Файл: Учебнометодическое пособие по дисциплине в. 06 Машины и оборудование для бурения.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 08.11.2023
Просмотров: 315
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Министерство образования и науки Российской Федерации
ФГБОУ ВО
«УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ШТАНГОВЫЕ СКВАЖИННЫЕ НАСОСНЫЕ УСТАНОВКИ
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
Б1.В.06 – МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ БУРЕНИЯ
И ДОБЫЧИ НЕФТИ И ГАЗА
Направление подготовки
15.03.02 Технологические машины и оборудование специализации Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов"
Составил профессор К.П. Порожский
Екатеринбург 2019
НАЗНАЧЕНИЕ
Штанговые скважинные насосные установки (СШНУ) обеспечивают откачку из скважин углеводородной жидкости, обводненностью до 99 % , абсолютной вязкостью до 100 мПа·с, содержанием твердых механических примесей до 0.5 %, свободного газа на приеме до 25 %, объемным содержанием сероводорода до 0.1 %, минерализацией воды до 10 г/л и температурой до 130 0С.
Две трети фонда (66 %) действующих скважин стран РФ (примерно 16.3 % всего объема добычи нефти) эксплуатируются ШСНУ. Дебит скважин составляет от десятков килограммов в сутки до нескольких тонн. Насосы спускают на глубину от нескольких десятков метров до 3000 м., а в отдельных скважинах на 3200 ¸ 3400 м. ШСНУ включает:
-
Наземное оборудование: привод (станок-качалка СК), оборудование устья. -
Подземное оборудование: насосно-компрессорные трубы (НКТ), насосные штанги (НШ), штанговый скважинный насос (ШСН) и различные защитные устройства, улучшающие работу установки в осложненных условиях.
Отличительная особенность ШСНУ обстоит в том, что в скважине устанавливают плунжерный (поршневой) насос, который приводится в действие поверхностным приводом посредством колонны штанг. Недостатками штанговых насосов является ограниченность глубины их подвески и малая подача нефти из скважин
Штанговая глубинная насосная установка (Рис. 1) состоит из скважинного насоса 2 вставного или невставного типов, насосных штанг 4 насосно-компрессорных труб 3, подвешенных на планшайбе или в трубной подвеске
8, сальникового уплотнения 6, сальникового штока 7, станка-качалки 9, фундамента 10 и тройника 5. На приеме скважинного насоса устанавливается защитное приспособление в виде газового или песочного фильтра 1.
.
Рис. 1. — Схема установки штангового скважинного насоса
Устройство скважинных штанговых насосов и принцип
их действия
Скважинный насос представляет собой видоизмененный плунжерный насос, предназначенный для работы в нефтяных скважинах на различных глубинах. Несмотря на большое многообразие скважинных насосов по конструктивным особенностям и условиям их применения, принцип их действия одинаков.
Все скважинные штанговые насосы состоят из следующих основных узлов и деталей (рис. 2): корпус, цилиндр, плунжер, узлы нагнетательного и всасывающего клапанов.
Рис.. 2. Схемы насосов типа НСН: 1 - колонна насосных штанг; 2 - корпус насоса; 3 - нагнетательный клапан; 4 - плунжер; 5 - цилиндр; 6 - захватный шток; 7 - патрубок-удлинитель; 8 всасывающий клапан; 9 - седло конуса всасывающего клапана
Корпус насоса
Корпус скважинного насоса представляет собой полую трубку, снабженную фильтром, В зависимости от типа насоса его корпус может являться продолжением насосно-компрессорных труб (невставные насосы) или спускаться внутрь колонны насосно-компрессорных труб. Длина цилиндра зависит от длины цилиндра насоса и длины хода плунжера.
