Осымша әдебиеттер 12 [бет. 53-91]

Бақылау сұрақтары:

1. Штангалы тербелмелі-станоктарды пайдаланудағы кемшіліктер қандай?

2. ҰШСҚ қандай тораптардан тұрады?

3. Жүру ұзындығы қалай өзгереді?

4. Теребеліс санын қалай өзгертеміз?

5. Теңестіру не үшін жасалады?

6. Динамометрлеу не үшін жасалады?

7. Теңестірдің түрлерін атаңыз.

8. Балансирсіз ТС дегеніміз не?

9. Құбырлы сораптың артықшылығы қандай?

10. Отырғызылатын сораптың артықшылығы неде?

11. ҰШСҚ қозғалқышының қандай түрлері бар?

12. Штанганың іліну жүктемесіне қандай күш әсер етеді?

Дәріс 12. Штангасыз сорап қондырғылары

Кен орны игеру өндірілетін сұйықты үнемі алу нәтижесінде қабат қысымы азайып, өндірілген сұйықтың сулануы көбейеді, алынатын қоспада газдың салыстырмалы мөлшері кемиді де, ұңғыдан алынатын сұйықтың деңгейі төмендейді. Фонтандық әдісті қолдану жүзеге аспайды, ал компрессорлы әдіс тиімді болмайды, соның әсерінен мұнайды сорапты әдіспен өндіруге көшеді.

Штангасыз сораптарда ұңғылық сорап және ұңғылық сораптың жетектеушісі болады да, олар бір-бірімен тікелей байланысады. Сораптың жетектеушісіне энергия кабельмен (электро- жетектеуші болған кезде) немесе құбырмен (гидро- немесе пневмо-жетектеуші болған кезде) жеткізіледі.

Жетектеуші мен штангасыз сораптың арасында ұзын механикалық қатынас болмағандықтан, штангасыз сорап штангалы сораптарға қарағанда қуаты едәуір үлкен болады. Бұл кейбір штангасыз сораптардың түрлерімен сұйықты үлкен мөлшерде алуға мүмкіншілік береді. Мұндай сораптарға ең біріншіден электрлі жетектеушісі бар батырмалы ортадан тепкіш сораптар жатады.

12.1. Суретте кең таралған белгілі штангасыз сорап қондырығыларының қысқаша классификациясы берілген.

Қалақты, көлемді және инжектерлі сорап үлгілерінің және конструкцияларының әр түрлі болып келуі ұңғылық агрегаттардың штангасыз сораптарының түрлерінің көп болатынын көрсетеді. Тек қана золотникті реттеулі көлемді поршеньді жетектеушісі бар поршеньді сораптардың 1000-нан аса үлгілері бар.

Қазіргі кезде қолданыста немесе өндірістік сынауда 10-ға таман әр түрлі сорап түрлері қолданады. Олардың негізгілері – электрлі жетектеуші ортадан тепкіш, бұрандалы (винтовые), поршеньді (диафрагмалық) және гидропоршеньді, ағынды гидрожетектеулі болып келеді.

Штангасыз сорап қондырғыларында сорап және жетектеушіден басқа басқаруға, энергия тасымалдауға арналған т.б. жабдықтар бар.

Сурет 12.1.Мұнай өндіру үшін арналған штангасыз сораптардың классификациясы

ЭОС (ЭЦН) қондырғының торабтарының (узел) құрамы және орналасуы 12.2-суретте көрсетілген.

Сурет 12.2. Электрлі жетектеуші ортадан тепкіш сорап қондырғысы:

1-электроқозғалтқыш; 2-гидрооқшаулау; 3-сорап; 4-кабельді желі; 5-трансформатор; 6- түсіру клапаны; 7- белбеу; 8-сорапты-компрессорлы құбыр; 9-ұңғы сағасының жабдығы; 10-кабельді қосу пункті; 11-кері клапан; 12-газосепаратор; L және D₁–сорапты агрегаттың ұзындығы және диаметральды габариті; D₂-СКҚ резьбасының диаметрі.

Ұңғылық сорап көпсатылы болып келеді және де 80-нен 500-ге дейін сатыға ие болуы мүмкін.

