2.Оборудование скважин эксплуатирующихся усшн

Наиболее распространенный способ добычи нефти - с помощью скважинных насосов. Различают штанговые и бесштанговые насосы.

Отличительная особенность штанговой скважинной насосной установки (ШСНУ) состоит в том. что в скважине устанавливают плунжерный (поршневой) насос, который приводится в действие поверхностным приводом, посредством колонны штанг.

Штанговая насосная установка состоит из насоса 1 (см. схему установки ШСНУ, рис. 1.6). находящегося в скважине, и станка-качалки 6, установленного на поверхности у устья. На колонне насосно-компрессорных труб 2 в скважину спускают насос, состоящий из цилиндра 11, внутри которого расположен пустотелый (со сквозным каналом} плунжер 12. В верхней части плунжера расположен нагнетательный клапан 10. в нижней части неподвижного цилиндра - всасывающий клапан 13, открывающийся при ходе плунжера вниз. Плунжер подвешен на колонне насосных штанг 2, которые передают ему возвратно-поступательное движение от станка-качалки. Самая верхняя штанга (полированный или сальниковый шток) соединена с головкой 4 балансира 5 станка-качалки канатной или цепной подвеской. Через тройник 3, находящийся в верхней части колонны насосно-компрессорных труб, жидкость направляется в выкидную линию. Возвратно-поступательное движение колонне насосных штанг передается от электродвигателя 8 через клиноременную передачу, редуктор 7 и кривошипно-шатунный механизм станка-качалки.

Принцип работы насоса следующий. При движении плунжера вверх всасывающий клапан 13 открывается, в результате чего жидкость поступает в цилиндр насоса. Нагнетательный клапан 10 в это время закрыт, так как на него действует столб жидкости, заполнившей насосно-компрессорные трубы. При движении плунжера 12 вниз нагнетательный клапан 10 открывается и жидкость из цилиндра переходит в пространство над плунжером, в результате чего всасывающий клапан 13 закрывается.

Таким образом, при непрерывной установившейся работе насоса насосно-компрессорные трубы заполняются жидкостью, которая после достижения устья скважины через тройник направляется в выкидную линию.

Для подвески насосно-компрессорных труб, вывода продукции скважины в выкидную линию, герметизации устья, а также для отбора газа из затрубного пространства, на устье скважины устанавливают специальное оборудование. Это оборудование состоит из планшайбы и тройника-сальника.

На колонный фланец устанавливают планшайбу, на которой подвешивается колонна насосно-компрессорных труб. В планшайбе предусмотрены два отверстия: боковое горизонтальное для отвода газа из затрубного пространства и вертикальное – для спуска в затрубное пространство приборов при замерах уровня жидкости в скважине. Сверху планшайбы крепится тройник, через боковой отвод которого нефть из скважины подается в нефтесборную сеть. Над тройником устанавливают сальник, через который проходит полированный шток.

Известно много конструкций устьевого оборудования насосных скважин, изготовляемых как на заводах, так и в мастерских НГДУ.

В связи с широким внедрением напорных систем сбора нефти и газа появилась необходимость применять на устье глубинонасосных скважин оборудование, работающее при повышенных давлениях. С этой целью применяют устьевые сальники с самоустанавливающимися головками (СУСГ1 и СУСГ2).

С

Рис. 1.6. Схема установки ШСНУ

альник с двойным уплотнением (СУСГ2) состоит из двух основных узлов: самоустанавливающейся шаровой головки и тройника. В шаровой головке помещены нижняя и средняя промежуточная (средняя) втулки, нижний манжетодержатель и нижняя сальниковая набивка, а в корпусе сальника, навинченного на головку, - верхний манжетодержатель, верхняя сальниковая набивка и верхняя втулка (грундбукса). Сальниковую набивку подтягивают крышкой, навинченной на корпус. В верхней части крышки предусмотрен резервуар для масла, служащий для смазки трущихся поверхностей сальникового штока и вкладышей. Шаровая головка в тройнике удерживается крышкой, закрепленной двумя откидными болтами с гайками. Болты в тройнике установлены при помощи пальцев. Тройник снабжен специальным устройством для присоединения сальника к выкидной линии, состоящим из наконечника, ниппеля и накидной гайки.

Конструкция устьевого сальника с самоустанавливающейся головкой и двойным уплотнением позволяет заменять изношенные сальниковые набивки без разрядки (глушения) скважины.

