Министерство  образования и науки Российский Федерации

Уфимский  государственный нефтяной технический  университет 

     Кафедра разработки и эксплуатации нефтегазовых месторождений

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат по теме:

«Контроль за работой ШСНУ. Теоретическая и практическая диаграмма» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил ст. группы АГ-08-02:    Игин А.В. 
 
 

Проверила:         Ситдикова Д.Ф. 
 
 
 
 

Уфа 2010 

     Содержание:

1. понятие ШСНУ
2. станки -качалки
3. скважинные штанговые насосы
4. контроль при эксплуатации скважин ШСНУ
5. особенности исследования насосных скважин и динамометрирование штанговых насосных установок

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                ШТАНГОВЫЕ НАСОСНЫЕ  УСТАНОВКИ (ШСНУ) 

     Прекращение или отсутствие фонтанирования обусловило использование других способов подъема  нефти на поверхность, например, посредством штанговых скважинных насосов. Этими насосами в настоящее время оборудовано большинство скважин. Дебит скважин — от десятков килограмм в сутки до нескольких тонн. Насосы опускают на глубину от нескольких десятков метров до 3000 м иногда до 3200 — 3400 м.

     ШСНУ  включает:

     а) наземное оборудование — станок-качалка (СК), оборудование устья, блок управления;

     б) подземное оборудование — насосно-компрессорные  трубы (НКТ), штанги насосные (ШН), штанговый  скважинный насос (ШСН) и различные  защитные устройства, улучшающие работу установки в осложненных условиях. 

Рис. 1. Схема  штанговой насосной установки

     Штанговая глубинная насосная установка (рисунок 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 устьевой арматуры, 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.

СТАНКИ-КАЧАЛКИ

 

Станок-качалка (рисунок 2), является индивидуальным приводом скважинного насоса. 

Рисунок 2 — Станок-качалка  типа СКД

1 — подвеска устьевого штока; 2 — балансир с опорой; 3 — стойка; 4 — шатун; 5 — кривошип; 6 — редуктор; 7 — ведомый шкив; 8 — ремень; 9 — электродвигатель; 10 — ведущий шкив; 11 — ограждение; 12 — поворотная плита; 13 — рама; 14 — противовес; 15 — траверса; 16 — тормоз; 17 — канатная подвеска.

     Основные  узлы станка-качалки — рама, стойка в виде усеченной четырехгранной пирамиды, балансир с поворотной головкой, траверса с шатунами, шарнирно-подвешенная к балансиру, редуктор с кривошипами и противовесами. СК комплектуется набором сменных шкивов для изменения числа качаний, т. е. регулирование дискретное. Для быстрой смены и натяжения ремней электродвигатель устанавливается на поворотной салазке.

     Монтируется станок-качалка на раме, устанавливаемой  на железобетонное основание (фундамент). Фиксация балансира в необходимом (крайнем верхнем) положении головки осуществляется с помощью тормозного барабана (шкива). Головка балансира откидная или поворотная для беспрепятственного прохода спускоподъемного и глубинного оборудования при подземном ремонте скважины. Поскольку головка балансира совершает движение по дуге, то для сочленения ее с устьевым штоком и штангами имеется гибкая канатная подвеска 17 (рисунок 13). Она позволяет регулировать посадку плунжера в цилиндр насоса для предупреждения ударов плунжера о всасывающий клапан или выхода плунжера из цилиндра, а также устанавливать динамограф для исследования работы оборудования.

Амплитуду движения головки балансира (длина хода устьевого  штока — 7 на рисунке 12) регулируют путем изменения места сочленения кривошипа шатуном относительно оси вращения (перестановка пальца кривошипа в другое отверстие). За один двойной ход балансира нагрузка на СК неравномерная. Для уравновешивания работы станка-качалки помещают грузы (противовесы) на балансир, кривошип или на балансир и кривошип. Тогда уравновешивание называют соответственно балансирным, кривошипным (роторным) или комбинированным.

Блок управления обеспечивает управление электродвигателем  СК в аварийных ситуациях (обрыв  штанг, поломки редуктора, насоса, порыв  трубопровода и т. д.), а также самозапуск СК после перерыва в подаче электроэнергии.

