - замок плунжера, подвижно расположенного внутри цилиндра, на резь бовые концы которого навинчены: снизу сдвоенный нагнетательный клапан, а сверху - клетка плунжера. Для присоединения плунжера к колонне насосных штанг насос снабжен штоком, навинченным на клетку плунжера и закрепленным контргайкой. В расточке верхнего
- 1 5 4 -
переводника цилиндра располо |
|
|
|
жен упор, упираясь на который, |
|
|
|
плунжер |
обеспечивает срыв |
|
|
скважинного насоса с опоры. |
|
|
|
Клапаны насосов комплектуют |
|
|
|
ся парой «седло - шарик». |
|
|
|
Скважинные насосы испол |
|
|
|
нения НВ1Б. Это насосы, по на |
|
|
|
значению, конструктивному ис |
|
|
|
полнению, принципу работы |
|
|
|
аналогичны насосам исполнения |
|
|
|
НВ1С и отличаются от них толь |
|
|
|
ко тем, что в качестве цилиндра |
|
|
|
использованы цельные цилинд |
|
|
|
ры исполнения ЦБ, характеризу |
|
|
|
ющиеся повышенной прочнос |
|
|
|
тью, износостойкостью и транс |
|
|
|
портабельностью по сравнению |
|
|
|
с цилиндрами исполнения ЦС. |
|
|
|
Скважинные насосы испол |
|
|
|
нения НВ2 имеют область при |
|
|
|
менения |
аналогичную области |
|
|
применения скважинных насо |
|
|
|
сов исполнения НВ 1, однако мо |
|
|
|
гут быть спущены в скважины на |
|
|
|
большую глубину. |
|
|
|
Конструктивно скважинные |
|
|
|
насосы состоят из цилиндра |
НВ1С, |
НВ1В |
|
с всасывающим клапаном, на |
Рис. 4.23. Насосы скважинные |
||
винченным на нижний конец. На |
|||
всасывающий клапан навинчен |
|
вставные |
|
|
|
упорный ниппель с конусом. На верхнем конце цилиндра располо жен защитный клапан, предотвращающий осаждение песка в цилин дре при остановке насоса.
Внутри цилиндра подвижно установлен плунжер с нагнетатель ным клапаном на нижнем конце и клеткой плунжера на верхнем кон це. Для присоединения плунжера насоса к колонне насосных штанг насос снабжен штоком, навинченным на клетку плунжера и законт ренным контргайкой.
В расточке верхнего конца цилиндра расположен упор.
Насос спускается в колонну насосно-компрессорных труб на ко лонне насосных штанг и закрепляется в опоре нижней частью при помощи ниппеля упорного с конусом. Такое закрепление насоса
155
позволяет разгрузить от пульсирующих нагрузок. Это обстоятельство обеспечивает применение его на больших глубинах скважин.
Цилиндры скважинных насосов выпускают в двух исполнениях:
-ЦБ - цельный (безвтулочный), толстостенный;
-ЦС - составной (втулочный).
Цилиндр втулочного насоса состоит из кожуха, в котором разме щены втулки. Фиксация втулок в кожухе обеспечивается гайками.
Втулки подвергаются воздействию переменного внутреннего гид равлического давления, обусловленного столбом откачиваемой жид кости, и постоянного усилия, возникающего в результате торцевого обжатия рабочих втулок. Втулки всех насосов при различных внут ренних диаметрах имеют одинаковую длину - по 300 мм.
Втулки всех насосов изготавливают трех типов: легированные из стали марки 38ХМЮА, стальные из стали марок 45 и 40Х, чугунные марки СЧ26-48.
Легированные втулки изготавливают только тонкостенными, стальные - тонкостенные, с увеличенной толщиной стенки и толсто стенные, чугунные - толстостенные.
Для увеличения долговечности внутреннюю поверхность втулок упрочняют физико-термическими методами: чугунные - закалива ют токами высокой частоты, стальные азотируют, цементируют, нит рируют. В результате этой обработки твердость поверхностного слоя составляет до 80 HRc.
Механическая обработка втулок заключается в шлифовании и хонинговании. Основные требования к механической обработке - высокий класс точности и чистоты внутренней поверхности, а также перпендикулярность торцов к оси втулок.
