Лекция ТТДНГ. ЛЕК РУС (1). Конспект лекций по дисциплине Технология и техника добычи нефти и газа Образовательная программа 6В07203 Нефтегазовое дело
 Скачать 3.34 Mb.
|
Лекция 4. Оборудование для эксплуатации скважин насосами с механическим приводомВ основу рассматриваемого способа эксплуатации скважин положено использование обычного насоса спускаемого в скважину и приводимого в действие приводом, расположенным на поверхности. Весь комплекс оборудования называют штанговой насосной скважинной установкой (ШСНУ). Основные её параметры: подача – количество жидкости в ед. времени, развиваемое давление – с учетом глубины скважины и пластового давления, КПД ШСНУ и надежность, масса установки. Рациональная область применения ШСНУ: подача – 100 120 м3/сут., глубина подвески 1500 1800 м.Штанговые скважинные насосные установки и их основные элементы Насосная установка состоит из привода, устьевого оборудования, колонны насосных штанг, колонны насосно-компрессорных труб, скважинного насоса и вспомогательного оборудования. Привод предназначен для преобразования энергии двигателя в механическую энергию колонны насосных штанг, двигающихся возвратно-поступательно. Колонна насосных штанг представляет собой стержень, состоящий из отдельных штанг, соединенных резьбовыми соединениями. Колонна НШ передает механическую энергию от привода к скважинному насосу. Скважинный насос преобразует механическую энергию движущихся штанг в механическую энергию откачиваемой жидкости. Колонна НКТ служит каналом для подъема откачиваемой пластовой жидкости и обеспечивает удержание по весу скважинного насоса. Устьевое оборудование герметизирует внутреннюю полость колонны НКТ, обеспечивает её соединение с нефтепромысловым коллектором, фиксирует верх колонны НКТ. Вспомогательное подземное оборудование устанавливается в зависимости от особенностей каждой скважины. В комплект могут входить газовые и песочные якори, отсекатели пласта. Штанговый скважинный насос представляет собой насос одинарного действия. Состоит из цилиндра, соединенного с колонной НКТ; плунжера соединенного с колонной штанг, нагнетательного клапана установленного на плунжере и всасывающего установленного в цилиндре.  Схемы штанговых трубных насосов 1- кожух клапана; 2 – муфты; 3 – втулки; 4 – кожух; 5 – плунжер; 6 – выходной клапан; 7 – захват клапана; 8 – крестовина; 9 – выходной клапан При работе ШСНУ энергия от эл. двигателя передается через редуктор к кривошипно-шатунному механизму, преобразующему вращательное движение 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 НКТ двигается вверх – происходит её откачивание. В это время впускной всасывающий клапан открыт и жидкость заполняет объем цилиндра насоса над плунжером. При ходе плунжера вниз всасывающий клапан закрывается, нагнетательный открывается, и жидкость перетекает в надплунжерное пространство. ДОСТОИНСТВА Штанговый насос используется достаточно часто и хорошо знаком большей части персонала, занятого эксплуатацией и техническим обслуживанием. Он может применяться в широком диапазоне производительностей и на ограниченных скоростях и при ограниченных глубинах извлекать продукт из скважины вплоть до ее истощения. Штанговые насосы высоконадежны и легко поддаются диагностике с помощью ряда различных приемов: осмотра, динамометрии и зондирования скважины. Данный метод позволяет добывать высокотемпературные или высоковязкие нефти, а проблемы коррозии и образование отложений легко разрешаются. Штанговые насосы приводятся в движение электричеством или топливным газом, причем электропривод легко подстраивается под график подачи газа или периодическую работу. Наконец, цена штангового насоса — дополнительное преимущество для поддержания эксплуатационных расходов на низком уровне. НЕДОСТАТКИ Среди недостатков штанговых насосов следует упомянуть их непригодность для искривленных скважин. Глубина и объем скважин, для которых они могут применяться, ограничены весом штанг и запасом прочности, а высокий газовый фактор скважины либо попадание песка и парафина в скважинные флюиды еще более ухудшают их эффективность. Суммарный вес и габариты могут помешать их применению на морских платформах. Для обслуживания внутрискважинного оборудования следует принимать во внимание дополнительное неудобство, связанное с необходимостью использования подъемных устройств. Приводы штангового скважинного насоса Привод ШСН состоит из силового органа, уравновешивающего устройства и собственно привода. Силовой орган предназначен для перемещения колонны штанг и может быть механическим, состоящим из системы рычагов, накатов, блоков; гидравлическим – с использованием гидро- и пневмоцилиндров. Собственно привод включает двигатель и передачу.