Бойко B.C. Розробка та експлуатація нафтових родовищ

Подождите немного. Документ загружается.

Змонтовано ВГ на рамі, яку встановлюють на залізобетонну основу

(фундамент). Для швидкої заміни і натягування пасів електродвигун

встановлено на поворотні полозки. Балансир фіксується в необхідному

(крайньому верхньому) положенні

за

допомогою гальмівного барабана

(шківа). Головка балансира є відкидною або поворотною для

безперешкодного проходження спуско-піднімального і глибинного

обладнання під час підземного ремонту свердловини.

Оскільки головка балансира

рухається

по

дузі,

то для з'єднання її

з гирловим штоком і штангами призначена гнучка

канатна підвіска

14.

За її допомогою регулюють посадку плунжера в циліндрі насоса для

попередження ударів плунжера до всмоктувального клапана або

виходу плунжера із циліндра, а також встановлюють динамограф для

дослідження роботи обладнання.

Амплітуду

руху

головки

балансира (довжину ходу гирлового штока

13)

регулюють зміною місця з'єднання кривошипа з шатуном відносно

осі обертання (перестановкою пальця кривошипа в інший отвір).

Частота

руху

головки

балансира (кількість гойдань п) змінюється

за рахунок зміни ведучого шківа на валу електродвигуна на другий

(більший або менший) діаметр, тобто регулювання роботи ВГ

дискретне.

За один подвійний хід балансира навантаження на ВГ нерівномірне.

Для урівноваження роботи ВГ розмішують вантажі (противаги) на

балансир (ВГ2), кривошип (ВГ4-ВГ20) або на балансир і кривошип

(ВГЗ).

У цьому разі урівноваження називають відповідно балансирним,

кривошипним (роторним) або комбінованим.

Блок керування забезпечує керування електродвигуном ВГ в

аварійних ситуаціях (обрив штанг, поломка редуктора, насоса, розрив

трубопровода тощо), а також самозапуск ВГ після короткотривалої

перерви в подаванні електроенергії.

461

Відомо інші індивідуальні механічні приводи, які також містять

двигун, трансмісію і перетворювальний механізм. Для приводу з

однотечтім балансиром характерним є розміщення опори на

закріпленому кінці балансира, а точки з'єднання шатуна з балансиром

- між головкою балансира й опорою. Урівноваження може бути як

вантажним, так і пневматичним за рахунок стискання повітря в

пневмоциліндрі з гідравлічним затвором. Повітря підпомповується в

систему врівноваження невеликим компресором.

У балансирних ВГ з великою довжиною ходу точки підвішування

штанг збільшено габаритні розміри окремих вузлів і всього

устатковання. Велика маса балансира створює великі інерційні

навантаження, які погіршують стійкість верстата.

У безбалансирних приводах зворотно-поступальний рух штанг

відбувається за допомогою ланцюга або, як правило, канатів,

перекинутих через шківи-зірочки, що закріплені на похилому до гирла

свердловини стояку-опорі, тобто в них відсутній балансир.

Безбалансирний верстат дає змогу збільшити довжину ходу гирлового

штока. Він працює на відміну від балансирного верстата за

симетричним циклом, що поліпшує умови роботи вузлів редуктора

верстата, а також колони насосних штанг. Безбшіансирні верстати

випускають серійно під шифрами ВБМ 3-1,8-700; ВБМ-6-3-2500 і

ВБМ-12-5-800, де В - верстат; Б - безбалансирний; М - механічної дії;

цифри означають те саме, що й у шифрі балансирного верстата.

Частота руху точки підвішування штанг для наведених верстатів

становить відповідно

5...

15;

6...

і5...10хв" .

Існують ШСНУ з гідроприводом. Відмітна особливість

гідроприводних ШСНУ - використання НКТ як урівноважувального

462

вантажу в поєднанні з об'ємним гідроприводом високого тиску.

Устатковання монтується у вигляді моноблоку безпосередньо на

фланці колони обсадних труб, тобто без будівництва спеціального

фундаменту. Як силовий орган використовують довгі гідравлічні

циліндри з рухомими в них поршнями. Поршень одного циліндра

з'єднано із колоною НКТ, а другого - із колоною штанг. Зворотно-

поступальний рух поршнів досягається за рахунок перемикання

золотниковим пристроєм запомповуваної поверхневим силовим

насосом рідини в порожнини циліндрів. У разі руху плунжера вниз

циліндр свердловинного насоса переміщується вверх і рідина

всмоктується. Колони НКТ і ШН переміщуються в протилежних

напрямах, а для цього потрібно встановлювати два сальникових

ущільнення на гирлі.