Сұйық сорапқа оның төменгі жағында орналасқан тор арқылы түседі. Тор қабат сұйығының фильтрациясын қамтамасыз етеді. Сорап сұйықты ұңғыдан СКҚ -ға жеткізеді. Батырмалы электроқозғалтқыш – май толтырылған және герметизацияланған. Оның ішіне қабат сұйығының өтпеуі үшін гидрооқшаулау торабы бар. Қозғалтқыш білігі гидрооқшаулау білігімен қосылып, сол арқылы сорап білігімен байланыста болады. Асинхронды электроқозғалқыштарды қолданған кезде олардың біліктерінің айналу жиілігі 2800-2950 мин^-1 –ге тең болады.

Құрамында көп мөлшерде газы бар сұйықты соруға арналған қондырғылар сорапты-газосепараторлы модульдармен жабдықталады.

Жоғарғы беттен электроэнергия қозғалтқышқа кабель арқылы беріледі.

СКҚ -ның жанында домалақ, ал сорап қондырығының жанында жалпақ кабель қолданылады. Жалпақ кабельдік қолдануы сораптың және қозғалтқыштың диаметрін үлкейтуге мүмкіндік береді, бұл энергетикалық көрсеткіштер тұрғысынан пайдалы болып есептеледі.

Тәжірибе көрсеткендей сорап қондырғысы мен шегендеуші құбырдың арасындағы минимальды саңылау 6 мм-ге тең етіп алынады. Шегендеу құбырларының ішкі өлшемдеріне және қабылданған саңылауға қарай батырмалы агрегаттың габариттерін таңдап алады.

Сораптың, қозғалтқыштың және тоқ өткізгіш жалпақ кабельдің орналасуының үш түрлі нұсқасы болуы мүмкін, соған байланысты батырмалы агрегаттың габариті анықталады. (сурет 12.3)

Сурет 12.3 Ұңғылы сорап қондырығының құрастыру үлгісі

Бірінші жағдайда (сурет 12.3,а) батырмалы агрегаттың габариті А_max қозғалтқыштың диаметріне D_д тең, ал насостың диаметрі D_н және жалпақ кабельдің қалыңдығы h_k қозғалтқыш габаритіне дәл келеді. Осы жағдайда электроқозғалтқыштың үлкен қуаты мен жоғары ПӘК-ін алуға болады. Бірақ сұйықтың максимальды өнімділігі азаяды, өйткені ортадан тепкіш сораптың өнімділігі жұмыстық дөңгелектің диаметрінің кубына тура пропорционал болады, яғни Q= f (D_h³).

Үшінші жағдайда (сурет 12.3, в) D_н= D_д, ал батырмалы агрегаттың габариті қозғалтқыштың (немесе сораптың), жалпақ кабельдің және қорғаныс жабдықтарының (қорғау кожухтары және қырлары) өлшемдерінің қосындысына тең. Тораптардың орналасуының көрсетілген нұсқасында ортадан тепкіш сораптың өнімділігі жоғары болады, бірақ электроқозғалтқыштың қуаты азаяды. Отандық және дүниежүзілік тәжірибеде көбінесе аралық нұсқа қолданады (сурет 12.3, б). Мұнда А_max D_д D_н.

Сораптың және қозғалтқыштың диаметрлері сораптың және қозғалтқыштың ПӘК-тері ең тиімді қатынасына қарай анықталады, сонымен бірге құбырдағы және кабельдегі ең минимальды шығын қамтамасыз етілуі керек.

Кей жағдайларда жалпақ кабельді түсірілімнің бүкіл тереңдігінде және НКТ-ның жанында да қолданады. Бұл жағдайда кабельдің дұрыс орналасуын бақылап отыру керек, өйткені, егер ол құбырларға қабырғасының қырымен тұрса, ол түсірілім кезінде зақымдануы мүмкін.

Жалпақ кабельдің ортада орналасқан желісінің қызып кетпеуін қамтамсыз ету керек, өйткені көп жағдайларда сорып алынатын сұйықтың температурасы жоғары болғандықтан, ортадағы желінің электрлі изоляциясы жанып кетіп қондырғының кабель байланысты істен шығуы орын алады.