Долгое время  нашей промышленностью выпускались  станки-качалки типоразмеров СК. В  настоящее время по ОСТ 26-16-08-87 выпускаются  шесть типоразмеров станков-качалок  типа СКД, основные характеристики приведены  в таблице 1. 

Таблица 1

 

     В шифре, например, СКД8 — 3.0-4000, указано  Д — дезаксиальный; 8 — наибольшая допускаемая нагрузка на головку балансира в точке подвеса штанг, умноженная на 10 кН; 3.0 — наибольшая длина хода устьевого штока, м; 4000 — наибольший допускаемый крутящий момент на ведомом валу редуктора, умноженный на 10^-2 кН*м.

     АО  «Мотовилихинские заводы» выпускает  привод штангового насоса гидрофицированный  ЛП — 114.00.000, разработанный совместно  со специалистами ПО «Сургутнефтегаз».

Моноблочная конструкция  небольшой массы делает возможным  его быструю доставку (даже вертолетом) и установку без фундамента (непосредственно  на верхнем фланце трубной головки) в самых труднодоступных регионах, позволяет осуществить быстрый демонтаж и проведение ремонта скважинного оборудования.

Фактически бесступенчатое регулирование длины хода и числа  двойных ходов в широком интервале  позволяет выбрать наиболее удобный  режим работы и существенно увеличивает  срок службы подземного оборудования.

 

Станки-качалки  для временной добычи могут быть передвижными на пневматическом (или гусеничном) ходу. Пример — передвижной станок-качалка «РОУДРАНЕР» фирмы «ЛАФКИН».

СКВАЖИННЫЕ  ШТАНГОВЫЕ НАСОСЫ

 

     ШСН предназначены для откачивания  из нефтяных скважин жидкости обводненностью до 99 %, температурой не более 130 °С, содержанием сероводорода не более 50 мг/л, минерализацией воды не более 10 г/л.

     Скважинные  насосы имеют вертикальную конструкцию  одинарного действия с неподвижным  цилиндром, подвижным металлическим  плунжером и шариковыми клапанами. Насосы спускают в скважину на штангах  и насосно-компрессорных трубах. Различают следующие типы скважинных насосов (рисунок 7). 

     Рисунок 7 — Типы скважинных штанговых насосов

     НВ1 — вставные с заулком наверху;

     НВ2 — вставные с замком внизу;

НН — невставные без ловителя;

НН1 — невставные с захватным штоком;

НН2 — невставные с ловителем. 

      Выпускают насосы следующих  конструктивных исполнений:

     а) по цилиндру:

     Б — с толстостенным цельным (безвтулочным) цилиндром;

С — с составным (втулочным) цилиндром.

б) специальные:

Т — с полным (трубчатым) штоком для подъема жидкости по каналу колонны трубчатых штанг;

А — со сцепляющим устройством (только для насосов  типа НН), обеспечивающим сцепление  колонны насосных штанг с плунжером  насоса;

Д1 — одноступенчатые, двухплунжерные для создания гидравлического  тяжелого низа;

Д2 — двухступенчатые, двухплунжерные, обеспечивающие двухступенчатое  сжатие откачиваемой жидкости;

У — с разгруженным цилиндром (только для насосов типа НН2), обеспечивающим снятие с цилиндра технической нагрузки при работе.

Насосы всех исполнений, кроме Д1 и Д2, одноступенчатые, одноплунжерные.

в) по стойкости  к среде:

без обозначения  — стойкие к среде с содержанием  механических примесей до 1.3 г/л —  нормальные;

И — стойкие  к среде с содержанием механических примесей более 1.3 г/л — абразивостойкие.

Скважинные штанговые  насосы являются гидравлической машиной  объемного типа, где уплотнение между  плунжером и цилиндром достигается  за счет высокой точности их рабочих  поверхностей и регламентируемых зазоров. При этом в зависимости от размера  зазора (на диаметр) в паре «цилиндр-плунжер» выпускают насосы четырех групп (таблица 2). 