Цилиндр насоса
Цилиндр скважинного насоса собирается из коротких (300 мм) стальных или чугунных втулок, монтируемых при сборке на специальной скалке и сжатых с торцов муфтами корпуса насоса. После установления в корпусе монтажная скалка извлекается и втулки составляет герметичный единый узел. Внутренняя поверхность и торец втулки тщательно обрабатывается и шлифуются с целью обеспечения плотного прилегания к плунжеру и предотвращения утечек между втулками. Использование наборного цилиндра обусловлено технологическими трудностями обработки внутренней поверхности цилиндра, особенно для длинноходовых насосов. В некоторых случаях цилиндры короткоходовых насосов могут быть изготовлены из цельной стальной трубы с гладкообработанной внутренней поверх
ностью.
По точности подгонки и величине зазора между цилиндром и плунжером насосы делятся на четыре группы посадки:
| Группа посадки | 0 | I | П | Ш |
| зазор, мкм | 0-43 | 20-70 | 70-120 | 120-170 |
Чем меньше вязкость откачиваемой жидкости и чем больше глубина спуска насоса, тем меньше должна быть величина зазора между цилиндром и плунжером.
Число втулок в насосе зависит от необходимой -длины хода насосной установки и может меняться от 2 до 24.
Плунжер насоса
Плунжеры насосов представляют собой стальную бесшовную трубу и могут быть нескольких типов:
1) с гладкой поверхностью;
2) с кольцевыми канавками;
-
с винтовой канавкой; -
"пескобрей" с кольцевыми канавками и цилиндрической
расточкой со скошенными концами в верхней части плунжера; -
с накатной поверхностью; -
манжетные.
Длина плунжеров для всех типов насосов (кроме манжетных) равна 1200 мм.
Гладкие плунжеры предназначены для откачки жидкости, в которой не содержится песок.
Если в жидкости содержится незначительное количество песка, то применяются плунжеры с кольцевыми и винтообразными канавками. Выносимый с жидкостью песок попадает в эти канавки и его истирающее действие на поверхность плунжера становится слабее.
В случае значительного содержания песка в откачиваемой жидкости применяют плунжер - "пескобрей", у которого нагнетательный клапан расположен в нижней части. Песок, оседающий на поверхности цилиндра, удаляется острой верхней кромкой плунжера, попадает во внутреннюю полость плунжера и в дальнейшем выносится потоком жидкости.
Клапанный узел
Клапанные узлы нагнетательных и всасывающих клапанов в насосах всех типов одинаковы и отличаются лишь размерами и небольшими изменениями в исполнении. Они состоят из седла клапана и шарового клапана, которые изготавливаются из специальных легированных сталей. Причем для самого клапана выбирается более твердый материал с. целью сохранения его формы во
время работы. В процессе работы происходит приработка клапана
к рабочей фаске седла, что обеспечивает хорошую герметичность
клапанных узлов. Применяются клапанные шарики диаметром 14;
17,5; 22; 25; 32; 33 и 51 мм в зависимости от типа размера насоса.
Плунжер насоса приводится в действие станком-качалкой через канатную подвеску, полированный шток и колонну штанг. При ходе плунжера вверх действием давления столба жидкости, находящейся в колонне насосно-компрессорных труб (НКТ), нагнетательный клапан закрывается, столб жидкости выше плунжера поднимается по НКТ, а часть поступает в выкидную линию. При этом под давлением столба жидкости, находящейся в затрубном пространстве между НКТ и обсадной колонной, всасывающий клапан ощеривается и жидкость заполняет цилиндр насоса.
При ходе плунжера вниз под действием веса столба жидкости в цилиндре и собственного веса всасывающий клапан закрывается. По мере движения плунжера вниз давление в цилиндре возрастает, когда оно становится выше давления столба жидкости, находящейся в НКТ, нагнетательный клапан открывается и жидкость из цилиндра перетекает в насосно-компрессорные трубы.
Следует отметить, что при ходе плунжера вниз также может наблюдаться подача жидкости в выкидную линию, обусловленная погружением полированного штока в жидкость.
По своему конструктивному исполнению все штанговые скважинные насосы могут быть подразделены на две большие группы: невставные скважинные насосы и вставные скважинные насосы.