Обладнання гирла

Гирлове обладнання призначене для герметизації затрубного

простору, внутрішньої порожнини НКТ, відведення продукції

свердловини і підвішування колони НКТ. Гирлове обладнання

складається з гирлового сальника

12,

хрестовини 8

запірних кранів.

Самовстановлювані гирлові сальники виробляють двох типів: з

одним і двома ущільненнями. Тип сальника вибирають залежно від

ступеня газопроявів і висоти положення статичного рівня рідини у

свердловині. Гирловий сальник складається із самовстановлюваної

сальникової головки і трійника. Він герметизує вихід гирлового штока

за допомогою сальникової головки і забезпечує відведення продукції

через трійник. Трійник угвинчують у муфту НКТ. Відмітна

особливість сальника полягає в наявності просторового кульового

шарніру між головкою сальника і трійником. Кульове з'єднання

463

забезпечує самовстановлення сальника в разі неспіввісності

сальникового штока з віссю НКТ, що усуває однобічне зношування

ущільнення набивки і полегшує процес заміни набивки. Само-

встановлювані гирлові сальники розраховані на робочий тиск 4 МПа.

Колона НКТ підвішена на конусі у хрестовині і розміщена

ексцентрично відносно осі свердловини, що уможливлює опускання

приладів у затрубний простір через спеціальний гирловий патрубок

із

засувкою. Обладнання іншого типу містить муфтову підвіску НКТ.

Для перепускання газу із затрубного простору в промисловий

нафтотрубопровід і запобігання розливань нафти у випадку обриву

гирлового штоку передбачено

зворотні

клапани.

Насосні штанги

Штанги призначені для передавання зворотно-поступального руху

плунжеру насоса.

Штанга являє собою стрижень кругового перерізу. Випускають

штанги з легованих сталей діаметром (по тілу) 12,16,19,22,25,28 мм і

довжиною 8 м для нормальних і корозійних умов експлуатації. Для

регулювання довжини колони штанг з метою нормальної посадки

плунжера в циліндрі насоса є також укорочені штанга довжиною 1;

1,2;

1,5;2іЗм.

Штанги з'єднуються муфтами (з'єднувальними і перевідними). Для

цього кінці штанг мають потовщені головки з накатаною різзю і

квадратним перерізом для захоплення ключами.

Випускаються також порожнисті (трубчасті) штанги з труб

(зовнішній діаметр - 42 мм, товщина стінки - 3,5 мм) із привареними

до них головками (із труби діаметром 56 мм і товщиною стінки

мм).

їх використовують для експлуатації неглибоких (до 1200 м)

свердловин, в продукції

яких

міститься пісок.

464

Особлива штанга - це гирловий (сальниковий) шток (діаметр -

мм),

який з'єднує колону штанг із канатною підвіскою. Поверхня

його полірована (полірований шток).

Розробляється колона сталевих штанг, що намотуються на великий

барабан.

Штангові свердловинні насоси

Існує багато конструкцій ШСН. Розглянемо конструктивні

особливості насосів (семи типів і трьох виконань), які застосовують на

вітчизняних промислах за нормальних

ускладнених умов експлуатації

(рис.9.2). Вони забезпечують подавання

5,5...400

м /добу за глибини

підвішування насоса до 3500 м. За способом кріплення до колони НКТ

розрізняють свердловинні

насоси вставні

(НСВ)

і невставні

(НСН).

НС'В-1 НГВ-2 НГВ-1К21 НСВ-1ВД2 НСН-1 НСН-2 НГН-2

Рисунок 9.2- Схеми свердловинно-штангових насосів

Циліндр невставного (трубного) свердловинного насоса

приєднується до колони НКТ і разом із нею опускається у

свердловину. Плунжер НСН уводиться через НКТ у циліндр разом із

465

підвішеним до нього всмоктувальним клапаном на насосних штангах.

Щоб не пошкодити плунжера під час опускання, його діаметр беруть

меншим за внутрішній діаметр НКТ приблизно на 6 мм. Застосовувати

НСН доцільно у свердловинах із великим дебітом, невеликою

глибиною опускання і великим міжремонтним періодом. Щоб змінити

насос (циліндр), необхідно витягати штанги

труби.