Конструкция сальника может быть разной, но в любом случае она должна позволять поднимать из скважины плунжер насоса или насос целиком, не снимая тройник. При этом достаточно снять корпус сальника. Поверхность верхней штанги (полированного штока) полируется, так как она проходит через сальник. Нельзя применять вместо сальникового штока обычную насосную штангу, так как нарушится герметичность сальника, и он начнет пропускать жидкость. Сальник-тройник должен быть герметичен. Во время работы насосной установки необходимо следить, не пропускает ли сальник жидкость, и обнаруженные в нем дефекты надо немедленно устранять, потому что утечки через сальник ведут к загрязнению площадки вокруг устья скважины и к потере нефти. Полированный шток подвешивают к головке балансира станка-качалки специальными подвесками.

Назначение и технические данные УСШН

И

з 5400 добывающих скважин в Западной Европе, работающих со вспомогательной техникой, 90% оборудованы штанговыми глубинными насосами. Это объясняется экономичностью, гибкостью и широкими возможностями применения данной системы.

Главные преимущества добычи нефти УСШН следующие:

• независимость от наземных систем:

• технически несложный, быстрый монтаж:

• наличие глубинных насосов различных размеров, изготовленных из различных материалов, в зависимости от дебитов и откачиваемой среды:

• возможность адаптации к изменяющимся условиям притока за счет изменения частоты ходов плунжера, длины хода плунжера и эффективной поверхности плунжера глубинного насоса:

• относительно-высокий общий коэффициент полезного действия;

• нетребовательность технического обслуживания;

• долгий срок службы;

• относительно-небольшие расходы на проведение ремонта насосов.

• В качестве недостатков следует отметить:

• ограниченность дебита и глубины эксплуатации предельно-допустимой нагрузкой на насосные штанги:

• высокий износ насосных штанг и насосно-компрессорных труб (в особенности в случае искривленных скважин), который, однако, может быть снижен применением протекторов:

• применение специального оборудования (динамометров) для определения характера неисправностей и КПД работы насоса.

Обычные штанговые глубинные насосы по принципу действия относятся к плунжерным насосам простого действия. Принципиальная схема УСШН показана на рисунке.

Установки скважинных штанговых насосов предназначены для откачивания из нефтяных скважин жидкости, температурой не более 130°С, обводненностъю не более 96% по объему, вязкостью не более 0.05 Па с., содержанием механических примесей не более 1.3 г/л. свободного газа на приеме насоса не более 10% по объему, сероводорода не более 50 мг/л.

Насосы по своей конструкции делятся на две основные группы: невставные (трубные) и вставные. В каждой из этих групп имеются различные типы насосов, отличающиеся конструктивными особенностями, устройством отдельных узлов. Невставные насосы выпускаются с диаметрами плунжера 28, 32. 43, 56, 68 и 95 мм, с длиной хода от 600 до 3500 мм. Вставные насосы имеют диаметр плунжера 28,32, 43, 56 и 68 мм и длину хода от 900 до 3000 мм. Все детали глубинных насосов унифицированы, т.е. взаимозаменяемы. Насосы каждого основного размера имеют несколько «ремонтных» размеров. Техническими условиями предусмотрено неоднократное использование втулок и плунжеров глубинных насосов. После обработки втулки старых насосов увеличиваются в диаметре, а плунжеры уменьшаются.

Выбор марки станка-качалки определяется глубиной динамического уровня жидкости в скважине, предполагаемой массой откачиваемой жидкости в единицу времени.

Станки-качалки по ГОСТ 5866-66 и диаметр насоса для производительности установок до 150 м^З/сут выбирают по диаграммам, составленным в Краснодарском филиале ВНИИ проф. А.И.Адониным.

Технические характеристики ШГН

Скважинные штанговые насосы представляют собой вертикальную одноступенчатую, одноплунжерную конструкцию одинарного действия с цельным неподвижным цилиндром, подвижньм металлическим плунжером, нагнетательным и всасывающим клапанами и выпускаются вставного - НСВ 1Б и невставного - НСН 2Б исполнения, с условными размерами 29, 32, 3S. 44, 57, 70, 95. Условное обозначение насоса:

Тип насоса:

1. НСНВ 1Б - насос скважинный вставной с цельным цилиндром и замком наверху.

