Эксплуатация скважин штанговыми скважинными насосами.

Штанговые насосные установки предназначены для подъема жидкости из скважин на поверхность.

На долю штангового насосного способа эксплуатации в нашей стране приходится около 70 % действующего фонда скважин, которые обеспечивают до 30 % общего объема добычи нефти.

Рисунок – 10.7.1. – Схема штанговой насосной установки:

а — общая схема: 1 — скважинный насос; 2 — насосно-компрессорные трубы; 3 — штанги; 4 – тройник; 5 — сальник; 6 — планшайба; 7 — полированный шток; 8 — траверсы; 9 — подвеска; 10 — головка балансира; 11 — балансир; 12 — oпоpa; 13 — кривошип; 14 — шатун; 15 — редуктор; 16 — электродвигатель; 17 — рама; 18 — бетонное основание; 19 – анкерные болты; 20 — роторный противовес; 21 — балансирный противовес.

б — схема скважинного насоса: 1 —всасывающий клапан; 2 — цилиндр насоса; 3 — штанги; 4 — нагнетательный клапан; 5 — захватный шток; 6 — плунжер.

Штанговая насосная установка (рис. 10.7.1. а) состоит из скважинного насоса, который спускается в скважину под динамический уровень жидкости на насосно-компрессорных трубах диаметром 38—102 мм и штангах диаметром 16—25 мм, индивидуального привода, состоящего из станка-качалки и электродвигателя, и устьевого оборудования, в состав которого входят тройник с сальником и планшайба. Верхняя штанга, называемая полированным штоком, пропускается через сальник и соединяется с головкой балансира станка-качалки с помощью канатной подвески и траверсы.

Плунжерный насос приводится в действие от станка-качалки, где вращательное движение, получаемое от двигателя при помощи редуктора, кривошипно-шатунного механизма и балансира, преобразуется в возвратно-поступательное движение, передаваемое плунжеру штангового насоса через колонну штанг 3.

При ходе плунжера вверх (рис. 10.7.1. б) под ним снижается давление, и жидкость из межтрубного пространства через открытый всасывающий клапан поступает в цилиндр насоса.

При ходе плунжера вниз всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный клапан открывается, и жидкость из цилиндра переходит в подъемные трубы. При непрерывной работе насоса уровень жидкости в НКТ повышается, жидкость доходит до устья скважины и через тройник переливается в выкидную линию.

Штанговые насосы по конструкции и способу установки подразделяют на невставные и вставные.

Невставные насосы отличаются тем, что основные их узлы в скважину спускают раздельно: цилиндр — на насосно-компрессорных трубах, а плунжер и всасывающий клапан — на штангах. Поднимают невставной насос также раздельно: сначала на штангах поднимают плунжер со всасывающим клапаном, затем на насосно-компрессорных трубах — цилиндр.

Вставные насосы спускаются в скважину сразу в собранном виде на штангах.

Колонна насосных штанг служит для соединения плунжера штангового насоса с приводом насосной установки и сообщает плунжеру возвратно-поступательное движение. Колонну насосных штанг собирают из отдельных штанг длиной 8 м диаметрами 16, 19, 22 и 25 мм, которые соединяют между собой муфтами Для регулирования положения плунжера относительно цилиндра насоса используют короткие штанги —«метровки» длиной 1000—3000 мм.

Первая штанга, которая соединяется с канатной подвеской станка-качалки, называется полированным (сальниковым) штоком. Полированные штоки изготавливают длиной 2600, 4600 и 5600 мм без головок, но со стандартной резьбой на концах. В зависимости от нагрузки применяют полированные штоки диаметрами 30 и 35 мм.

Штанги работают в сложных условиях и выдерживают знакопеременную нагрузку, что приводит к усталости металла. На штанги передаются нагрузки от давления столба жидкости, воспринимаемые плунжером при ходе вверх, силы тяжести самих штанг, а также нагрузки от продольных колебаний колонны штанг. При эксплуатации обводненных скважин штанги испытывают коррозионную усталость и их прочность снижается.

Для подвески насосных труб, направления продукции скважины в выкидную линию, герметизации устья, а также для обеспечения отбора газа из межтрубного пространства на устье скважины устанавливают специальное устьевое оборудование, которое состоит из планшайбы 2 и тройника 5(рис. 10.7.2). Планшайбу с подвешенными на ней трубами 3 устанавливают на колонный фланец 1. В планшайбе просверлено отверстие для отводагаза из межтрубного пространства и для замера жидкости в скважине эхолотом. В верхнюю муфту 4 труб ввинчивают тройник 5 для отвода нефти. Выше тройника для его герметизации и пропуска сальникового штока 7 устанавливают сальник 6, набивку которого уплотняют крышкой 8 и пружиной.