У верхній частині плунжера невставного насоса НСН-1

розміщуються нагнітальний клапан і шток із перевідником під штанги.

До нижнього кінця плунжера за допомогою наконечника на

захоплювальному штоці вільно підвішується всмоктувальний клапан.

Під час роботи клапан садиться в сідло корпуса. Підвішувати

всмоктувальний клапан до плунжера необхідно для зливання рідини з

НКТ перед їх підніманням, а також для заміни клапана без піднімання

НКТ. Наявність захоплювального штока всередині плунжера обмежує

довжину його ходу, яка в насосах

НСН-1

не перевищує 0,9 м.

У невставному насосі НСН-2 на відміну від насоса НСН-1

нагнітальний клапан розміщено на нижньому кінці плунжера. Для

витягування всмоктувального клапана без піднімання НКТ

використовують вловлювач (байонетний замок), який прикріплюють

до сідла нагнітального клапана. Вловлювач має дві фігурні канавки для

зачеплення. У клітку всмоктувального клапана вгвинчено шпиндель

(укорочений шток) із двома потовщеними шпильками. Після посадки

всмоктувального клапана в сідло корпуса поворотом колони штанг на

один-два оберти проти ходу годинникової стрілки добиваються, щоб

шпильки шпинделя ковзали по канавках вловлювача і всмоктувальний

клапан від'єднувався від плунжера. Захоплення відбувається після

посадки плунжера на шпиндель під час повороту колони штанг за

ходом годинникової стрілки.

466

Невставний насос НСН-2 випускають із верхнім і нижнім

кріпленням циліндра до НКТ. У другому випадку циліндр насоса

нижнім кінцем встановлюють у муфту НКТ за допомогою

перехідника, а верхній його кінець вільний, тобто циліндр

розвантажений.

Максимальна глибина опускання невставних насосів НСН-2 із

нижнім кріпленням порівняно з насосами

НСН-1,

а також із насосами

НСН-2 з верхнім кріпленням збільшується відповідно з 1200 і 1500 м

до 2200 м.

Вставний свердловинний насос

НСВ у зібраному вигляді опускають

усередину НКТ на штангах. Кріплення (посадка та ущільнення) насоса

НСВ відбувається у замковій опорі, яка попередньо опускається на

НКТ (замкові опори виготовляють із пружинними або

малогабаритними якорями). Насос витягують із свердловини під час

піднімання лише колони штанг. Тому насоси НСВ доцільно

застосовувати у свердловинах з невеликим дебітом за великих глибин

опускання.

Насос НСВ-1 складається із циліндра, плунжера, замка, клапанів

нагнітального, всмоктувального та протипісочного. Всмоктувальний

клапан угвинчено в нижній кінець циліндра, а нагнітальний - у нижній

кінець плунжера. Для підвищення надійності та довговічності насоса ці

клапани виконано подвійними парами "сідло - кулька". Зверху

плунжера передбачено шток із перехідником під штанги. Замок і

протипісочний клапан розміщено у верхній частині циліндра.

Насос НСВ-2 на відміну від насоса НСВ-1 має замок у нижній

частині циліндра. Насос садиться на замкову опору нижнім кінцем.

Тим самим уможливлюються звільнення циліндра насоса від

циклічного розтягувального навантаження та істотне збільшення

глибини підвішування насосів. Якщо максимальна глибина опускання

467

насосів НСВ-1 не перевищує 2500 м, то для насосів НСВ-2 вона

становить 2500...3000 м.

Для експлуатації свердловин в ускладнених умовах розроблено

насоси спеціальних типів або виконань. Для відпомповування рідини з

об'ємним вмістом піску до 0,2% надійнішим є насос виконання

НСВ-1П, який на відміну від насоса НСВ-1 має одинарні клапани із

сідлами з твердого стопу ВГ6-В. Для відпомповування рідини з

об'ємним вмістом піску понад 0,2% призначений насос виконання

НСН-2Т з трубчастими штангами (відпомповувана рідина з-під

плунжера надходить у порожнисті штанги і по них піднімається на

поверхню).

Для експлуатації свердловин обводнених (понад 99%) і зі значними

піскопроявами (понад 0,2%) розроблено насоси виконання НСВ-ІВ і

НСВ-2В,

в яких встановлено вузли верхнього та нижнього захисту з

еластичними комірами, які запобігають потрапляння піску в зазор між

плунжером і циліндром. Усередині плунжера встановлено сепаратор

для відокремлення нафти з відпомповуваної рідини і змащування нею

тертьових поверхонь плунжерної пари.

