Насосных установок для добычи нефти

Классификация скважинных штанговых насосных установок

Различные геолого-технические условия применения скважинных штанговых насосных установок (СШНУ) привели к огромному количеству разработанных узлов и целых систем, составляющих указанную насосную установку. Классификация скважинных штанговых насосных установок представлена в виде морфологической матрицы на рис. 5.6.

Верхняя строка морфологической матрицы представляет наземный привод разных видов и модификаций. Так, в первом столбце (блоке) расположен механический балансирный станок-качалка с синусоидальным (или близким к нему) законом движения, во втором — механический безбалансирный станок-качалка с тем же законом движения выходного звена, в третьем — механический привод с трапецеидальным законом движения выходного звена, в четвертом — гидравлический привод с трапецеидальным законом движения, в пятом — пневматический с тем же законом движения. В остальных блоках (заполненных пунктиром) могут располагаться другие по виду основных рабочих органов или закону движения выходного звена (в данном случае — точки подвеса полированного штока) виды приводных частей штанговой скважинной насосной установки.

Вторая строка содержит структурные единицы оборудования герметизации устья. В первом столбце второй строки находится устьевой сальник со сплошным полированным штоком, во втором — с полым полированным штоком, в третьем — с заглубленным сальником, в четвертом — со скважинным сальниковым уплотнителем, в пятом — с использованием ленточных или реечных подвижных элементов. Другие виды уплотнений колонны насосных штанг на устье скважины могут быть представлены в остальных блоках данной строки.

В третьей строке расположены блоки, представляющие виды штанговых колонн. Первый вид — обычная стальная колонна штанг, отдельные элементы которой соединяются друг с другом с помощью резьбы, во втором блоке — комбинированная колонна штанг, включающая металлические и неметаллические штанги, в третьем блоке — непрерывные стальные эллипсообразные штанги, в четвертом — непрерывные стальные канатные штанги, в пятом — стальные ленточные штанги и т.д.

В четвертой строке расположены скважинные насосы. Плунжерные одноступенчатые насосы расположены в первом блоке, насосы для откачки высоковязких жидкостей расположены во втором блоке, в третьем — насосы для работы с сильно газированными жидкостями, в четвертом — насосы для откачки жидкости со значительным содержанием механических примесей и т.д.

Различные виды рабочих органов скважинных насосов представлены в пятой строке, в шестой строке размещены разные виды клапанных узлов насосов.

Представленная на рис. 5.6. морфологическая матрица может быть продолжена как по вертикали (вплоть до видов крепежных элементов и конструктивного исполнения их резьбы), так и по горизонтали в каждой строке. Причем, даже если на сегодняшний день какая-либо строка или столбец могут казаться заполненными, то из-за непрекращающегося научно-технического прогресса уже завтра в указанных столбцах и строках могут появиться десятки новых элементов и новых свободных ячеек.

5.6. Оборудование скважинных штанговых

С точки зрения экономических возможностей СШНУ могут обеспечить высокий напор в ограниченном диапазоне подач от 5 до 50 м³/сут. В области подач от 1 до 40 м³/сут СШНУ имеет более высокий КПД по сравнению с другими способами добычи нефти и при подаче, равной 35 м³/сут, он может достигать максимального значения (37 %). Таким образом, СШНУ хорошо приспособлена для работы в условиях малого и среднего дебита скважин. Однако, в некоторых случаях подача может достигать 200 м³/сут и глубины подвески насосов достигают 2500 м.

Независимо от конструкций основных узлов, для всех СШНУ характерны следующие особенности: 1) значительное удаление гидравлической части насоса от механической, т.е. плунжера с цилиндром от кривошипно-шатунного механизма; 2) вертикальное расположение основных элементов установки; 3) малый поперечный (диаметральный) размер деталей, входящих в гидравлическую (подземную) часть установки. Все это в свою очередь обусловливает следующие явления, неблагоприятные для работы СШНУ.

1. Суммарная деформация колонны штанг и насосно-компрессорных труб достигает значительных величин и соизмерима с длиной хода плунжера.

2. Закон движения точки подвеса штанг отличается от закона движения плунжера, фактическая длина хода плунжера на 200 - 500 мм меньше длины хода точки подвеса штанг. Поэтому при выборе режима работы установки стараются обеспечить максимальную длину хода плунжера.

3. Усилие в точке подвеса штанг постоянно направлено вниз и отличается при ходе вверх и вниз на 30 – 50 %. Постоянство направления нагрузки в точке подвеса штанг, обусловленное весом колонны штанг и столба жидкости под плунжером глубинного насоса, обусловливает неравномерную загрузку приводного двигателя.

За время полного оборота кривошипа, т.е. за время одного цикла работы глубинного насоса, происходит подъем и опускание штанг. При этом при ходе штанг вверх двигатель привода должен затратить дополнительную работу по подъему штанг - увеличению их потенциальной энергии. Полезная работа двигателя при ходе вверх расходуется на подъем жидкости.

Для обеспечения хода штанг вниз не нужно совершать дополнительной работы — колонна опускается вниз силой собственного веса, а приводной двигатель при этом работает вхолостую.

Для обеспечения равномерной нагрузки двигателя за время двойного хода и уменьшения его мощности привод СШНУ снабжают уравновешивающим устройством (в данном случае — грузы на правом плече балансира), назначение которого аккумулировать энергию, получаемую от приводного двигателя и штанг, при ходе плунжера вниз и отдавать ее при ходе штанг вверх.

Дата добавления: 2014-01-04