Общая схема штанговой насосной установки, ее элементы и назначение

Общая схема штанговой насосной установки, ее элементы и назначение

Штанговая насосная установки ШНУ состоит из наземного и подземного оборудования. Подземное оборудование включает: штанговый скважинный насос (ШСН) со всасываю­щем клапаном / (неподвижный) на нижнем конце цилиндра и нагнетательным клапаном 2 (подвижный) на верхнем конце поршня-плунжера, насосные штанги 3 и трубы.

Кроме того, подземное оборудование может включать раз­личные защитные устройства (газовые и песочные якори, хво­стовики), присоединяемые к приемному патрубку ШСН и улуч­шающие его работу в осложненных условиях (песок, газ).

В наземное оборудование входит станок-качалка (СК), со­стоящий из электродвигателя 9, кривошипа 7, шатуна 8, балан­сира 6, устьевого сальника 5, устьевой обвязки и тройника 4.

Станок-качалка сообщает штангам возвратно-поступатель­ное движение, близкое к синусоидальному. СК имеет гибкую канатную подвеску для сочленения с верхним концом поли­рованного штока и откидную или поворотную головку балан­сира для беспрепятственного прохода спуско-подъемных меха­низмов (талевого блока, крюка, элеватора) при подземном ре­монте.

Балансир качается на поперечной оси, укрепленной в под­шипниках, и сочленяется с двумя массивными кривошипами 7 с помощью двух шатунов 8, расположенных по обе стороны редуктора. Кривошипы с подвижными противовесами могут пе­ремещаться относительно оси вращения главного вала редук­тора на то или иное расстояние вдоль кривошипов. Противо­весы необходимы для уравновешивания СК.

Редуктор с постоянным передаточным числом, маслоза-полненный, герметичный имеет трансмиссионный вал, на од­ном конце которого предусмотрен трансмиссионный шкив, со­единенный клиноременной передачей с малым шкивом электро­двигателя 9. На другом конце трансмиссионного вала имеется тормозной барабан. Опорный подшипник балансира укреплен на металлической стойке-пирамиде.

Все элементы станка-качалки — пирамида, редуктор, элек­тродвигатель — крепятся ..к единой раме, которая закрепляется на бетонном фундаменте. Кроме того, все СК снабжены тор­мозным устройством, необходимым для удержания балансира и кривошипов в любом заданном положении. Точка сочленения

шатуна с кривошипом может менять свое расстояние относительно центра вращения перестановкой пальца кривошипа в то или иное отверстие, которых для этого преду­смотрено несколько. Этим достигается сту­пенчатое изменение амплитуды, качаний ба­лансира, т. е. длины хода штанг.  Поскольку редуктор имеет постоянное передаточное число, то изменение частоты качаний достигается только изменением пе­редаточного числа клиноременной трансмис­сии и сменой шкива на валу электродвига­теля на больший или меньший диаметр.

Рекомендуемые материалы

Промышленностью   выпускается    большое число   станков-качалок    различных   типораз­меров   (так    называемый    нормальный   ряд) грузоподъемностью на головке балансира от 10 до 200 кН, в соответствии с широким диа­пазоном глубин и дебитов  скважин, которые приходится   оборудовать    штанговыми   уста­новками  (ШСНУ). Типоразмеры СК и их основные параметры регламентиру­ются госстандартом.

Штанговый скважинный насос состоит из длинного (2 — 4 м) цилиндра той или иной конструкции. На нижнем конце цилин­дра укреплен неподвижный всасывающий клапан, открывающийся при ходе вверх. Цилиндр подвешивается на трубах. В нем помещается поршень-плунжер, выполненный в виде длиной (1 – 1,5 м) гладко обработанной трубы, имеющей нагнетательный клапан, так же открывающийся вверх. Плунжер подвешивается на штангах. При движении плунжера вверх жидкость через всасывающий клапан под воздействием давления на приеме насоса заполняет внутреннюю полость цилиндра. При ходе плунжера вниз всасывающий клапан закрывается, жидкость под плунжером сжимается и открывает нагнетательный клапан. Таким образом, плунжер с открытым клапаном погружается в жидкость. При очередном ходе вверх нагнетательный клапан под давлением жидкости, находящейся над плунжером, закрывается. Плунжер превращается в поршень и поднимает жидкость на высоту, равную длине хода  (0,6 – 6м ). Накапливающаяся под плунжером жидкость достигает устья скважины и через тройник поступает в нефтесборную сеть.

10.04.2002. КОЭФФИЦИЕНТ ПОДАЧИ ШТАНГОВОГО ГЛУБИННОГО НАСОСА.

Q_т = 1440F × S × n,   м³/сут          (1)

n – число двойных ходов в минуту

1440 – число минут в сутках

F – площадь сечения цилиндра

S – длина хода

Q_т – теоретическая подача

КОЭФФИЦИЕНТ ПОДАЧИ                                               (2)

                                               h = h₁ × h₂ × h₃ × h₄  

h₁ – коэффициент наполнения;

h₂ – коэффициент потери длины хода плунжера;

h₃ – коэффициент утечек;

h₄ – коэффициент усадки(усадки нефти на поверхности по сравнению со скважинным объемом).

Коэффициент наполнения: при наличии свободного газа на приеме насоса часть объема цилиндра насоса заполняется газом. Вследствие этого снижается подача жидкости, а степень её снижения характеризует коэффициент наполнения.   

                Чтобы уменьшить вредное влияние свободного газа на работу насоса, применяют специальные устройства – газовые якоря.

КОЭФФИЦИЕНТ ПОТЕРИ ДЛИНЫ ХОДА ПЛУНЖЕРА.  Потеря хода плунжера возникает вследствие упругих деформаций колонны штанг при растяжении.

КОЭФФИЦИЕНТ УТЕЧКИ.  Утечки происходят в зазоре между плунжером и цилиндром, в клапанах, а также в резьбовых соединениях колонны НКТ.

КОЭФФИЦИЕНТ УСАДКИ.  

Штанговые насосы бывают различной конструкции.

Выделяют две основные группы:  не вставные и вставные насосы.

                У не вставных насосов цилиндр спускается на НКТ. Для смены насоса необходимо вначале извлечь плунжер, который поднимают на штангах, а затем – цилиндр. Его поднимают на поверхность, извлекая НКТ.

                Существуют конструкции с ловителем и штоком.

                Конструкция с захватным штоком обеспечивает надежное извлечение клапана, однако при добыче нефти со значительным содержанием газа происходит существенное снижение коэффициент наполнения, это вызвано большим объемом мертвого пространства между всасывающим и нагнетательным клапанами.

                При ходе плунжера вверх газ расширяется и разрежение в приемной камере насоса достигается существенно позже.

                В насосах с ловителем мертвое пространство минимально, однако в реальных скважинных условиях поймать клапан не так то и просто…

Рекомендуем посмотреть лекцию "43 Избрание на польский престол Сигизмунда Ш Вазы".

                Применение вставных насосов позволяет существенно снизить затраты на спускоподъемные операции, так как насос спускается на штангах.

                Однако для того, чтобы насос целиком извлекался на поверхность, необходимо, чтобы наружный диаметр  цилиндра был меньше, чем внутренний диаметр НКТ.  Это ограничивает подачу вставных насосов.

                В промысловых условиях нормальным значением коэффициента подачи считается величина не менее 0,6.

                Иногда, если скважина фонтанирует через насос, значения коэффициента подачи могут быть больше 1.  Одним из диаметров, негативно влияющим на надежность насоса, является наличие песка в откачиваемой жидкости.

                Для защиты насоса в этом случае применяются песочные якоря.