     Таблица 2

 

В условном обозначении  насоса, например, НН2БА-44-18-15-2, первые две  буквы и цифра указывают тип  насоса, следующие буквы — исполнение цилиндра и насоса, первые две цифры  — диаметр насоса (мм), последующие  длину хода плунжера (мм) и напор (м), уменьшенные в 100 раз и последняя цифра — группу посадки.

     Цилиндры  насосов изготовляют  двух исполнений: ЦБ и ЦС.

     ЦБ  — цельный безвтулочный толстостенный;

ЦС — составной  из набора втулок, стянутых внутри кожуха переводниками.

Исходя из назначения и области применения скважинных насосов, выпускают плунжеры и пары «седло-шарик» клапанов различных поверхностей.

     Плунжеры  насосов изготавливают  четырех исполнений:

     ПХ1 — с кольцевыми канавками, цилиндрической расточкой на верхнем конце и  с хромовым покрытием наружной поверхности;

ПХ2 — то же, без  цилиндрической расточки на верхнем  конце;

П111 — с кольцевыми канавками, цилиндрической расточкой  на верхнем конце и упрочнением  наружной поверхности напылением износостойкого порошка;

П211 — то же, без  цилиндрической расточки на верхнем конце.

     Пары  «седло-шарик» клапанов насосов изготавливают  в трех исполнениях:

     К — с цилиндрическим седлом и шариком  из нержавеющей стали;

КБ — то же, с седлом и буртиком;

КИ — с  цилиндрическим седлом из твердого сплава и шариком из нержавеющей стали.

Скважинные насосы нормального исполнения по стойкости  к среде, применяемые преимущественно  для подъема жидкости с незначительным содержанием (до 1.3 г/л) механических примесей, комплектуют плунжерами исполнения ПХ1 или ПХ2 с парами «седло-шарик» исполнения К или КБ. Скважинные насосы абразивостойкого исполнения И, применяемые преимущественно для подъема жидкости, содержащей более 1.3 г/л механических примесей, комплектуют плунжерами исполнения П1И или П2И и парами «седло-шарик» исполнения КИ.

Конструктивно все скважинные насосы состоят из цилиндра, плунжера, клапанов, замка (для  вставных насосов), присоединительных  и установочных деталей, максимально  унифицированных.

     Скважинные  насосы типа НВ1 выпускают  шести исполнений:

     НВ1С  — вставной с замком наверху, составным втулочным цилиндром исполнения ЦС, нормального исполнения по стойкости к среде;

НВ1Б — вставной с замком наверху, цельным (безвтулочным) цилиндром исполнения ЦБ, нормального  исполнения по стойкости к среде;

НВ1Б И —  то же абразиовостойкого исполнения по стойкости к среде;

НВ1БТ И —  то же, с полым штоком, абразивостойкого исполнения по стойкости к среде;

НВ1БД1 — вставной с замком наверху, цельным цилиндром  исполнения ЦБ, одноступенчатый, двухплунжерный, нормального исполнения по стойкости к среде;

НВ1БД2 — вставной с замком наверху, цельным цилиндром  исполнения ЦБ, двухступенчатый, двухплунжерный, нормального исполнения по стойкости  к среде.

Скважинные насосы всех исполнений, кроме исполнения НВ1БД1 и НВ1БД2, одноплунжерные, одноступенчатые.

     Скважинные  насосы типа НВ2 изготовляют  одного исполнения:

     НВ2Б  — вставной с замком внизу, цельным  цилиндром исполнения ЦБ, одноплунжерный, одноступенчатый, нормального исполнения по стойкости к среде (рисунок 8). 

     Рисунок 8 — Скважинный штанговый насос исполнения НВ2Б

     1 — защитный клапан; 2 — упор; 3 — шток; 4 — контргайка; 5 — цилиндр; 6 — клетка плунжера; 7 — плунжер; 8 — нагнетательный клапан; 9 — всасывающий клапан; 10 — упорный ниппель с конусом. 

     Скважинные  насосы типа НН выпускают двух исполнений:

     ННБА  — невставной без ловителя, с  цельным цилиндром исполнения ЦБ, сцепляющим устройством, одноступенчатый, одноплунжерный, нормального исполнения по стойкости к среде;

ННБД1 — невставной без ловителя, с цельным цилиндром  исполнения ЦБ, одноступенчатый, двухплунжерный, нормального исполнения по стойкости к среде.