Трансформаторды токтың кернеуін жоғарлату үшін қолданады, ол әдетте кәсіпшілік желіден алынады (кернеуі 380В). Қозғалтқыштың кернеуі көбінесе жоғары болады (400-2000 В және одан жоғары). Сонымен бірге трансформатор ұзын кабельдегі кеміген кернеудің орнын толтыру үшін қажет болады.

Басқару станциясы арқылы қондырғыны берілген программамен автоматты немесе тікелей қолмен қосуға немесе сөндіруге болады және оны төтенше жұмыс режимінде де сөндіруге болады. Одан басқа станция токтың күшін және кернеуін көрсететін аспаптарға ие, ал кей модификацияларда одан да көп сипаттамаларды көрсетеді (мысалыға –кабель изоляциясның кедерігісін). Қазіргі заманғы басқару станциялары жүйенің қажетті жұмыс режимін “қабат-ұңғы-сорап қондырғысы” қолдап тұруға, одан басқа ЭОСҚ-ның (УЭЦН) диагностикасын жүргізуге мүмкіндік береді.

12.4-суретте ресейлік мұнай өндіруге арналған электржетектеуші ортадан тепкіш сораптардың шартты белгілер келтірілген. Әр қондырғының өзінің шифры бар, мысалы, УЭЦН5А-500-800: мұнда 5 саны шегендеуші колоннаның диаметрін бейнелейді (5 ол диаметрі 122 мм-ге сәйкес келеді, 5А-130мм); екніші сан 500-сораптың тәуліктік өнімділігін көрсетеді (м³/тәу), ал үшінші сан 800 - метрмен алғандағы сорап тегеурінінің жуық шамасы.

Сораптың, газосепаратордың және қозғалтқыштардың құрастыру ұзындығы 25м және одан да көп болу мүмкін. Мұның бәрі ешбір өзгертушісіз жұмыс істеп тұратын жағдайдағы біліктің айналу жиілігінің ең үлкен мәнін қабылдауға мәжбүр етеді. Токтың жиілігі 50 Гц болғанда айналу жиілігі синхронды болғанда- 3000 мин^-1, ал сырғанауды есепке алғанда 2800-2950 мин^-1. Ротордың айналу жиілігін жоғарлату арқылы ортадан тепкіш сораптың жұмыстық сатының берілісін және қысымын үлкейту үшін батырмалы қозғалтқыштардың арнайы жабдықтары немесе электроқозғалтқышты қоректендіретін токтың жиілігін түрлендіргіштер пайдаланылады.

Сурет 12.4. Ресейлік мұнай өндіруге арналған электржетектеуші ортадан тепкіш сораптардың шартты белгілерінің құрылымы

Сораптардың және қозғалтқыштардың әр түрлі конструкциялық ерекшеліктері (агрессивті ортада, үлкен температураларда қолдану шарты, бірнеше ай бойы үзіліссіз және профилактикалық жөндеусіз жұмыс істеуі) конструкторлар және технологтардың алдына бірқатар күрделі міндеттер қойды. Осыған қарамастан дөңгелектерінің диаметрлері 50-80 мм эффективті, жоғары қысымды сорап сатылары жасалды, ұзындықтары 6-7 м және диаметрі 17-26 мм болатын біліктері және ұзындықтары 6 м-ге, ал ішкі диаметрлері 17-26 мм-ге дейін жететін түзу сызықты тұрқыларды жасаудың технологиялық жолдары табылды.

Отандық және дүниежүзілік сорап жасау өндірісінің орасан зор тәжірибесі, машина жасау өндірісінің технологиялық процестерінің үлкен дәрежеде дамуы бұл проблемалардың шешілуіне жәрдемдеседі.

Ұңғылық ортадан тепкіш сораптар көп сатылы машиналар болып табылады. Бұл ең біріншіден бір сатылық болып жасалатын сораптың ақырғы қысымының аз мәндерімен түсіндіріледі (жұмыстық дөңгелекпен немесе бағыттаушы аппаратпен). Өз кезегінде бір сатының қысымының ең үлкен мәндері жұмыстық дөңгелектің сыртқы диаметрінің мәнімен анықталады, ол шегендеуші тізбектің ішкі диаметрімен және қолданылатын ұңғылық жабдықтардың өлшемдерімен шектеледі – кабельдің, батырмалы қозғалтқыштың т.б.