Жидкость, подаваемая насосом, направляется через боковой отвод тройника в выкидную линию и далее в замерную или газосепарационные установки.

Рисунок – 10.7.2. –Оборудование устья при насосной эксплуатации скважин.

Конструкция самоуплотняющегося устьевого сальника позволяет поднимать на поверхность плунжер или вставной насос без разъединения линии и снятия тройника. Для предохранения резьбы тройника при спуско-подъемных операциях в него ввинчивают специальный фланец, который в то же время является опорой для штангового элеватора.

Сальниковый шток подвешивают к головке балансира с помощью канатной подвески ПКН (подвеска канатная нормального ряда). На рис. 10.7.3. показана канатная подвеска ПКН со штанговращателем.

Рисунок – 10.7.3. – Канатная подвеска типа ПКН со штанговращателем.

Сальниковый шток 6 подвешивается в клиновом захвате верхней траверсы 1, а концы стального каната 9, перекинутого через ролик и закрепленного на головке балансира станка-качалки,— в зажимных плашках нижней траверсы 15. Нагрузка, создаваемая штангами и столбом жидкости над плунжером насоса и воспринимаемая верхней траверсой, передается на нижнюю траверсу через опорные втулки 16. Винты 12 имеют вспомогательное значение и служат для увеличения зазора между траверсами в тех случаях, когда необходимо установить специальный прибор-динамограф, применяемый для измерения нагрузок, возникающих на головке балансира при работе насосной установки. Клиновой захват состоит из втулки 3 с внутренней конической расточкой и червячной шестерней, плашек 4 с конической наружной поверхностью и нажимной гайки 5. Заделку каната в нижнюю траверсу проводят с помощью втулок 16 и клиновых плашек, которые расклиниваются нажимной гайкой 17, концы каната заливаются свинцом. Нижний торец шестерни опирается на шариковый подшипник 2, установленный в углублении траверсы 1 канатной подвески. Шестерни входят в зацепление с червячным валиком 7, закрепленным на этой же траверсе при помощи двух кронштейнов 8 с подшипником скольжения. На конец валика надет рычаг 11, и между его щеками устанавливается храповое колесо 10. На конце рычага имеется отверстие 14 для тросика. В конце хода сальникового штока вниз рычаг поднимается при помощи тросика, прикрепленного к стойке станка-качалки или к вышке, и собачка 13, упираясь в зуб храпового колеса, посредством червячной передачи вращает колонну штанг на 45—60°.

При ходе сальникового штока вверх храповое колесо вследствие самоторможения червячной передачи остается неподвижным, а рычаг под действием силы тяжести опускается до упора в ограничитель. В этот момент собачка, пропустив один или два зуба храпового колеса, вновь становится в исходное положение.

Если при добыче нефти не наблюдается отложения парафина, канатная подвеска применяется без штанговращателя.

Основными приводными механизмами штанговых насосов являются станки-качалки типа СКН или СК, которые устанавливают около устья скважины.

Станки-качалки различаются габаритами, грузоподъемностью и основными параметрами работы насосной установки — длиной хода сальникового штока и числом качаний балансира в минуту. Обозначения станков-качалок расшифровываются следующим образом: СКН — станок-качалка нормального ряда; первая цифра — грузоподъемность, т; цифры после дефиса — максимальная длина хода, дм и максимальное число качаний балансира в минуту.

Станками-качалками типа СКН (рис. 10.7.1) в настоящее время оборудованы около 65 % всех скважин, эксплуатируемых штанговыми насосами.

Станок-качалка монтируется на стальной раме. Вращательное движение электродвигателя при помощи клиноременной передачи и редуктора с шестеренчатой передачей передается кривошипно-шатунному механизму. При вращении кривошипа посредством шатуна 14 приводится в колебательное движение балансир, качающийся на опоре. Головка балансира, к которой подсоединены штанги посредством канатной подвески, сообщает возвратно-поступательное движение плунжеру насоса. Уравновешивание станка-качалки во время работы осуществляется с помощью роторного противовеса и балансирного противовеса.

Начиная с 1966 г., в нашей стране изготавливают станки-качалки типа СК с балансирным и комбинированным уравновешиванием, отличающиеся от СКН соотношением плеч балансира, что позволяет увеличить длину хода точки подвеса штангдо 6 м без существенных изменений узлов и деталей установки.

Во всех станках-качалках предусмотрена возможность изменения длины хода сальникового штока в соответствии с заданными параметрами работы штанговых насосов. С этой целью на кривошипах Делают дополнительные отверстия для крепления шатуна. Число качаний балансира изменяют или подбором двигателя с соответствующей характеристикой, или, что делается чаще, изменением диаметра шкива на валу электродвигателя.