Добыча нефти скважинными штанговыми насосами


НазваниеДобыча нефти скважинными штанговыми насосами
страница1/7
Дата публикации26.07.2013
Размер0.71 Mb.
ТипДокументы
userdocs.ru > Военное дело > Документы
  1   2   3   4   5   6   7
ГЛАВА 5

ДОБЫЧА НЕФТИ СКВАЖИННЫМИ

ШТАНГОВЫМИ НАСОСАМИ
5.1- Классификация глубинно-насосных установок

Можно выделить следующие основные признаки класси­фикации глубинно-насосных установок:

1. По принципу действия глубинного насоса: плунжерные (поршневые), центробежные, винтовые, струйные, вибрацион­ные (звуковые), диафрагменные, роторно-поршневые и др.

2. По типу передачи энергии глубинному насосу от приво­дного двигателя: штанговые и бесштанговые.

3. Скважинные штанговые насосные установки делятся на балансирные и безбалансирные, а по типу используемого при­вода на механические, гидравлические и пневматические.

4. Бесштанговые установки делятся по типу используемого привода и его местоположению: с электроприводом, с гидропри­водом, с приводом, расположенным на поверхности, с приводом, расположенным в скважине.

5. По назначению: подача

— для эксплуатации низкодебитных скважин,

— для эксплуатации среднедебитных скважин,

—для эксплуатации высокодебитных скважин высота подъема (напор)

— для эксплуатации неглубоких скважин,

— для эксплуатации скважин средней глубины,

— для эксплуатации глубоких скважин.
^ 5.2. Область применения глубинно-насосных установок

В мировой практике нефтедобычи получили распростране­ние следующие глубинно-насосные установки:

1. Скважинные штанговые насосные установки (СШНУ).

2. Установки погружных центробежных насосов с электро­приводом (УЭЦН).

3. Установки гидравлических поршневых насосов (УГПН).

4. Установки с винтовыми насосами и электроприводом (УЭВН).

5. Установки с диафрагменными насосами и электропри­водом (УЭДН).

6. Установки со струйными насосами (УСН).

Не все из перечисленных глубинно-насосных установок играют одинаковую роль в добыче нефти.

В нашей стране наибольшее распространение по фонду добывающих скважин получили СШНУ, а по объему добычи — УЭЦН. Это связано с тем, что установки СШНУ предназначены для эксплуатации низко- и среднедебитных скважин, а уста­новки УЭЦН — для эксплуатации средне- и высокодебитных скважин. Остальные установки (УГПН, УЭВН, УЭДН, УСН) ни по фонду добывающих скважин, ни по добыче нефти не могут пока конкурировать с СШНУ и УЭЦН и предназначены для определенных категорий скважин.

Области применения различных видов нефтедобывающего оборудования основываются на теоретических расчетах рабочих



Рис. 5.1. Области применения скважинных насосных установок для добычи нефти

параметров скважинных насосов и наземного оборудования, на основании данных, указанных российскими и зарубежными конструкторами для оптимального режима работы установок по добыче нефти. Эти характеристики будут ухудшаться по мере износа оборудования и ухудшения условий эксплуатации. Как только условия эксплуатации усложняются, области экономи­чески целесообразного применения различных способов могут существенно измениться.

^ 5.3. Схема штанговой скважинной установки

Традиционными и наиболее распространенными видами механизированной добычи нефти являются установки сква­жинных штанговых насосов (СШНУ), которыми оборудовано свыше 57 % общего фонда нефтяных скважин. С точки зрения экономических возможностей ШСНУ могут обеспечить высо­кий напор в ограниченном диапазоне подач от 5 до 50 м3/сут. В области подач от 1 до 40 м3/сут ШСН имеют более высокий КПД по сравнению с другими способами добычи нефти и при подаче, равной 35 м3/сутки, он может достигать максимального значения (37 %). Однако, в некоторых случаях подача может достигать 200 м3/сут и глубины подвески насосов достигают 2500 м. Таким образом, ШСНУ хорошо приспособлены для работы в условиях малого дебита скважин, однако этот вид оборудования очень чувствителен к целому ряду осложняющих факторов, среди которых одними из самых весомых являются кривизна ствола скважины, обводненность продукции, нали­чие механических примесей. Непрерывное движение штанг вызывает усиленный износ штанговых муфт и, что особенно существенно, насосных труб.

