Основные элементы ШСНУ на базе станка-качалки

Обзор конструкций приводов ШГН

ЭКСПЛУАТАЦИЯ СКВАЖИН ШТАНГОВЫМИ НАСОСАМИ

ВВЕДЕНИЕ

Нагрузки, действующие на детали, агрегата буровых и нефтегазопромысловых машин во время эксплуатации носят случайный ха­рактер. Случайными являются также характеристики материалов, конкретное значение которых зависит от множества факторов. При­мерами случайных величин являются наработка на отказ, интен­сивность отказов, технический ресурс, срок службы машины и т.д.

Совокупность значений случайных величин, расположенных в возрастающем порядке, с указанием вероятностей их появления, называют распределением случайных величин. Соотношения, устанавли­вающие связь между возможными значениями случайной величины и соответствующими им вероятностями, называют законом распределе­ния. Законы распределения могут задаваться аналитически, в виде графиков или таблиц.

В теории надёжности используются разнообразные законы расп­ределения. Задача теории надёжности заключается в выборе такого закона распределения, который наиболее полно отражает происходя­щий физический процесс. Подобрав теоретический закон распределе­ния, решают практические задачи по определению показателей надёж­ности машин.

Наибольшее распространение применительно к расчету показателей надежности машин получили нормальное, логарифмически нор­мальное распределения, распределение Вейбулла. Экспоненциальный закон распределения, широко применяющийся в тео­рии надежности, является частным случаем распределения Вейбулла.

Штанговая скважинная установка состоит из привода, устьевого оборудования, колонны насосных штанг, колонны насосно-компрессорных труб, скважинного насоса и вспомогательного подземного оборудования. В редких отдельных случаях какой-либо из перечисленных элементов может отсутство­вать, тогда его функцию выполняют другие элементы ШСНУ.

Привод предназначен для преобразования энергии двигателя в механическую энергию колонны насосных штанг, движущихся возвратно­-поступательно.

Колонна насосных штанг представляет. собой стержень, состоящий из отдельных штанг, соединенных друг с другом резьбовыми соединениями. Колонна насосных штанг передает механическую энергию от привода к скважинному насосу.

Скважинный насос (как правило, плунжерный) преобразует механическую энергию движущихся штанг в механическую энергию откачиваемой пластовой жидкости.

Колонна насосно-компрессорных труб служит каналом для подъема откачиваемой пластовой жидкости и обеспечивает удержание на весу цилиндра скважинного насоса.

Устьевое оборудование герметизирует внутреннюю полость колонны НКТ, ее соединения с нефтепромысловым коллектором, а также фиксирует верх колонны НКТ.

Вспомогательное подземное оборудование устанавливается в зависимости от особенностей каждой скважины. В комплект могут входить: якорь, фиксирующий низ колонны НКТ относительно эксплуатационной колонны, газовые и песочные якори для отделения из пластовой жидкости, поступающей на прием скважинного насоса, газа и песка, иногда клапаны­ отсекатели пласта.

Рисунок 1 - Основные элементы ШСНУ

В отдельных случаях колонна штанг может быть полой, и ее внутренняя полость используется в качестве канала для подъема пластовой жидкости. Колонна НКТ может отсутствовать, а цилиндр скважинного насоса фиксируется специальным якорем с пакером.

1 - фундамент; 2 - рама; 3 - электродвигатель; 4 - редуктор; 5 - кривошип; 6 - груз; 7 - шатун; 8 - груз; 9 - стойка; 10 - балансир; 11 - механизм фиксации головки балансира; 12 - головка балансира; 13 - канатная подвеска; 14 - устьевой шток; 15 - сальник устьевой.

Рисунок 2 - Штанговая скважинная насосная установка

Рассмотрим отдельные элементы установки, представленной на рисунке 1, на примере ШСНУ с балансирным станком-качалкой (рисунок 2).

Штанговая скважинная насосная установка включает в себя привод, располагаемый в непосредственной близости от устья скважины. Известно большое число различных конструкций приводов. Привод ШСНУ обеспечивает вертикальное возвратно-поступательное перемещение верхней - точки колонны штанг. Последняя собирается из отдельных штанг длиной 8 м, диаметром 16-25 мм, соединяемых друг с другом посредством резьбовых муфт.

Первая, верхняя штанга (устьевой шток) имеет, как правило, несколько больший диаметр (до 38 мм) и пропущена через устьевой сальник, обеспечивающий герметизацию внутренней полости НКТ.

Колонна насосно-компрессорных труб соединяет скважинный насос (его цилиндр) с устьевым оборудованием и образует канал для движения вверх пластовой жидкости, откачиваемой скважинным насосом. Колонна собирается из отдельных труб длиной 8-11 м и диаметром 38-102 мм с помощью муфт.

Устьевое оборудование имеет корпус, в котором расположен устьевой сальник, боковой отвод для соединения внутренней полости НКТ с промысловым коллектором, а также боковой отвод, сообщающийся с затрубным пространством. Устьевой сальник снабжен механизмом для регулировки его затяжки и фиксации уплотненного элемента.

Штанговый скважинный насос представляет собой насос одинарного действия. Ниже насоса при необходимости устанавливается газовый или песчаный якорь. В них газ и песок отделяются от пластовой жидкости. Газ направляется в затрубное пространство между насосно-компрессорной и эксплуатационной колоннами, а песок осаждается в корпусе якоря.

При работе ШСНУ энергия от электродвигателя передается через редуктор к кривошипно-шатунному механизму, преобразующему вращательное движение выходного вала редуктора через балансир с головкой в возвратно­-поступательное движение колонны штанг. Связанный с колонной плунжер также совершает возвратно-поступательное движение.

При ходе плунжера вверх нагнетательный клапан закрыт давлением жидкости, находящейся над плунжером, которая по колонне насосно-компрессорных труб движется вверх ­ происходит ее откачивание. В это время впускной всасывающий клапан открыт, и жидкость заполняет объем цилиндра насоса под плунжером.

При ходе плунжера вниз всасывающий клапан под действием давления столба жидкости закрывается, нагнетательный клапан открывается, и жидкость перетекает в над плунжерное пространство цилиндра. Поднятая на поверхность жидкость через боковой отвод устьевого сальника поступает в промысловый коллектор.

В зависимости от специфических особенностей промыслов или отдельных скважин применяют и другие конструкции элементов ШСНУ.

Как видно, ШСНУ представляет собой насосный агрегат, вертикальный габарит которого соответствует расстоянию от ШСН до привода. В результате его гидравлическая часть - плунжер с цилиндром - удалена от механической, т. е. привода, расположенного на поверхности до 3000-4000 м. Эта же величина и определяет вертикальный габарит всей установки в целом. Диаметральные размеры гидравлической части установки, т. е. колонн НКТ, штанг и скважинного насоса, весьма малы по сравнению с линейными.

Из-за этих особенностей ШСНУ на работу существенно влияют упругие деформации ее наиболее длинных элементов - колонны штанг и НКТ, а также собственные веса подвижных частей установки, Все это предопределяет конструктивные особенности основных элементов и узлов ШСНУ.

Дата добавления: 2015-04-30