Макрогеометрические отклонения внутреннего диаметра втулки должны быть не более 0,03 мм. Плоскостность торцевых поверхнос тей должна обеспечивать равномерное непрерывное пятно по краске не менее 2/3 толщины стенок втулки.
Цельнотянутые цилиндры представляют собой длинную сталь ную трубу, внутренняя поверхность которой рабочая. Труба при этом играет роль и цилиндра и кожуха одновременно. Подобная конструк ция лишена таких недостатков, как негерметичность между торцами рабочих втулок, искривление оси цилиндра. При этом увеличивает ся жесткость насоса и создается возможность использовать плунжер большого диаметра при одинаковом по сравнению с втулочным на сосом наружном диаметре.
Плунжер глубинного насоса представляет собой стальную трубу с внутренней резьбой на концах. Для всех насосов длина плунжера постоянна и составляет 1200 мм. Их изготавливают из стали 45, 40Х или 38ХМЮА. По способу уплотнения зазора цилиндр - плунжер
- 1 5 6 -
различают полностью металлические и гуммированные плунжеры. В паре металлический плунжер - цилиндр уплотнение создается нор мированным зазором большой длины, в гуммированных - за счет манжет или колец, изготовленных из эластомера или пластмассы.
В настоящее время применяют плунжеры (рис. 4.24): а) с гладкой поверхностью; б) с кольцевыми канавками; в) с винтовой канавкой;
г) с кольцевыми канавками, цилиндрической расточкой и скошен ным концом в верхней части («пескобрей»);
д) манжетные плунжеры; е) гуммированные плунжеры.
Рис. 4.24. Плунжеры:
а- гладкий (исполнение Г); б - с кольцевыми канавками (исполнение К);
в- с винтовой канавкой (исполнение В);
-типа «пескобрей» (исполнение П); д - манжетный, гуммированный плунжер; 1 - корпус плунжера; 2 - самоуплотняющееся резиновое кольцо;
3 - набухающие резиновые кольца
157-
Использование большого количества разнообразных конструкций плунжеров обусловлено необходимостью обеспечения при любых условиях эксплуатации герметичности зазора, высокой долговечно сти пары цилиндр - плунжер (при этом стремятся по возможности уменьшить силы трения).
В «песчаных» скважинах применяют плунжеры, конструкция ко торых либо обеспечивает вынос абразива из зазора (рис. 4.24, б), либо не допускают его попадания туда (рис. 4.24, в). Все эти плунжеры ра ботают с меньшими усилиями трения, чем манжетный гуммирован ный, который применяют для откачки жидкости, не содержащей аб разив. Последний обеспечивает максимальную герметичность, но при его работе возникают большие силы трения.
Для обеспечения высокой долговечности насоса большое значе ние имеет предотвращение задиров трущихся поверхностей. Причи ной этого явления бывает как содержащийся в откачиваемой жидко сти абразив, так и появление локальных зон сухого трения пары плун жер - цилиндр в результате разрыва в зазоре пленки откачиваемой жидкости. Чтобы обеспечить нормальную работу пары сопряженных деталей, применяют плунжеры с углублениями и канавками (см. рис. 4.24, б и е), либо увеличивают твердость рабочей поверхности плун жера путем цементирования или хромирования. Хромированные плунжеры наиболее долговечны и имеют более низкий коэффициент трения, чем цементированные. Помимо этого, слой хрома обеспечи вает хорошую коррозионную стойкость при работе в скважинах с высоким содержанием S02 . Необходимо отметить, что хромирова ние - сравнительно дорогой процесс, вследствие чего более широкое применение имеют плунжеры не хромированные, а из углеродистой стали, закаленные токами высокой частоты. По величине зазора меж ду цилиндром и плунжером насосы подразделяются на три группы:
I группа (тугая посадка плунжера) с зазором между плунжером и цилиндром 20...70 мкм, предназначена для подъема маловязкой пла стовой жидкости с невысоким содержанием песка, повышенным вы делением газа при больших глубинах подвески насоса;
II группа (средняя посадка) с зазором 70...120 мкм, предназначе на для подъема пластовой жидкости средней вязкости с высоким со держанием газа при средних глубинах подвески;
III группа (слабая посадка) с зазором более 120 мкм, предназна чена для подъема очень вязкой нефти из сильно обводненных сква жин при малой глубине подвески насоса.