Схема СШНУ представлена на рис. 5.2. Оборудование СШНУ состоит из двух частей: наземного и подземного. Назем­ное оборудование состоит из станка-качалки, привода, станции управления и устьевой арматуры. Подземное оборудование включает в себя колонну НКТ, колонну штанг, глубинный на­сос и, при необходимости, другие элементы (хвостовик, газовый или газопесочный якорь, якорь для фиксации колонны НКТ в обсадной колонне и т.п.).

^ Рис. 5.2. Принципи­альная схема ШСНУ

1 - станция управления;

2 - балансир; 3 - головка балансира; 4 - стойка; 5 - шатун; 6 - кривошип; 7 - редуктор; 8 - приво­дной двигатель; 9 - тор­моз; 10 - противовесы;

11 - металлическая рама;

12 - бетонный фунда­мент; 13 - канатная под­веска; 14 - траверсы; 15

- полированный шток;

16 - устьевая арматура;

17 - колонна штанг; 18 -колонна НКТ; 19 - плун­жер насоса; 20 - на­гнетательный клапан; 21

- всасывающий клапан; 22 - цилиндр насоса; 23 -хвостовик
Основным элементом наземного оборудования является станок-качалка, состоящий из балансира 2, головки балансира 3, стойки 4, шатуна 5, кривошипа 6, редуктора 7, приводного двигателя 8, тормоза 9 и противовесов 10. Управление назем­ным оборудованием осуществляется специальной станцией 1. Станок-качалка, редуктор и приводной двигатель монтируются на металлической раме 11, устанавливаемой на бетонном фун­даменте 12. Головка балансира 3 имеет канатную подвеску 13, соединенную с полированным штоком 15 с помощью траверс 14. Устье скважины оборудовано устьевой арматурой 16. Станок-качалка предназначен для восприятия нагрузок, действующих в точке подвеса штанг (ТПШ) в течение насосного цикла, и преобразования вращательного движения ротора приводного двигателя в возвратно-поступательное движение головки балан­сира. Редуктор 7 предназначен для снижения числа оборотов

приводного двигателя 8 и повышения крутящего момента на выходном валу, на котором закреплены кривошипы 6. Кри­вошипы 6 соединены шатунами 5 с балансиром 2. На входном валу редуктора имеется шкив, соединенный клиноременной передачей со шкивом приводного двигателя 8. В системе име­ется также тормоз 9. Приводной двигатель устанавливается и закрепляется на салазках. При необходимости изменения числа качаний балансира заменяется размер шкива на при­водном двигателе. Изменение длины хода полированного штока 15 (перемещения головки балансира) осуществляется изменением радиуса кривошипа 6 перестановкой шатуна 5, для чего кривошип имеет несколько отверстий. Кроме того, кривошип имеет устройство, позволяющее перемещать вдоль него противовесы 10, добиваясь наилучшего уравновешивания нагрузок, действующих в ТПШ.

В настоящее время промышленностью выпускается зна­чительное количество типоразмеров станков-качалок (СК), отличающихся грузоподъемностью, длиной хода полированного штока и числом качаний, предназначенных для эксплуатации скважин различных категорий.

Устьевая арматура 16 имеет выкидной монифольд, монифольд затрубного пространства, а также сальниковое устрой­ство, через которое проходит полированный шток 15.

Подземное оборудование включает колонну штанг 17, предназначенную для передачи возвратно-поступательного движения головки балансира плунжеру 19 глубинного насоса, а также для восприятия нагрузок, действующих на штанги в течение насосного цикла. Имеется колонна НКТ 18, на нижнем конце которой закреплен цилиндр насоса 22. Плунжер глубин­ного насоса имеет один или два нагнетательных клапана 20, а цилиндр насоса — всасывающий клапан 2. К приему насоса закреплен хвостовик 23.

Цилиндр скважинного насоса имеет различное конструк­тивное оформление, а внутренняя его поверхность тщательно обработана, равно как и наружная поверхность плунжера. Вме­сте они составляют пару трения.

