Никишенко С.Л. Нефтегазопромысловое обрудование

Подождите немного. Документ загружается.

Министерство энергетики Российской Федерации

УПРАВЛЕНИЕ КАДРОВ И СОЦИАЛЬНОЙ ПОЛИТИКИ

Никишенко С.Л.

Нефтегазопромысловое

оборудование

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

2-Е ИЗДАНИЕ

Допущено Управлением кадров

и социальной политики Минэнерго России

в качестве учебного пособия для студентов

средних специальных учебных заведений

нефтегазового профиля

I—ШШШь

Чайковского

! пломышленно-гуманигарного

[^ колледжа

Издательство «Ин-Фолио»

Волгоград - 2008

УДК 665.5

ББК 35.514-5Я73

Н583

Рецензенты:

Покрепин Б. В. - преподаватель Жирновского нефтяного техникума,

член совета учебно-методического кабинета по горному,

нефтяному и энергетическому образованию;

Гомер В. В. - главный механик Жирновского НГДУ

ОАО «Лукойл Нижневолжскнефть»;

Коземаслов В. В. - преподаватель спецдисциплин

Октябрьского нефтяного колледжа;

Малинский В. Ю. - преподаватель Ишимбайского нефтяного

колледжа.

Никишенко С. Л.

Нефтегазопромысловое оборудование: Учебное пособие. - Вол-

гоград: Издательство «Ин-Фолио», 2008. - 416 с: ил.

ISBN 978-5-903826-02-5

В пособии рассмотрены теоретические основы работы объемных и дина-

мических насосов и компрессоров, применяемых на нефтяных и газовых про-

мыслах: представлено оборудование фонтанных, газлифтных и глубин-насос-

ных скважин; описаны установки, агрегаты и инструменты, в том числе и ло-

вильные, для ремонта скважин, оборудование для технологических процес-

сов и механизации работ. Автор приводит необходимые сведения по ремонту,

монтажу и техническому обслуживанию оборудования по безопасности экс-

плуатации машин и механизмов.

Учебное пособие предназначено для студентов и преподавателей средних

специальных учебных заведений.

УДК 665.5

ББК35.514-5Я73

ISBN 978-5-903826-02-5 © С. Л. Никишенко, 2008

«Линия График Кострома», 2008

ПРЕДИСЛОВИЕ

В данном учебном пособии все разнообразие нефтегазопромысло-

ого оборудования систематизировано по определенному принципу.

В первых трех разделах рассматриваются гидравлические маши-

ны и компрессоры: гидравлика насосных и компрессорных устано-

вок принцип подбора оборудования, регулирование его работы и эк-

сплуатация.

Большую часть учебного пособия составляет четвертый раздел

«Оборудование для эксплуатации скважин», в котором рассмотрено

оборудование для фонтанной и газлифтной эксплуатации скважин,

где наибольшее внимание уделено установкам для механизирован-

ной добычи нефти, а также представлены конструкции установок,

описана область их применения, приведены расчеты и подбор как

наземного, так и подземного оборудования, монтаж и техническое

обслуживание этих установок.

Независимо от способа эксплуатации месторождения на скважи-

нах, в случае необходимости, производят подземный или капиталь-

ный ремонт. Для проведения работ, связанных с этими операциями,

применяются агрегаты и подъемники, оборудование и инструмент,

которые подробно описаны в пятом разделе. Достаточное внимание

здесь уделено изучению конструкций различных агрегатов, принци-

пу их работы и рассмотрению кинематических схем. Конечно, по мере

развития техники и технологий проведения ремонтов скважин какие-

то агрегаты, оборудование и инструменты будут морально и физи-

чески устаревать, на смену им будет создаваться более современная

техника, но, изучив представленные конструкции, легко можно бу-

дет разобраться и в новых.

В шестом и седьмом разделах учебного пособия приведено обо-

рудование для механизации работ и проведения технологических

процессов: рассмотрено наземное оборудование, его внешний вид,

конструкция, принцип работы, область применения и в некоторых

случаях кинематическая схема.

В учебном пособии не приводятся технические характеристики

оборудования, так как это привело бы к резкому увеличению объема

пособия.

Тема 1

Насосы объемного действия

Насос - это гидравлическая машина, предназначенная для пре-

образования механической энергии двигателя, приводящего его в дей-

ствие, в гидравлическую энергию перекачиваемой жидкости.