Выполнение функции создания оптимального режима работы приводного двигателя возлагается на уравновешивающее устройство, которое накапливает потенциальную энергию колонны штанг при ходе её вниз и отдает при ходе вверх. Мощность двигателя приводящего в действие неуравновешенную установку в 412 раз больше мощности двигателя установки полностью уравновешенной. Приводы ШСН делятся по max нагрузке в точке подвеса штанг, по длине хода точки подвеса штанг, по величине потребляемой мощности. Штанговые скважинные насосы  Принцип работы глубинных штанговых насосов достаточно прост. При перемещении плунжера вверх в нижней части камеры насоса создается разрежение давления, что способствует всасыванию перекачиваемой жидкой среды через входной клапан. Когда плунжер начинает движение вниз, всасывающий клапан закрывается под действием давления перекачиваемой жидкой среды, и она через полый канал поршня и нагнетательный клапан начинает поступать в подъемные трубы. В ходе безостановочной работы штангового глубинного насоса перекачиваемая им жидкая среда начинает заполнять внутренний объем подъемных труб и в итоге направляется на поверхность. ШСН приводится в действие колонной штанг и работает в условиях абразивной среды, химически активных веществ, больших температур. Основной задачей в области конструирования насосов является увеличение их надежности и повышение эксплуатационных показателей. По способу крепления в колонне НКТ насосы делятся на невставные (трубные) и вставные. Цилиндр трубного насоса присоединяется к колонне НКТ и вместе с ней спускается в скважину. Цилиндр вставного насоса спускается внутри труб по колонне штанг и монтируется с помощью специального замкового устройства. Это позволяет менять насос без подъема НКТ.   Основные схемы трубных насосов Основные схемы вставных насосов Основные узлы насоса следующие: Цилиндр – может быть изготовлен из одной трубы и собран из отдельных втулок. Каждая из конструкций имеет свои преимущества и недостатки: цилиндр из цельной трубы трудно изготовить, он дорогой, но зато удобен в эксплуатации. Цилиндр собранный из втулок – дешевле в изготовлении, однако в процессе эксплуатации его соосность нарушается.  Конструкция плунжеров скважинных насосов а – гладкий; б – с кольцевыми канавками; в – с винтовой канавкой; г – пескобрей. Плунжер – представляет собой трубу, наружная рабочая поверхность которой обработана с высокой чистотой и точностью.  Манжетный плунжер 1- корпус плунжера; 2 – резиновой кольцо; 3 – набухающие резиновые кольца. Нагнетательный клапан. Основой конструкций нагнетательных и всасывающих клапанов является седло клапана и шарик. Седла клапанов изготавливаются из стали марок 30Х13, 35Х18 или твердого сплава ВК68.  Клапанные узлы скважинных насосов а—насоса НГН1; б—насоса НГН2, в — насоса НГНЗ; 1— корпус, 2 — стакан- 3 — шарик, 4 — седло; 5 — наконечник-конус; г — конструкция Костыченко  Шаровые клапаны а – с буртом; б – с гладкой наружной поверхностью Насосные штанги и трубы Колонна штанг обеспечивает кинематическую связь силового органа с плунжером скважинного насоса. Колонна штанг работает в очень тяжелых условиях она подвергается действию циклически изменяющейся нагрузки: в верхней части пульсирующая, в нижней – знакопеременная, она погружена в корозиоактивную жидкость. Её боковые поверхности изнашиваются за счет искривления скважины и абразивного износа.  Конструкция насосных штанг и муфт Требуемая долговечность колонны штанг достигается улучшением конструкции колонны, применением хороших технологий изготовления штанг, использованием прочных сталей, обеспечением легкого режима эксплуатации. Расчет колонны штанг сводиться к определению величины и характера изменения нагрузки на них, выбора расчетной формулы соответствующей условиям работы штанг и определению допускаемых напряжений, обуславливающих надежную работу колонны штанг. расчет колонны штанг производится либо по эмпирическим формулам, либо по специально составленным таблицам, либо по номограммам. Насосные штанги выпускаются диаметрами: 12, 16, 19, 22, 25 мм. Средняя длина штанг 8м. Резьба штанг накатывается. Штанги и муфты делаются из Ст.40 для легких условий работы, для сложных условий – из легированных сталей с последующим поверхностным упрочнением. Существуют трубчатые штанги. Их использование уменьшает металлоемкость внутрискважинного оборудования за счет исключения колонны НКТ, уменьшает пиковые нагрузки в точке подвеса за счет увеличения плавучести колонны штанг. Позволяет проведение некоторых технологических операций. Однако их производство сложнее и металлоемкость и стоимость больше. В ШСНУ применяются НКТ с гладкими и высаженными наружу концами групп прочности К, Е, Л, Н, на трубах и муфтах резьба –600, конус 1:16.  