Как видно из рис. 5.2, при ходе головки балансира вверх плунжер также перемещается вверх; при этом нагнетательный клапан 20 закрывается под действием веса продукции скважи­ны, находящейся в НКТ. При снижении давления в цилиндре насоса до величины, меньшей, чем давление на приеме (давле­ние в скважине перед всасывающим клапаном), всасывающий клапан 21 открывается и цилиндр насоса заполняется скважинной продукцией (такт всасывания). При ходе плунжера вниз давление в цилиндре насоса повышается, всасывающий клапан закрывается, а когда давление в цилиндре насоса (под плунжером) становится большим, чем давление над плунжером, открывается нагнетательный клапан, и продукция из цилиндра через плунжер перетекает в колонну НКТ (такт нагнетания). Затем цикл повторяется.
^ 5.4. Подбор штангового насоса для оптимального отбора жидкости

Скважинный штанговый насос представляет собой одно­плунжерный насос с длинным цилиндром, шариковыми кла­панами и длинным проходным плунжером (рис. 5.3). При ходе плунжера вверх он нагнетает жидкость, находящуюся между стенками цилиндра и штангами, а в полость под плунжером по­ступает жидкость из скважины. При ходе вниз насос нагнетает (выжимает) объем жидкости, равный объему опускающегося в цилиндр штока, т.е. это насос дифференциального действия.

Скважинные штанговые насосы делятся на трубные и вставные. У первых цилиндр в скважину спускается на трубах, а плунжер и клапаны — на штангах. Вставные насосы спуска­ются в скважину в собранном виде на штангах и фиксируются в нижней части колонны НКТ замком (анкером).

В отличие от остальных насосов к основным параметрам скважинных штанговых насосов относятся номинальный диа­метр плунжера (или цилиндра) и длина хода плунжера. Схемы насосов и их основные параметры установлены с 2002 года государственным стандартом Российской Федерации (ГОСТ-Р 51896-2002), а до этого времени — отраслевым стандартом (ОСТ) и техническими условиями (ТУ).


Рис. 5.3. Конструктив­ные схемы невставных (трубных) насосов:

1 - шток клапана;

2 - муфты;

3 - втулки;

4 - кожух;

5 - плунжер;

6 - нагнетательный клапан;

7 - захват клапана;

8 - крестовина;

9 - всасывающий клапан
Условные диаметры скважинных насосов (плунжеров и цилиндров) выбирается из следующего стандартного ряда: 27 (29 - по ОСТ и ТУ), 32, 38, 44, 50, 57, 63, 70, 95, 120 мм.

Длина плунжера скважинного штангового насоса выби­рается в зависимости от требуемого напора насоса (глубины расположения динамического уровня, с которого насос должен обеспечить подъем пластовой жидкости). Плунжеры длиной 1200 мм рекомендуется применять до динамического уровня с глубиной до 1200 м, 1500 мм - до 1500 м, 1800 мм - 1800 м и более.

Современные скважинные штанговые насосы, широко при­меняемые на промыслах, имеют составной (втулочный) или безвтулочный (цельнометаллический) цилиндр. Втулочный насос (например — НВ1С) имеет цилиндр, набранный из вту­лок 3 длиной по 304 мм, размещенных в кожухе 4 и зажатых концевыми муфтами 2. К нижней муфте подсоединен узел всасывающего клапана 9. В цилиндре движется плунжер 5, имеющий узел нагнетательного клапана 6 (рис. 5.3).

Насос с безвтулочным цилиндром (НВ1Б, НВ2Б, НН2Б и др) имеет цельный цилиндр с концевыми резьбами. К резьбе подсоединены переводники. К нижнему переходнику подсоеди­нен узел всасывающего клапана, к верхнему — ограничитель хода плунжера. В цилиндре находится плунжер с нагнетатель­ным клапаном. Цельнометаллический цилиндр представляет собой цилиндрическое тело, внутренняя поверхность которого является рабочей. Эта поверхность имеет малую шероховатость, высокую точность обработки и большую твердость, такую же, как и у втулок втулочного цилиндра.

Переход от втулочного к цельнометаллическому цилиндру позволяет уменьшить наружный диаметр цилиндра, а также снизить трудоемкость сборки насоса и изготовления цилин­дра. Устраняется возможность сдвига втулок цилиндра при транспортировке, монтаже и эксплуатации насосов. Насосы с цилиндром без втулок изготавливаются трубными (насосы НН2Б, ННБА и др.) и вставными (насосы НВ1Б, НВ2Б).