Основные особенности объемных насосов следующие:

1. Наличие рабочих камер (полостей), периодически сообщаю-

щихся с всасывающим и нагнетательным патрубками.

2. Нагнетательный патрубок геометрически изолирован от всасы-

вающего.

3. Подача перекачиваемой жидкости неравномерная.

4. Количество жидкости, подаваемой насосом, не зависит от раз-

виваемого давления.

5. Максимальный развиваемый напор теоретически не ограничен

и определяется мощностью двигателя, прочностью деталей насоса

и нагнетательного трубопровода.

Объемные насосы применяют для извлечения из скважин нефти,

перекачивания нефти по трубопроводам, подачи в скважины различ-

ных реагентов. Помимо этого насосы объемного действия применя-

ют при промывке и обработке скважин, гидравлическом разрыве пла-

ста, т.е. тогда, когда необходимо перекачивать сравнительно неболь-

шой объем жидкости, содержащий абразивную взвесь, растворенный

газ, химически активные компоненты.

Вопрос 1.1. Классификация поршневых насосов

1. По способу приведения в действие:

1.1. Приводные, в которых поршень приводится в движение ша-

тунно-кривошипным механизмом от отдельно расположенного двига-

теля, присоединенного к насосу при помощи той или иной передачи;

1.2. Прямого действия, в которых возвратно-поступательное дви-

жение поршня насоса обеспечивается от гидравлического (пневмати-

ческого) цилиндра, представляющих вместе с насосом один агрегат;

1.3. Ручные.

2. По роду органа, вытесняющего жидкость:

2.1. Поршневые (рис. 1.1. а, в, г), имеющие поршень в форме диска;

2.2. Плунжерные (рис. 1.1. б), поршень которых выполнен в виде

длинного цилиндра (плунжера);

2.3. Диафрагменные (рис. 1.1. д, е, ж), в которых объем рабочей

камеры образован стенками клапанной коробки и перемещающейся

диафрагмой. В зависимости от конструкции диафрагма может быть

пассивной (рис. 1.1. д, е) или активной (рис. 1.1. ж).

-4-

t 2 3 4 5

Рис. 1.1. Схемы поршневых насосов

-5-

3. По способу действия:

3.1. Одинарного действия (рис. 1.1. а, б);

3.2. Двойного действия (рис. 1.1. в);

3.3. Дифференциальные (рис. 1.1. г).

4. По расположению цилиндра:

4.1. Горизонтальные;

4.2. Вертикальные.

5. По числу цилиндров:

5.1. Одноцилиндровые;

5.2. Двухцилиндровые;

5.3. Трехцилиндровые;

5.4. Многоцилиндровые.

6. По роду перекачиваемой жидкости:

6.1. Обыкновенные;

6.2. Горячие (для перекачки горячих жидкостей);

6.3. Буровые (для перекачки промывочных растворов при буре-

нии скважин и др.);

6.4. Специальные (кислотные и др.).

7. По быстроходности рабочего органа:

7.1. Тихоходные, с числом двойных ходов поршня (плунжера)

в минуту 40-80;

7.2. Средней быстроходности, с числом двойных ходов поршня

(плунжера) в минуту 80-150;

7.3. Быстроходные, с числом двойных ходов поршня (плунжера)

в минуту 150-350.

8. По развиваемому давлению:

8.1. Малого давления Р < 1МПа;

8.2. Среднего давления Р = 1...10МШ;

8.2. Высокого давления Р > ЮМПа.

9. По подаче:

9.1. Малые, диаметр поршня D < 50мм;

9.2. Средние, диаметр поршня D - 50...150мм;

9.3. Большие, диаметр поршня D > 150мм.

Вопрос 1.2. Принцип работы поршневого насоса

В поршневом насосе, перекачивающем жидкость, происходит по-

очередное заполнение жидкостью рабочих камер и ее вытеснение

в результате соответственно увеличения или уменьшения их объема.

Поршневые насосы состоят из механической и гидравлической

частей.

Гидравлическая часть служит для преобразования механической

энергии поршня или плунжера в механическую энергию жидкости.

-6-

-7-

полости, вытекает в нагнетательный патрубок. При движении порш-

ня вправо всасывание происходит в левой полости, а нагнетание - из

правой, т. е. каждая камера работает как насос простого действия.

Дифференциальный насос (рис. 1.1. г) имеет также две камеры.