2.. НСН 2Б - насос скважинный невставной с цельным цилиндром и ловителем всасывающего клапана. Далее в обозначении следует:

• условный размер насоса, в мм.;

• ход плунжера в .им. уменьшенный в 100 раз;

• напор в м, уменьшенный в 100 раз;

• группа посадки.

Технические характеристики насосов НСН, НСВ – 2Б, чаще применяемых на месторождениях Западной Сибири.Пример записи при заказе:

1. Насос НСВ 1Б–44–30–15–0 Насос скважинный штанговый вставного исполнения, с замком наверху, условным диаметром 44 мм, длиной хода плунжера 3000 мм, развиваемым напором 1500 метров столба жидкости, нулевой группы посадки.

2. Насос НСН 2Б–32–30–12–2 насос скважинный штанговый невставного исполнения, с ловителем всасывающего клапана, условным размером 32 мм, длиной хода плунжера 3000 мм, развиваемым напором 1200 метров и второй группы посадки.

Насосы типа НСН 1Б, как правило, рекомендуется применять при эксплуатации скважин с высотой подъема жидкости более 1000 метров, и также при эксплуатации скважин, в которых для смены насосов и его узлов приходится часто производить спускоподъемные операции. Для смены вставного насоса, не требуется извлекать из скважины колонны насосно-компрессорных труб, достаточно поднять колонну насосных штанг, на конце которой извлекается скважинный насос.

Насосы НСН 2Б рекомендуется применять при эксплуатации скважин с высотой подъема жидкости до 1000 метров и с большим дебитом.

Насосы НСН 2Б и имеют преимущества перед насосами НСВ 1Б при работе в скважинах, дающих вместе с нефтью песок, так как насосы НСН 2Б спускаются на НКТ меньшего диаметра, чем насосы НСП 1Б.

При этом скорость подъема добываемой жидкости по колонне НКТ увеличивается и условия подъема песка совместно с жидкостью улучшаются тем самым уменьшается вероятность заклинивания плунжера.

Технические характеристики наземного привода

Приводами скважинных штанговых насосов могут быть станки-качалки СК-8, качалки UP-9, UP-12 (румынского производства), поставляются станки-качалки с дезоксиалом СКД-6 и СКД-8, качалки пермского производства Til-fill и т.д.

Применение мощных станков-качалок обусловлено значительной глубиной подвески скважинных штанговых насосов (950... 1600 м), а также тем, что в основном используется скважинный насос с условным диаметром плунжера 44 мм, которым оборудованы 77 % от общего числа скважин эксплуатируемых УСШН

Станок-качалка (рис 1.7) предназначен для индивидуального механического привода к нефтяным скважинным насосам для добычи нефти в умеренных и холодных макроклиматических районах по ГОСТ 16350-80 Станок-качалка служит для передачи возвратно-поступательного движения колонне насосных штанг и плунжеру насоса

Со времени существования СССР, ГОСТ 5866-76 на станки-качалки предусматривает выпуск 13 типоразмеров станков грузоподъемностью от 2.0 до 20.0 т.

Тип станка-качалки выбирают в зависимости от глубины скважины и предполагаемого ее дебита, т.е. количества добываемой скважинной продукции за единицу времени

Станок-качалка, монтируемый на раме 14, состоит из следующих основных узлов: электродвигателя 10, балансира 2 с головкой, редуктора 7 с кривошипом 6 и роторным противовесом 11 Балансир качается на опоре 3, укрепленной на стойке 4. На головке балансира крепится мягкая подвеска I для штанг. От двигателя 10 с помощью клиноременной передачи 9 движение передается на шкив 8 редуктора 7 Частота вращения выходного вала редуктора соответствует заданному числу качаний балансира станка-качалки. На этом валу жестко закреплен кривошип 6, с которым шарнирно соединен шатун 5 Соединение шатуна с балансиром так же шарнирное.

Роторные противовесы предназначены для уравновешивания веса колонны штанг и столба жидкости (ходы вверх и вниз) и снижения инерционных усилий. Правильным подбором противовеса обеспечивается снижение мощности, потребляемой электродвигателем. Противовесы 11 на кривошипе б могут перемещаться по оси. Профиль головки балансира 2 позволяет точке подвеса штанг находиться точно над центром скважины. При подземном ремонте головка имеет возможность проворачиваться в любую сторону. Для облегчения обслуживания узлов балансира 2 на стойке 4 предусмотрены лестницы Переставлением нижних концов шатунов из одних отверстий кривошипов 6 в другие можно получить различный радиус кривошипа и различную длину хода

полированного штока. Число качаний балансира можно изменить сменой шкивов на электродвигателе 10. Кроме балансирных станков-качалок в некоторых случаях применяют и безбалансирные.