Трубные (невставные) скважинные насосы (НН) выполня­ют нескольких типов - НН1, НН2, ННА.

Вставной насос (НВ) имеет следующую конструкцию (рис. 5.4). Насос 5 опускают внутрь колонны НКТ ^ 1, в которой уста­новлено седло-конус 3 для посадки вставного насоса. Конус ино­гда имеет захватную пружину 4. Силы трения в конусе или силы трения и пружина, упирающаяся в выступ насоса, способствуют удержанию насоса на месте в начале работы при ходе плунжера вверх. К достоинствам насоса относится то, что при его смене он поднимается на поверхность земли на штангах без подъема колонны НКТ. Плунжер, имеющий нагнетательный клапан в нижней своей части, создает малое мертвое пространство. Но, поскольку насос спускается внутрь колонны НКТ, он имеет меньший диаметр плунжера, чем трубный насос, спускаемый с теми же НКТ. Это ограничивает подачу вставного насоса, а также снижает скорость течения жидкости в НКТ. Последнее важно при отборе жидкости с песком, так как вынос его будет хуже. Обратный клапан 2 предохраняет от попадания песка в цилиндр при остановках насоса.

^ Рис. 5.4. Схема вставного насоса.

1 - НКТ; 2 - обратный клапан; 3 - седло; 4 - пружина; 5 - насос; 6 - направление



Современные вставные насосы типов НВ1 (с установочным замком в верхней части насоса) и НВ2 (с замком внизу) могут выпускаться со сдвоен­ными всасывающими и сдвоенными нагнетательными клапанами. Такое дублирование клапанов принято из-за того, что вставные насосы обычно предназначены для спуска на большую глубину, чем трубные.

Трубные насосы типа ННА с ав­томатическим сцеплением штанг со штоком плунжера насоса спускаются в сборе на колонне НКТ. Штанги спуска­ются после спуска насоса на заданную глубину и автоматически соединяются со штоком плунжера. Конструкцией насоса предусмотрено автоматическое рассоединение колонны штанг и штока плунжера перед подъ­емом насоса и открытие сливного клапана для опорожнения колонны НКТ от откачиваемой жидкости.

Такая схема насоса позволяет спускать цилиндр диаметром большим, чем внутренний диаметр НКТ. Это дает экономию металла и позволяет иметь большую скорость потока жидкости при подъеме ее на поверхность. Последнее важно при отборе жидкости с песком для уменьшения возможности его оседания. Еще одним преимуществом данной конструкции насоса являет­ся отсутствие износа или повреждения плунжера невставного насоса при его спуске в колонну НКТ.

В зависимости от величины зазора между плунжером и цилиндром, выпускаются насосы пяти групп посадок (зазоров между плунжером и цилиндром насоса): 1 группа посадки — от 0 до 0,063 мм;

2 группа посадки — от 0,025 до 0,078 мм;

3 группа посадки — от 0,050 до 0,113 мм;

4 группа посадки — от 0,075 до 0,138 мм;

5 группа посадки — от 0,100 до 0,163 мм.

При оснащении скважины насосом группа посадки вы­бирается в зависимости от вязкости откачиваемой жидкости, содержания в ней песка, размера его частиц, обводненности продукции, температуры, глубины спуска и т.д. Чем больше вязкость жидкости, тем выше принимается группа посадки. При большой глубине спуска насоса рекомендуется использовать насосы с меньшей величиной зазора.

Плунжеры насосов изготавливают из стали и покрывают износоустойчивым слоем хрома толщиной до 70 мкм. Плунжер может иметь концентричные или винтовые канавки, насечку. Канавки и насечка предохраняют плунжер от заклинивания песком. Для скважин с большим выносом песка применяют плунжер «пескобрей». Он имеет скошенную внутрь плунжера верхнюю кромку и углубленную в плунжер клетку, соединяю­щую его со штангами. Таким образом, плунжер как бы сбривает механические примеси со стенок цилиндра. Примеси поступают к клетке клапана, где их подхватывает поток откачиваемой жидкости, выносящий механические примеси из зоны контакта плунжер-цилиндр.