Ұңғылық ортадан тепкіш сораптың конструкциясы қарапайым, тозуға шыдамды және коррозияға жоғарлатылған деңгейде төзімді болу мүмкін. Тораптардың диаметрлері мен құрылымдары барлық сораптар үшін негізінен бірдей болады.

Құрылымы қарапайым ұңғылық ортадан тепкіш сорап ұңғыдан құрамында 99 %-ға дейін суы бар сұйықты соруға арналған. Сорылатын сұйықтың құрамында механикалық қоспалардың мөлшері 0,01%-дан аспауы керек, механикалық қоспалардың қаттылығы Моос көрсеткіші бойынша 5 баллдан, ал күкіртті сутегінің құрамы 0,001%-дан аспауы керек. Жасаушы-зауыттардың техникалық талаптары бойынша, сораптың қабылдауында бос газдың құрамы 25%-дан аспауы керек.

Коррозияға тұрақты ортадан тепкіш сорап құрамында 0,125%-ға дейін болатын (0,125 г/л дейін) күкіртті сутегі бар қабат сұйығын соруға арналған.

Тозуға шыдамды сораптар құрамында 0,5 г/л-ға дейін механикалық қоспалары бар сұйықты сора алады.

Ұңғылық ортадан тепкіш сораптың жұмыстық органы ретінде жұмыстық дөңгелектен және бағыттаушы аппараттан тұратын, цилиндрлік (ЦҚ) және көлбеу цилиндрлік (КЦҚ) қалақшалары бар сораптың сатысын қарастыруға болады (сурет 12.5).

Сыртқы диаметрлі 86 және 92 мм сораптарда номинальды өнімділіктерде 125 м³/тәу дейін жететін ЦҚ-лы сатылары қолданылады, диаметрі 103 мм-ге дейінгі сораптарда өнімділік 160 м³/тәу дейін және диаметрі 144 мм сораптарда - 250 м³/тәу дейінгі мәндерде жатады.

ЕЦҚ-лы сатылары үлкен берілісті сораптарда қолданылады. Өзінің қолдану аймағында ЕЦҚ-ның ЦҚ-ға қарағанда ПӘК-і жоғары болады және КЦҚ-ның берілісі ЦҚ-ға қарағанда 1,5 есе үлкен болады. Сатылардың сыртқы диаметрлері 70,80,90 және 100 мм болады.

Сурет 12.5. ЭОТС-тың сатысы

1-бағыттаушы аппарат; 2,4-сақиналы қалақшасыз камера; 3-жұмыстық дөңгелек; 5- төменгі тірек шайбасы; 6-қорғау төлкесі; 7- жоғарғы тіреу шайбасы; 8-білік.

Сатылар әрбір секцияның цилиндрлік тұрқының ойығында орналасады. Сораптың бір секциясында оның монтажды биіктігіне қарай 39-дан 200-гк дейінгі сатылар орналасу мүмкін. Сораптадың сатыларының максимальды саны 550 данаға дейін жетеді.

Осындай көп сатылары бар ЭОТС-ты құрастыру үшін және білікті осьтік күштен босату үшін қалқымалы жұмыстық дөңгелек қолданады. Сораптағы жұмыстық дөңгелек осьтік бағытта білікке бекітілмейді және бұрылып кетуден призмалық шпонкамен ұсталынады. Бағыттауыш аппараттардың тіреуіш беттерімен шектелген аралықта дөңгелек осьтік бағытта еркін қозғала алады.

Дөңгелек әрбір СС-ның (сораптық саты) индивидуальды осьтік тірегіне тіреледі, бұл тірек алдыңғы сатының бағыттаушы аппаратының тіреуші бортынан және жұмыстық дөңгелектің ойығына пресстелген антифрикциялы тозуға шыдамды шайбадан тұрады; осы жағдайда дөңгелектің алдыңғы нығыздауышы арқылы сұйықтың ағып кетуі нөлге жақын. Бірақ қалқыйтын жұмыстық дөңгелегінің механикалық ПӘК-і дөңгелектің төменгі тіреуішінің үйкелісі шығынына байланысты төмендейді. Бұл шығындардың шамасы бірінші жуықтау кезіндегі жұмыстық дөңгелекке әсер ететін осьтік күшке тура пропорционал болады.