Рис. 1.7 Схема станка-качалки

В шифре станка-качалки типа СК второй модификации по ГОСТ 5866-76, например СК5-3-2500, указано 5- наибольшая допустимая нагрузка Рmах на головку балансира в точке подвеса штанг в тоннах (1т = К) кН); 3- наибольшая длина хода s устьевого штока в м: 2500-наибольший допускаемый крутящий момент М_кр тах на ведомом валу редуктора в кгс х м (I кгс  м = 10² КН  м). Дополнительно СК характеризуются числом п качаний балансира (двойных ходов) в минуту, которое изменяется от 5 до 15 мин-1. Системы уравновешивания применяемые для уравновешивания отечественных СК подразделяются на кривошипные (роторные), балансирные и комбинированные.

Основные характеристики насосных штанг

Насосные штанги выпускаются в соответствии с ГОСТ 13877-68 диаметрами 12, 16, 19, 22 и 25 мм и средней длиной 8 метров. Для подбора длины колонны штанг при посадке плунжера выпускают так же короткие штанги длиной от I до 3 метров тех же диаметров.

Штанги поставляют или комплектно с навинченной на один конец муфтой, или отдельно; муфты, поставляемые отдельно, упаковывают в деревянные ящики, причем каждая муфта должна быть завернута в промасленную бумагу.

Колонна штанг для конкретных условий работы рассчитывается с учетом переменных нагрузок действующих на штанги в течении каждого качания, не по максимальному напряжению, вычисленному исходя из статических условий прочности, а по методике, предложенной А.С.Вирновским, согласно которой в качестве расчетного принимается «приведенное» напряжение, учитывающее циклический характер работы штанг.

Для облегчения подбора колонны штанг по приведенным формулам составлены таблицы допускаемых глубин спуска насосов на штангах при различных значениях приведенного напряжения.

В этих таблицах глубины спуска насосов рассчитаны для средних параметров: 1) число ходов насоса в минуту; 2) длина хода сальникового штока s 1,8 м.

Оборудование диагностики УСШН

Важным источником информации о работе насоса являются данные динамометрирования. Динамометрирование заключается в определении по динамограммам нагрузок на штанги, а также состояния и нарушения в работе подземного оборудования. По ним определяются: негерметичность приемной и нагнетательной части насоса, влияние газа на его работу, превышение производительности насоса над притоком жидкости в скважину, прихват плунжера, обрыв штанг, неправильность монтажа насоса, негерметичность труб и многие другие явления. По нагрузкам можно подсчитать значения фактических приведенных напряжений. По динамограммам можно определить коэффициент подачи насоса, коэффициент наполнения, динамический уровень жидкости, удельный вес газожидкостной смеси, давление на приеме насоса, коэффициент продуктивности скважины, дебит фактически откачиваемой жидкости.

На нефтедобывающих предприятиях применяются как гидравлические динамографы конструкции Г.М. Мининзона (карманный динамограф ГДМ-3), так и всевозможные версии сложных электронных динамографов.

Динамометрирование скважин - это процесс получения зависимости изменения нагрузки в точке подвеса штанг от перемещения этой точки в виде замкнутых кривых, называемых динамограммами.

Динамометрирование осуществляется с помощью различных типов динамографов, подразделяющихся по принципу действия преобразующего устройства на гидравлические, механические и электрические. Последние могут быть как ручными, так и автоматическими.

В настоящее время около 58% всех нефтяных скважин Российской Федерации эксплуатируются скважинными штанговыми насосными установками. Для отслеживания состояния работоспособности данного вида оборудования в настоящее время используется несколько различных систем, из которых наиболее широкое распространение получили переносные гидравлические динамометры. Получаемые в результате использования динамометров динамограммы дают качественную картину работы УСШН. Предлагаемые некоторыми зарубежными фирмами виды оборудования для получения как качественной, так и количественной оценки работоспособности оборудования имеют высокую цену, требуют бережного и высококвалифицированного обслуживания, а также адаптации к отечественным видам нефтепромысловой техники.