Насосы с неметаллической рабочей поверхностью плунжера типа НВ1м и НН2м могут иметь гуммированный плунжер или плунжер с манжетами. Гуммированный плунжер изготавливают вулканизацией или приклеиванием резиновых частей к плунже­ру. На плунжере обычно имеется четыре-шесть гуммированных уплотнений или манжет.

Для отбора из скважин высоковязкой жидкости выпуска­ются стандартные насосы с двумя плунжерами (типа ННД2 и НВ2Д2). При отборе высоковязкой жидкости в обычных схе­мах штанговых насосов трение штанг о жидкость не позволяет штангам достаточно быстро опускаться, головка балансира опу­скается вниз быстрее штанг, что приводит к рассогласованию движения головки балансира станка-качалки и колонны штанг, возникновению значительных ударных нагрузок и снижению работоспособности установок.

Насосы НВ1Д2 предназначены для отбора жидкости с большим содержанием свободного газа. Жидкость в них при движении плунжерной сборки вниз попадает через входной клапан, расположенный в нижнем плунжере, в полость между плунжерами. Это происходит из-за увеличения объема меж­плунжерной зоны и уменьшения в ней давления. При ходе плунжеров вверх объем межплунжерной зоны уменьшается, что приводит к закрытию нижнего клапана, открытию нагнетатель­ного клапана в верхнем плунжере и перемещению жидкости в полость и в НКТ.

Стандартные скважинные штанговые насосы возвратно-поступательного действия предназначены для добычи нефти из скважин при обводненности продукции скважин до 99 %, темпе­ратуре до 403 К (130 °С), содержании механических примесей до 1,3 г/л, содержании H2S и С02 до 200 мг/л, минерализации воды до 200 мг/л и водородном показателе рН 4,0—8,0.

Выбор насоса осуществляется с учетом состава откачивае­мой жидкости (наличие песка, газа и воды), ее свойств, дебита и глубины его спуска. Диаметр НКТ выбирают в зависимости от типа и условного размера насоса.
  1   2   3   4   5   6   7

Похожие:

Добыча нефти скважинными штанговыми насосами iconДобыча нефти бесштанговыми насосами
Уэцн широко распро­странена на нефтяных промыслах Российской Федерации, и, особенно, в Западной Сибири. В этом регионе более 90 всей...
Добыча нефти скважинными штанговыми насосами iconЬная добыча нефти и газа из двух и более пластов одной скважиной
При добыче нефти часто приходится встречаться с про­блемой одновременной эксплуатации нескольких нефтеносных горизонтов, имеющих...
Добыча нефти скважинными штанговыми насосами iconЛекция №33
В стране возросли добыча угля, нефти, выработка электроэнергии, выплавка стали, производ­ство сельскохозяйственной продукции. Основой...
Добыча нефти скважинными штанговыми насосами iconОпек (англ. Opec, The Organization of the Petroleum Exporting Countries)...
Целью опек является координация деятельности и выработка общей политики в отношении добычи нефти среди стран участников организации,...
Добыча нефти скважинными штанговыми насосами iconМагистральный трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов Наружное...
...
Добыча нефти скважинными штанговыми насосами iconНефтяная отрасль Казахстана одна из основных отраслей экономики Казахстана....
Казахстана. Казахстан на сегодняшний день является одним из крупнейших производителей нефти в мире. В 1899 году на первом, разрабатываемом...
Добыча нефти скважинными штанговыми насосами iconЛекция №1. Введение
Постепенное истощение запасов нефти и газа на суше и обострение мирового энергетического кризиса обусловило необходимость все более...
Добыча нефти скважинными штанговыми насосами iconБизнес-план Нефтеперерабатывающий завод в Ванино Москва
Строительство второй очереди нефтеперерабатывающего завода Группы компаний «Трансбункер» мощностью 1 000 000 тонн сырья в год, увеличение...
Добыча нефти скважинными штанговыми насосами iconОсновные элементы радиометрической аппаратуры
Аппаратура для различных радиоактивных методов иссле­дования скважин имеет много общего. Главные различия отно­сятся к конструкциям...
Добыча нефти скважинными штанговыми насосами iconОтчет о запасах нефти и нефтепродуктов

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2020
контакты
userdocs.ru
Главная страница