Левая камера имеет всасывающий 2 и нагнетательный 1 клапаны,

правая вспомогательная камера клапанов не имеет. При движении

поршня 5 вправо в левой камере происходит всасывание - жидкость

через всасывающий клапан 2 поступает из всасывающего патрубка

в левую рабочую камеру. Нагнетательный клапан 1 при этом закрыт,

а жидкость, вытесняемая из правой вспомогательной рабочей каме-

ры, поступает в нагнетательный патрубок. При ходе поршня влево

жидкость вытесняется через нагнетательный клапан 1 во вспомогатель-

ную камеру 9, объем которой увеличивается, а оставшаяся часть жид-

кости идет в нагнетательный патрубок. Таким образом, независимо от

направления движения поршня происходит подача жидкости.

Диафрагменные насосы (рис. 1.1. д, е, ж) отличаются от рассмат-

риваемых конструкций наличием диафрагмы 10, образующей вместе

с корпусом и клапанами рабочую камеру насоса.

Работа диафрагменного насоса (рис. 1.1. д, е) аналогична работе

насоса одинарного действия: при движении плунжера 8 вправо про-

исходит изменение объема рабочей камеры, диафрагма прогибается,

перекачиваемая жидкость поступает через всасывающий клапан

в рабочую камеру. При движении плунжера влево объем рабочей ка-

меры уменьшается и перекачиваемая жидкость через напорный кла-

пан вытесняется в нагнетательный патрубок.

В зависимости от конструкции насоса различаются «пассивные»

и «активные» диафрагмы. В первом случае (рис. 1.1. д, е) диафрагма

предназначена только для разделения перекачиваемой жидкости

и жидкости, передающей энергию от плунжера. При этом перепад дав-

лений на диафрагме минимальный и обусловлен потерями энергии

на ее деформацию. Во втором случае (рис. 1.1. ж) диафрагма переда-

ет усилие от штока 6 на жидкость и находится под давлением, разви-

ваемым насосом. Малая прочность диафрагм и их низкая усталост-

ная прочность обусловливают применение «пассивных» диафрагм

в насосах, работающих при высоких давлениях и малом числе кача-

ний, и «активных» диафрагм в насосах, обеспечивающих низкие дав-

ления при большом числе качаний (топливные системы ДВС).

Вопрос 1.3. Закон движения поршня насоса

Закон движения поршня насоса обусловлен кинематикой криво-

шипно-шатунного механизма (рис. 1.2. а)

Вал кривошипа приводится во вращение двигателем с постоян-

ной угловой скоростью ю. При повороте кривошипа на угол а пор-

шень переместится от крайнего левого положения В' на величину

-8-

Рис. 1.2. Кривошипно-шатунный механизм

х = ОВ-ОВ

Угол поворота а выражен в радианах. Взяв первую производную

от него, получим угловую скорость:

В результате,

(1.2)

Ускорение поршня равно первой производной от скорости по вре-

мени t

(1.3)

Из полученных выражений следует, что скорость движения пор-

шня изменяется по синусоидальному закону, а ускорение - по коси-

нусоидальному.

При движении поршня (рис. 1.2. б) от левого крайнего положе-

ния В'скорость его увеличивается и достигает максимума при верти-

кальном положении кривошипа (угол ; ). При даль-

нейшем перемещении поршня к правому крайнему положению ско-

рость его убывает и равна нулю при ос = п. При повороте кривошипа

на угол 71 описанный процесс возрастания и убывания скорости по

абсолютной величине повторяется, но направление скорости при этом

противоположное.

Закон изменения ускорения (рис. 1.2. в) поршня характеризуется

косинусоидальной зависимостью, т. е. максимальное ускорение со-

ответствует углу поворота кривошипа , при увеличении а оно

убывает и в момент достижения поршнем максимальной скорости ста-

новится равным нулю. При дальнейшем повороте кривошипа ско-

рость движения поршня уменьшается, ускорение становится отри-

цательным и достигает своего минимального значения при останов-

ке поршня в крайнем правом положении, после чего поршень начи-

нает разгоняться и весь процесс повторяется.

Вопрос 1.4. Средняя подача поршневых насосов

всех типов

Подачей насоса называется количество жидкости, нагнетаемое

насосом за единицу времени.

Средняя теоретическая подача поршневого насоса определяется

суммой объемов описываемых поршнями в единицу времени.

Примем следующие обозначения:

F - площадь сечения поршня или плунжера в м

;

S - длина хода поршня в м;

п - число двойных ходов поршня в минуту;

-10-