Сорап сатысының салыстармалы сипаттамалары 11.6 суретте көрсетілген.

Салыстырмалы өлшемді нақты өлшем мен ПӘК максималды мәнге ие болатын оптимальды режимдегі соған сәйкес өлшемге қатынасы деп түсінуге болады.

Осьтік күштің нөлдік берілісі шамамен 10% жоғарлап кеткен режимдерде СС-ның жұмыстық дөңгелегі “қалқып шығу” мүмкін, яғни тірекке дейін жылжып кету мүмкін. Ал бұл тірек бағыттаушы аппараттың тірегінің бортынан және жұмыстық дөңгелектің үшкірленген жеріне пресстелген шайбадан тұрады. Берілістің жоғарлатылуы кезінде жұмыстық дөңгелектің қалқып шығуы қысымның, ПӘК-тің секіргіш төмендеуімен ере жүреді және қолданатын қысымның едәуір өсуімен ере жүреді. Ашық ысырмалы режимнен берілістің төмендеуі кезінде, салыстырмалы мағыналық берілісі кезінде жұмыстық дөңгелек төменгі орналасу орнына түседі.

q=0,9-1,0.

Сурет 12.6. Сатының салыстармалы сипаттамалары

1-салыстырмалы ПӘК (h); 2-салыстырмалы қысым (H); 3- салыстырмалы өстік қысым (P_oc); 4- салыстырмалы қуат (N); q- салыстырмалы беріліс; Q-шын беріліс; Q_опт -максимальды ПӘК-қа сәйкес оптмальды беріліс.

Қазіргі кезде ЕЦҚ-лы сатылардың дөңгелектерінен осьтік күштен босатудың ең таралған әдісі мындай түрде болады: бұл босатуды екінші жоғарғы нығыздауыштың қасында, дөңгелекті жетектеуші дискінің сырт жағында камера жасау арқылы жүзеге асырыады. Осы камерада жетектеуші дискдегі тесіктер арқылы дөңгелектің кіру жағындағы қысымдар теңестіріледі. (сурет 12.7. а). Жұмыстық дөңгелегінің босатылуы осьтік күшті едәуір азайтуға мүмкіндік береді. Мұндай сатылардың жұмыстық дөңгелектерінің осьтік күштері босатылмаған басқа сатыларға қарағанда бірнеше артықшылықтары бар: жұмыстық дөңгелектің индивидуальды төменгі тіреуішінің жұмыс ресурсы жоғары және сатының ПӘК-і жоғары деңгейде болады.

Жұмыстық дөңгелектерінің осьтік күштері босатылған сатының кемшіліктері ретінде жасау технологиясының қиындатылуын, шығарып дайындалуына көп еңбек қажет ететіндігін және босатқыш тесіктердің уақыт өте келе қоқыстануы және жұмыстық дөңгелегінің жоғарғы нығыздауышының тозуы кезіндегі функционалдық бұзылуын атауға болады.

СС–ның индивидуальды осьтік тіреуішін және сатыаралық нығыздауышын күшейту үшін сатының екітіреуішті конструкциясын қолданады. СС-ның екітіреуішті конструкциясы біртіреуішті конструкцияға қарағанда бірнеше артықшылықтарға ие. Олар мынадай түрлері бар: сатының индивидуальды төменгі өкшесінің тозуға шыдамдылығы, біліктің коррозиялы-аггресивті және абразивті аққыш сұйығынан сенімді ажыратылуы, жоғарлатылған жұмыс істеу ресурсы және сатыаралық нығыздауыштардың осьтік ұзындықтары арттырылғандықтан сорап білігінің жоғары беріктігі. ЭОТС-да олар нығыздауыштан басқа қосымша радиальды подшипник ретінде жұмыс істейді.

Біртіреушті сатыларға қарағанда екітіреуішті сатыларды жасап шығару технологиясы өте күрделі болады.