Для відпомповування високов'язкової (до 300 мПа-с) рідини

призначено диференціальний насос однобічної дії НСВ-Г, який

складається з двох спарених насосів, один з яких (верхній) є робочим, а

другий створює додаткове зусилля для проштовхування плунжера в

циліндрі під час ходу вниз.

На відміну від насоса НСВ-Г насос НСВ-Д на нижньому кінці

нижнього циліндра має ще один всмоктувальний клапан, який створює

камеру стискання газованої рідини. Під час ходу плунжерів уверх

заповнюється об'єм нижнього циліндра і в кільцевому просторі

дотискується газована рідина. Під час ходу вниз одна частина рідини з

нижнього циліндра перетікає в піднімальні труби, а інша заповнює

кільцевий простір. Така конструкція забезпечує роботу насоса за

468

об'ємного вмісту вільного газу на вході не більше 25%, а для інших

конструкцій допустимий об'ємний вміст вільного газу має не

перевищувати 10%.

Насосом НСН-А виконують форсований відбір рідини із

свердловин через НКТ, внутрішній діаметр яких є меншим за діаметр

плунжера. Це досягається особливою його конструкцією - наявністю

автозчепу, який складається із зчепу та захоплювача, і зливного

пристрою.

Циліндри насосів бувають втулковими (зібраними із коротких

сталевих або чавунних втулок у корпусі) і безвтулковими (із суцільної

сталевої труби). Плунжери виготовляють із сталевих труб довжиною

1,2; 1,5 і 1,8 м. Зовнішня поверхня плунжера і внутрішня поверхня

втулок відполіровані. Залежно від вмісту механічних домішок у

відпомповуваній рідині застосовують гладкі або з кільцевими

канавками на зовнішній поверхні (типу "піскозголювач") плунжера.

Насоси виготовляють чотирьох груп посадок (0; 1; 2; 3) із зазором

між плунжером і циліндром, який не перевищує відповідно 0,045;

0,02...0,07; 0,07...0,12; 0,12...0,17 мм. Чим більша в'язкість рідини, тим

вищою беруть групу посадки.Для відпомповування рідини з високою

температурою або з підвищеним вмістом піску та парафіну

рекомендується використовувати насоси третьої групи посадки, а за

великої глибини опускання - із меншим зазором.

Умовний розмір насосів (за діаметром плунжера) і довжина ходу

плунжера є у межах: для НСВ - відповідно 28...55 мм і

1,2...5

м, а для

НСН-28...93ммі0,6...4,5м.

Насос вибирають з урахуванням складу відпомповуваної рідини

(наявності піску, газу та води), її властивостей, дебіту та глибини

його опускання, а діаметр НКТ - залежно від типу й умовного

розміру насоса.

469

§ 9.2 Подавання штангового насосного устатковання і чинники,

які впливають на нього

Подавання устатковання

Оскільки під час ходу плунжера вниз штанги входять усередину

циліндра насоса, то із циліндра при цьому витісняється рідина об'ємом

а під час ходу плунжера вверх - об'ємом

V2 =

(F-fui)

S,%eF-

площа поперечного перерізу плунжера (циліндра)

насоса;

- площа

поперечного перерізу штанг; S - довжина ходу гирлового (полірова-

ного) штока, яку тут беруть такою, що дорівнює довжині ходу

плунжера S

За повний (подвійний) хід (вверх

вниз) гирлового штока подавання

насоса

(

пх

= V

{

=fuS+{F-f

)S=FS.

За п ходів (гойдань головки балансира) хвилинне подавання

=FSn.

Помноживши результат на кількість хвилин у добі,

дістанемо

теоретичне подавання

насоса:

=№0FSn. (9.1)

Але дійсне (фактичне) подавання Q насоса, яке вимірюють на

поверхні, як правило, менше за теоретичне подавання Q

Відношення

дійсного подавання до теоретичного називають коефіцієнтом

подавання штангового насоса o^

Q/Q

. Тоді дійсне подавання

штангово-насосного устатковання

1440 FSn а

(9.2)

Коефіцієнт подавання

0Сп

змінюється в межах від нуля до одиниці. У

свердловинах, в яких проявляється так званий фонтанний ефект,

тобто в частково фонтануючих через насос свердловинах, а

> 1.

470