     Скважинные  насосы типа НН1 изготовляют  одного исполнения:

     НП1С  — невставной с захватным штоком, составным цилиндром исполнения ЦС, нормального исполнения по стойкости к среде.

     Скважинные  насосы типа НН2 выпускают  пяти исполнений:

     НН2С  — невставной с ловителем, составным  цилиндром исполнения ЦС, нормального  исполнения по стойкости к среде;

НН2Б — невставной с ловителем, цельным цилиндром  исполнения ЦБ, нормального исполнения по стойкости к среде (рисунок 20);

НН2Б…И —  то же, абразивостойкого исполнения по стойкости к среде;

НН2БТ…И — то же, с полым штоком, абразивостойкого исполнения по стойкости к среде;

НН2БУ — невставной с ловителем, разгруженным цельным  цилиндром исполнения ЦБ, нормального исполнения по стойкости к среде. 

     Рисунок 9 — Скважинный штанговый насос  исполнения НН2Б и НН2Б…И 1 — цилиндр; 2 — шток; 3 — клетка плунжера; 4 — плунжер; 5 — нагнетательный клапан; 6 — шток ловителя; 7 — всасывающий клапан; 8 — седло конуса. 

Все насосы типа НН2 — одноплунжерные, одноступенчатые.

Замковая опора  типа ОМ предназначена для закрепления  цилиндра скважинных насосов исполнений НВ1 и НВ2 в колонне насосно-компрессорных  труб. Высокая точность изготовления поверхностей деталей опоры обеспечивает надежную герметичную фиксацию цилиндра насоса в насосно-компрессорных трубах на заданной глубине скважины и одновременно предотвращает искривление насоса в скважине.

     Замковая  опора ОМ (рисунок 10) состоит из опорного кольца 2, пружинного якоря 3, опорной муфты 4, кожуха 5 и переводников 1 и 6.

     Переводник  имеет на верхнем конце гладкую  коническую резьбу, при помощи которой  опора соединяется с колонной насосно-компрессорных труб. Кольцо изготавливают из нержавеющей стали. Конической внутренней фаской оно сопрягается с ответной конической поверхностью конуса замка насоса и обеспечивает герметичную посадку насоса.

     Якорь предотвращает срыв насоса с опоры  от усилий трения движущегося вверх  плунжера в период запуска в работу подземного оборудования. Максимальное усилие срыва замка 3 ¸ 3.5 кН. 

     Рисунок 10 — Замковая опора 

 

     Варианты  крепления насосов приведены  на рисунке 11. 

     Рисунок 11 — Крепление вставных насосов 

     Применение  насосов НН предпочтительно в  скважинах с большим дебитом, небольшой глубиной спуска и большим межремонтным периодом, а насосы типов НВ в скважинах с небольшим дебитом, при больших глубинах спуска (рисунок 11). Чем больше вязкость жидкости, тем принимается выше группа посадки. Для откачки жидкости с высокой температурой или повышенным содержанием песка и парафина рекомендуется использовать насосы третьей группы посадки. При большой глубине спуска рекомендуется применять насосы с меньшим зазором.

     Насос выбирают с учетом состава откачиваемой жидкости (наличия песка, газа и воды), ее свойств, дебита и глубины его спуска, а диаметр НКТ — в зависимости от типа и условного размера насоса.

КОНТРОЛЬ  ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИН ШТАНГОВЫМИ НАСОСАМИ

 

Устье скважины должно быть оборудовано арматурой  и устройством для герметизации штока.

Обвязка устья  периодически фонтанирующей скважины должна позволять выпуск газа из затрубного пространства в выкидную линию через  обратный клапан и смену набивки  сальника штока при наличии давления в скважине.

До начала ремонтных  работ или перед осмотром оборудования периодически работающей скважины с автоматическим, дистанционным или ручным пуском электродвигатель должен отключаться, а на пусковом устройстве вывешивается плакат: «Не включать, работают люди».