Сурет 12.7. Сатылар конструкциясы

а - босатылған жұмысшы дөңгелекпен, б -екітреуішті.

1-тұрқы; 2-бағыттаушы аппарат; 3- жұмысшы дөңгелек

Әртүрлі сораптардың сатылары жұмыстық материалдарымен, үйкеліс екіліктерімен және де басқа конструктивті бөлшектерімен бір бірінен ажыратылады.

«Новомет» фирмасы жасап шығаратын сорапты саты басқаларға қарағанда бірқатар жақтарымен ерекшеленеді (сурет 12.8).

Сурет 12.8. “Новомет” фирмасының ортадан тепкіш-құйынды сораптың сатылары

1-білік; 2-шпонка; 3-жұмыстық дөңгелек; 4-радиальды қалақша; 5-бағыттаушы аппарат; 6- төменгі тіреуішті шайба; 7- жоғарғы тіреуішті шайба; 8-сорап тұрқысы

Жұмыстық дөңгелектің 3 үстіңгі дискісінде радиальды қалақшалары 2 бар, осы қалақшалар бағыттаушы аппараттың 1 төменгі дискісімен қосылып құйынды сораптың қарапайым конструкциясын құрайды. Мұндай конструкцияның көптеген артықшылықтары бар: біріншіден сатының қысымы 15-25%-ға артады, бұл сораптың ұзындығын сақтай отырып сораптың қысымын арттыруға немесе тұрақты қысымды сақтай отырып сораптың ұзындығын қысқартуға мүмкіншілік береді. Екіншіден құйынды сатының болуы газ-сұйықты қоспаның гомогенизациясын қамтамасыз етеді, бұл батырмалы сораптың беру сұйығында көп мөлшерде бос газ болған кезде де жұмыс істеуіне мүмкіншілік береді. Үшіншіден үстіңгі дискіде радиальды қалақшалардың болуы жұмыстық дөңгелекке әсер ететін осьтік күштін төмендеуін қамтамасыз етеді, бұл өз кезегінде жұмыстық дөңгелектің төменгі тіреуіш шайбасының 4 жұмыс істеу ресурсын көбейтеді. “Новомет” фирмасының сорабының жұмыстық дөңгелегі ұнтақты металлургия әдісімен жасалынатындықтан оның сенімділігі мен ПӘК-і одан әрі артады.

Дәріс 13. Мұнайды механикалық өндіру (жаңа концепциялар)

World Oil журналының екі нөмірінде басылып шыққан шолуда ұңғылардың механикалық эксплуатациясы үшін арналған жабдықтың жаңа 44 түрі атап айтылған. Алты жаңа жабдық станок-тербегіштермен жабдықталған штангалы қондырғыларға; екеуі көлемді типті батырмалы сораптарға; екеуі гидропоршеньді сораптарға; екеуі газлифтті эксплуатацияға; үшеуі плунжерлі лифтке; төртеуі басқа құрылғылар; жиырма үші батырмалы электро сораптарға; екеуі көпоқпанды ұңғыларда эксплуатациялауға арналған.

Жабдықтардың жаңа техникалық жетілдірулері және жұмыс істеу әдістері ағынды бақылаудың, информация жинаудың, эксплуатацияны басқарудың жүйелері үшін программалық қаптама және механикалық жабдықтар арасында біректі үлестіріледі. Жабдықтардың жаңа түрлеріне жататындар: штангалы өндіруге арналған сорапты агрегат, кәсіптік электрогенераторлар және сорапты-компрессорлы құбырлар, сорапты жүйенің бөлек кіші элементтері, клапандар және датчиктер; батырмалы сораптар және оларға арналған электроқозғалтқыштардың, батырмалы сепараторлардың, электробатырмалы сораптардың муфталары, ұңғылық және беттік кабельдердің жетілдірулері. Қазіргі кезде электробатырмалы сораптары бойынша консорциум жасалу мүмкіндігі қарастырып жатыр. Жаңа басқару, бақылау, мониторинг және анализ жүйелерінің ерекшеліктерінің бірі минималды бағада максималды өнімділік алуға мүмкіндік беретін ұңғының және кен орынның режимінің оптимизациясы болып табылады.