Схема установки с трубчатыми штангами 1 — канатная подвеска; 2 — узел крепления штанг; 3 — трубчатая штанга; 4 — боковой отвод; 5 — фланцевое соединение; 6 — гибкий шланг; 7 — коллектор Оборудование устья насосных скважин Оборудование устья насосных скважин предназначено для герметизации внутренней полости НКТ и эксплуатационной колонны, состоит: Крестовик для подвески НКТ и герметизации затрубного пространства; Устьевой сальник с шаровой головкой для уплотнения сальникового штопа скважин, эксплуатируемых штанговыми насосами. Сальник устьевой  Сальники устьевые СУС предназначены для уплотнения сальникового штока скважин и обеспечивают отвод продукции через тройник. Отличительная особенность сальника - наличие пространственного шарового шарнира между головкой сальника (несущей внутри себя уплотнительную набивку) и тройником. Шарнирное соединение, обеспечивая самоустановку головки сальника при несоосности сальникового штока с осью ствола скважины, исключает односторонний износ набивки, увеличивает срок службы сальника, одновременно облегчает смену набивки. Сальник рассчитан на повышенные давления на устье скважины и обеспечивает надежное уплотнение штока при однотрубных системах сбора нефти и газа. Устьевые сальники изготавливаются двух типов: 1. СУС1 — с одинарным уплотнением (для скважин с низким статическим уровнем и без газопроявлений) 2. СУС2 — с двойным уплотнением (для скважин с высоким статическим уровнем и с газопроявлениями). Оборудование устья насосных скважин предназначено для герметизации внутренней полости НКТ и эксплуатационной колонны, состоит: Крестовик для подвески НКТ и герметизации затрубного пространства; Устьевой сальник с шаровой головкой для уплотнения сальникового штопа скважин, эксплуатируемых штанговыми насосами.  Сальник устьевой СУС 1 1 – тройник; 2 – втулка нижняя; 3 – вкладыш; 4 – стопор; 5 - кольцо уплотнительное; 6 – манжетодержатель; 7 – крышка шаровая; 8 - уплотнительная набивка; 9 - головка шаровая; 10 – вкладыш; 11 – грундбукса; 12 – крышка головки; 13 – шток; 14 - болт откидной; 15 – палец; 16 – шплинт; 17 – гайка накидная; 18 – ниппель; 19 – наконечник. Сальник устьевой СУС 2 1 — тройник; 2 - втулка нижняя; 3 - вкладыш; 4 - стопор; 5 - кольцо уплотнительное; б - манжетодержатель; 7-крышка шаровая; 8-уплотнительная набивка; 9-головка шаровая; 10 — вкладыш; 11- грундбукса; 12 — крышка головки; 13 — гайка; 14 — болт откидной; 15 — палец; 16— шплинт; 17- гайка накидная; 18- ниппель; 19- наконечник; 20 - сальниковый шток   КАНАТНАЯ ПОДВЕСКА САЛЬНИКОВОГО ШТОКА Позволяет регулировать посадку плунжера в цилиндр насоса для предупреждения ударов плунжера о всасывающий клапан. Также используется для установки динамографа. Безбалансирные станки-качалки применяются для эксплуатации многорядных скважин. В настоящее время применяются без-балансирные станки-качалки СКН-3-915 горизонтального типа и со специальной поворотной стрелой. Эти станки состоят из редуктора, кривошипно-шатунного механизма и траверсы. Создаваемое кривошипом криволинейное движение при помощи шатуна превращается в возвратно-поступательное. Уравновешивание безбалансирного станка роторное и осуществляется перемещением грузов, укрепленных на специальной дуге кривошипа. Штанги к станку-качалке присоединяются цепью, которая через повторную стрелу прикрепляется к траверсе. [1] Безбалансирные станки-качалки имеют меньшие металлоемкость и габариты по сравнению с балансирными. Контрольные вопросы: 1. Рациональная область применения ШСНУ 2. Достоинства и недостатки 3. Элементы ШСНУ 4. Принцип работы ШСНУ 5. Привод ШСНУ 6. Основные узлы насоса (штанговых скважинных насосов) 7. Что такое плунжер и нагнетательный клапан? 8. Назначение колонны штанг 9. Оборудования устья насосных штанг 10. Безбалансированный скважинный насос. |