На скважинах  с автоматическим и дистанционным управлением станков-качалок вблизи пускового устройства на видном месте должны быть укреплены плакаты с надписью «Внимание! Пуск автоматический». Такая надпись должна быть и на пусковом устройстве.

Система замера дебита скважин, пуска, остановки и  нагрузок на полированный шток (головку балансира) должны иметь выход на диспетчерский пункт.

Управление скважиной, оборудованной ШСН, осуществляется станцией управления скважиной типа СУС-01 (и их модификации), имеющий  ручной, автоматический, дистанционный  и программный режим управления. Виды защитных отключений ШСН: перегрузка электродвигателя (>70 % потребляемой мощности); короткое замыкание; снижение напряжения в сети (<70 % номинального); обрыв фазы; обрыв текстропных ремней; обрыв штанг; неисправность насоса; повышение (понижение) давления на устье.

Для облегчения обслуживания и ремонта станков-качалок  используются специальные технические  средства такие, как агрегат 2АРОК, маслозаправщик МЗ-4310СК 

   ОСОБЕННОСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ  НАСОСНЫХ СКВАЖИН  И ДИНАМОМЕТРИРОВАНИЕ ШТАНГОВЫХ НАСОСНЫХ УСТАНОВОК

 Работу  скважины, оборудованной ШСНУ, контролируют  путем исследования ее и дииамометрирования.

Динамометрирование  установок

Диаграмму нагрузки на устьевой шток в зависимости от его хода называют динамограммой, а  ее снятие - динамометриро-ванием ШСНУ. Оно осуществляется с помощью динамографа. В зависимости от принципа работы различают механические,

 
 
 

Рис. 9.4. Дннамограммы работы штангового насоса с учетом статических нагрузок н сил трения (а), инерционных (б) и динамических (в) нагрузок:

в. м. т. и н. м. т. - соответственно верхняя и нижняя мертвые точки (стрелками показан  ход записи дина-мограмыц)

гидравлические, электрические, электромагнитные, тензометри-ческие и другие динамографы. В наиболее распространенном гидравлическом динамографе конструкции Г. М. Мининзона типа ГДМ-3 действующая на шток нагрузка передается через рычажную систему на мембрану камеры, заполненной жидкостью (спиртом или водой), где создается повышенное давление. Давление жидкости в камере, пропорциональное нагрузке на шток, передается по капиллярной трубке на геликсную лру-жину. При увеличении давления геликсная пружина разворачивается, а перо, прикрепленное к ее свободному концу, чертит линию на бумажном диаграммном бланке. Бланк закреплен на подвижном столике, который с помощью приводного механизма перемещается пропорционально ходу устьевого штока. В результате получается развертка нагрузки Р в зависимости от длины хода S. Для снятия дннамограммы измерительную часть динамографа (месдозу и рычаг) вставля1бт между траверсами канатной подвески штанг, а нить приводного механизма самописца прикрепляют к неподвижной точке (устьевому сальнику). Масштаб хода изменяют сменой диаметра шкива самописца (1:15, 1:30, 1:45), а усилия -перестановкой опоры месдозы и рычага (40, 80 и 100 кН).

Изучение дннамограммы позволяет определить максимальную и минимальную нагрузки, длины  хода штока и плунжера, уяснить  динамические процессы в колонне  штанг, выявить ряд дефектов и  неполадок в работе ШСНУ и насоса. На рис. 9.4, а показана простейшая динамограмма нормальной работы насоса, которая имеет форму правильного параллелограмма (обо-

 
 
 
 
 

"7

L------

Рис. 9.5. Практические дннамограммы работы штангового насоса:

а -нормальная тихоходная работа; б -влияние газа; в - превышение подачи насоса над притоком в скважину; з - низкая посадка плунжера; д - выход плунжера из цилиндра невставиого насоса; е -удары плунжера о верхнюю ограничительную гайку вставного насоса; эк - утечки в нагнетаемой части; з - утечки во всасывающей части- и - полный выход из строя нагнетательной части; к - полный выход из строя всасываюпгей части; л - полуфонтанный характер работы насоса; м - обрыв штанг (пунктиром показаны линии теоретической дннамограммы)