Основные типы скважинных штанговых насосов
В соответствии с действующими техническими условиями изготавливаются следующие типы штанговых насосов.
НСН1 - невставной, одноступенчатый, одноплунжерный, с втулочным цилиндром и захватом штоком;
НСН2 - то же с ловителем;
НСНА - то же с автосцепом;
НСН2Б - невставной, одноступенчатый, с безвтулочным цилиндром и ловителем;
НСВ1 - вставной, одноступенчатый, с втулочным цилиндром и замком наверху;
НСВ2 - то же с замком внизу;
НСВД - вставной, двухступенчатый, с втулочным цилиндром и замком наверху;
НСВ1Б - вставной, одноступенчатый, одноплунжерный, с безвтулочным цилиндром и замком наверху.
Устанавливаются следующие исполнения насосов:
обычно - (без дополнительного обозначения);
П - с седлами клапанов из твердого сплава (только НСВ1);
В - с седлами клапанов из твердого сплава, пескозащищенным устройством и сепаратором (только для НСВ1 и НСН2);
Т - с седлами клапанов из твердого сплава и с полым штоком (только для НСН2):
Эти насосы с неподвижным цилиндром предназначены для откачки нефти с обводненностью до 99
%, динамической вязкостью до 0,1 Па с (100 мПа с), объемной долей Н2S до 0,1 %, твердых механических примесей до 0,5 %, свободного газа на входе в насос до 25 %, с температурой до 130 °С.
Насосы скважинные невставные
Невставные скважинные насосы (НСН) спускаются в скважину раздельно. На насосно-компрессорных трубах спускается цилиндр, т.е. корпус насоса является как бы продолжением колонны НКТ. Плунжер насоса спускается на колонне штанг. Имеются несколько видов невставных насосов, отличающихся между собой областью их применения и, в соответствии с этим, некоторыми конструктивными особенностями.
Насос НСН1
Схема этого насоса представлена на рис. 1.1. Насос нормального ряда, невставной конструкции. После сборки цилиндра 5 в корпусе насоса 2 и присоединения к нему патрубка-удлинителя 7 вместе с седлом конуса 9 всасывающего клапана насос спускается в скважину на НКТ до расчетной глубины (применение патрубка-удлинителя дает возможность использовать весь полезный объем цилиндра за счет выноса узла всасывающего клапана из полости цилиндра).
Плунжер 4 насоса вместе с нагнетательным 3 и всасывающим 8 клапанами и захватным штоком 6 спускается в скважину на колонне насосных штанг 1. В процессе работы всасывающий клапан и захватный шток остаются на месте. При ремонтных работах, связанных с извлечением на поверхность НКТ, необходимо предварительно снять из седла всасывающий клапан для слива жидкости из труб, но мера их подъема. Это осуществляется при помощи захватного штока. При подъеме колонны штанг захватный шток тянет за собой всасывающий клапан, освобождая тем самым путь для выливающейся жидкости.
Как видно из рис. 3, насосы НСН1 имеют один нагнетательный клапан, который расположен в верхней части плунжера. Когда плунжер находится в нижней мертвой точке, между двумя клапанами остается значительное пространство, заполненное газированной жидкостью. С началом хода плунжера вверх всасывающий клапан открывается не сразу, часть цилиндра заполняется газом, выделяющимся из жидкости, уменьшая тем самым коэффициент наполнения насоса жидкостью. Это пространство называется вредным пространством. Наличие большого вредного пространства ц является одним из основных недостатков насосов НСН1. Поэтому эти насосы применяются в скважинах, в продукции которых содержится незначительное количество газа и песка. Насосы НСН1 характеризуются относительно небольшой длиной хода плунжера - до 900 мм. Глубина подвески не превышает 1200 м. Выпускаются с условным диаметром 2В, 32, 43 и 55 мм. Недостатков, присущих насосем НСН1, в определенной мере лишены насосы НСН2.