Одним из путей решения этих проблем может быть применение для диагностирования работоспособности установок штанговых насосов системы диагностики, разработанной в ГАНГ им. И.М.Губкина.

Как показали предварительные испытания, указанная система позволяет не только получать динамограммы работы скважинного оборудования, но и определить неисправности и ошибки в монтаже и эксплуатации наземного оборудования, а также выдавать рекомендации по оптимизации рабочих параметров УШСН. Кроме того, система позволяет определить истинный дебит скважин, эксплуатируемых штанговыми насосами, и их действительный коэффициент подачи.

Повышение эффективности нефтедобычи невозможно без оперативного контроля за работой оборудования. Приборы для контроля уровня жидкости в скважине и записи динамограммы работы глубинного штангового насоса должны быть просты в обращении, транспортабельны, автономны

Контроль за работой скважины, оборудованной ШСНУ, осуществляется путем ее исследования и динамометрирования.

Насосные скважины, оборудованные ШСНУ, исследуют в основном при установившихся режимах с целью получения индикаторной линии Q(p) и установления зависимости Q от режимных параметров работы установки. По данным гидродинамических исследований аналогично, как и при других способах эксплуатации, определяют параметры пласта и устанавливают режим работы скважины. См. главу №5.

Обслуживание УСШН

Обслуживание скважин оборудованных УСШН заключается в наблюдении за работой станка-качалки, состоянием наземного оборудования и подачей жидкости. Для этого необходимо смазывать трущиеся части станков-качалок, контролировать их состояние, проверять степень их уравновешивания, по графику проводить текущий и капитальный ремонты.

Применяемые в настоящее время системы телемеханики позволяют осуществлять связь с любой скважиной или другим объектом. С пульта оператора можно включить или выключить электродвигатель станка-качалки, замерить дебит скважины, получить телесигнал состояния станка-качалки («работает», «остановлена») и сигнал аварийной остановки, иметь двустороннюю телефонную связь с персоналом, находящимся у скважины.

Техническое обслуживание станка-качалки проводится для предотвращения внезапных отказов, повышения срока службы и снижения расхода электроэнергии. Должны проводится следующие виды технического обслуживания при эксплуатации СК:

1. Через 15 дней работы СК после его пуска очищать (без замены масла) магнитное устройство от металлической пыли и установить его на место. В последующем его очистку производить при заливе масла. При доливе масла в картер редуктора следует сливать конденсированную воду из картера частичным отворотом сливной пробки.

2. Не реже I раз в 3 дня осматривать работающий станок-качалку с целью выявления неисправностей и их устранения.

3. При осмотре работающего СК, не останавливая его проверить:

   • уравновешенность - по показаниям амперметра (уравновешенность считается удовлетворительной, если разница между показаниями амперметра при ходе вверх и вниз не превышает 10% от полусуммы двух максимальных значений силы тока за цикл).

   • наличие вибрации и необычных шумов - визуально и на слух определить, какие из частей СК предположительно являются их источником.

Для поддержания устьевой арматуры в работоспособном состоянии в течение всего срока службы должны выполняться следующие виды обслуживания:

• осмотр и обслуживание один раз в 10 дней;

• текущий ремонт один раз в 1-1.5 года.

Еженедельно или раз в 10 дней проводить следующие работы:

1. проверить давление в нагнетательном трубопроводе и затрубье,

2. выявить дефекты, которые должны быть устранены немедленно или при ближайшем текущем ремонте скважины.

Текущий ремонт производится при ближайшем подземном ремонте скважины, в течении которого должны быть выполнены следующие работы:

1.Проверить легкость управления запорными устройствами и, при необходимости, разобрать, промыть и смазать механизм привода шибера.,

2.Проверить герметичность арматуры гидравлическим давлением, допускаемым прочностью эксплуатационной колонны, но не более 21 МПа и при необходимости, заменить уплотнительные кольца в неподвижных соединениях.

Обслуживание и ремонт арматуры должны производиться лицами, ознакомленными с особенностями ее конструкции.

Недопускается эксплуатация УСШН без оградительных устройств и защитных кожухов предусмотренных конструкцией, розливов нефти на околоустьевой площадке, наличие посторонних предметов, затрудняющих подходы к УСШН.