Клапаны глубинных скважинных насосов выполняют шариковы ми, так как в условиях работы глубинных насосов они обладают наи большей работоспособностью по сравнению с другими (конически ми и плоскими) конструкциями. Большой срок их службы объясня-
- 1 5 8 -
ется хорошей притиркой шарика к седлу во время ра боты при длительном сохра нении шариком своих раз меров вследствие большой его активной поверхности.
В зависимости от кон струкции седла шариковые клапаны бывают с буртом и с гладкой наружной повер хностью (рис. 4.25). После дние применяют, как пра вило, в качестве нагнетальных клапанов.
Седла клапанов симметричны и при износе одной из кромок поверхности сед ла их поворачивают (переставляют) на 180° для использования другой поверхности.
Для обеспечения герметичности стыка шарик - седло внутренняя кром ка седла имеет фаску.
Твердость шарика всегда назначает ся выше твердости седла, так как при работе шарик должен сохранить свою форму. Твердость шарика обычно быва ет 56...70 HRc, седла 40...50 HRc.
Шарик и седло изготавливают из вы сокоуглеродистой стали, а в ряде случа ев (например, в коррозионной среде) - из бронзы.
Замковая опора предназначена для закрепления цилиндра скважинных на сосов исполнений НВ1 и НВ2 в колонне насосно-компрессорных труб.. Высокая точность изготовления поверхностей де талей опоры должна обеспечивать надеж ную герметичную фиксацию цилиндра насоса в насосно-компрессорных трубах на заданной глубине скважины и одно
временно предотвращать искривление Р и с - 4-26- Замковая опора ОМ:
„_„ |
1 - переводник; 2 - опорное |
насоса в скважине. |
г~ |
|
кольцо; 3 - пружинный якорь; |
|
4 - опорная муфта; |
|
5 - кожух; 6 - переводник |
- 1 5 9 -
Замковая опора ОМ (рис. 4.26) состоит из переводника 1, опорно го кольца 2, пружинного якоря 3, опорной муфты 4, кожуха 5 и пере водников 6.
Переводник 1 имеет на верхнем конце гладкую коническую резь бу, при помощи которой опора соединяется с колонной насосно-ком- прессорных труб. Кольцо изготовляют из нержавеющей стали. Ко нической внутренней (15°) фаской оно сопрягается с ответной кони ческой поверхностью конуса замка насоса и обеспечивает герметич ную посадку насоса.
Якорь предотвращает срыв насоса с опоры от усилий трения дви жущегося вверх плунжера в период запуска в работу подземного обо рудования.
Рубашка, на нижний конец которой навинчен переводник, при соединяется к нижней резьбе муфты и служит для предотвращения изгиба и поперечных перемещений цилиндра при работе насоса, а так же для подвешивания труб под опору.
Вопрос 4.15. Режим работы скважинных насосов. Динамограмма работы
Диаграмму нагрузки на устьевой шток в зависимости от его хода называют динамограммой, а ее снятие - динамометрированием ШСНУ. Оно осуществляется с помощью динамографа. В зависимос ти от принципа работы различают механические, гидравлические, электрические, электромагнитные, тензометрические и другие дина мографы. В наиболее распространенном гидравлическом динамогра фе типа ГДМ-3 (рис. 4.27) действующая на шток нагрузка передается через рычажную систему на мембрану камеры 9, заполненной жид костью (спиртом или водой), где создается повышенное давление. Давление жидкости в камере, пропорциональное нагрузке на шток, передается по капиллярной трубке 8 на геликсную пружину 7. При увеличении давления геликсная пружина разворачивается, а перо 6, прикрепленное к ее свободному концу, чертит линию на бумажном диаграммном бланке 5. Бланк закреплен на подвижном столике, ко торый с помощью приводного механизма перемещается пропорцио нально ходу устьевого штока. В результате получается развертка на грузки р в зависимости от длины хода s.
Для снятия динамограммы измерительную часть динамографа (месдозу и рычаг) вставляют между траверсами канатной подвески штанг, а нить 1 приводного механизма самописца прикрепляют к не подвижной точке (устьевому сальнику). Масштаб хода изменяют сме ной диаметра шкива 2 самописца (1 :15,1 : 30, 1:45), а усилия - пере становкой опоры месдозы и рычага (40, 80 и 100 кН).
- 1 6 0 -