3.1 Описание процесса работы шсн

Обычные скважинные насосы по принципу действию относятся к плунжерным насосам простого действия. Ниже приводится схема процесса работы скважинного насоса (рисунок 2).

Исходная ситуация: насос и насосно-компрессорная труба заполнены пластовой жидкостью; плунжер находится в верхней мертвой точке О.Т; нагнетательный клапан закрыт. Нагрузку столба жидкости над насосом принимают на себя насосные штанги.

При прекращении потока жидкости снизу через всасывающий клапан, последний закрывается под действием силы тяжести. Цилиндр полностью или частично заполнен жидкостью. При погружении плунжера в эту жидкость нагнетательный клапан открывается, вес жидкости воспринимается всасывающим клапаном и, следовательно, колонной насосно-компрессорных труб (НКТ) (рисунок 2, а). При дальнейшем ходе плунжера вниз (рисунок 2, б) верхняя штанга погружается в столб жидкости, вытесняя соответствующий ее объем, который подается во внутреннюю полость колонны насосно-компрессорных труб.

В случае применения плунжеров, диаметр которых равен диаметру верхней штанги или меньше его, подача жидкости в НКТ производится только во время хода плунжера вниз, в то время как при ходе плунжера вверх вновь набирается столб жидкости.

Как только плунжер начинает двигаться вверх, нагнетательный клапан закрывается, нагрузка жидкости снова передается на насосные штанги. Если пластовое давление превышает давление в цилиндре, всасывающий клапан открывается в момент отхода плунжера от нижней мертвой точки U.T. (рисунок 2, в). Поступление жидкости из пласта в цилиндр продолжается, пока ход плунжера вверх не закончится в позиции О.Т. (рисунок 2, г). Одновременно с поднятием столба жидкости над плунжером происходит всасывание равного количества жидкости.

На практике, однако, рабочий цикл насоса обычно сложнее, чем указано на этой упрошенной схеме. Работа насоса зависит в значительной мере от размера вредного пространства, содержания свободного газа в пластовой жидкости и от вязкости откачиваемой среды.

Кроме того, вибрации колонны насосно-компрессорных труб и насосных штанг, возникающие в результате непрерывной перемены нагрузки столба жидкости, и вибрации клапанов также влияют на цикл откачки.

3.2 Классификация штанговых скважинных

насосов

3.2.1 Классификация по стандарту Американского

нефтяного института (АРI)

Трубные штанговые скважинные насосы и вставные штанговые скважинные насосы классифицированы по API согласно стандарта 11АХ в зависимости от исполнения цилиндра и плунжера, а также от расположения замковой опоры, и имеют соответствующее условное обозначение. На рисунке 3 и в таблице 1 дается система обозначения по API. Также приводятся дополнительные объяснения и пример спецификации.

Полное обозначение скважинного насоса включает:

1. номинальный диаметр НКТ;

2. номинальный диаметр плунжера;

3. тип насоса, тип рабочего цилиндра, расположение и тип замка;

4. длину цилиндра в футах, или, соответственно, число втулок;

5. номинальную длину плунжера в футах (1 фут = 0,3048 м);

6. общую длину удлинителей, если такие применяются.

X X – X X X X X X X X – X – X

1 2 3 4 5 6 7 8 9

1. Номинальный диаметр НКТ:

15 – 1,900"; 20 – 2³/₈"; 25 – 2⁷/₈"; 30 – 3¹/₂".

2. Диаметр насоса (номинальный размер):

106 – 1¹/₁₆" (27,0 мм); 125 – 1¹/₄" (31,8 мм); 150 – 1¹/₂" (38,1 мм);

175 – 1³/₄" (44,5 мм); 178 – 1²⁵/₃₂" (45,2 мм); 200 – 2" (50,8 мм);

225 – 2¹/₄" (57,2 мм); 250 – 2¹/₂" (63,5 мм); 275 – 2³/₄" (69,9 мм).

3. Тип насоса: R – вставной насос;

T – трубный насос.

4. Рабочий цилиндр:

• с металлическими плунжерами: W – тонкостенный;

H – толстостенный;

L – втулка;

• с плунжерами с мягким уплотнением: S – тонкостенный;

P – толстостенный.

5. Расположение замка: А – верхнее;

В – нижнее;

Т – нижнее с неподвижным плунжером.

6. Тип крепления: С – манжетное крепление;

М – механическое крепление.

7. Длина цилиндра в футах или число втулок.

8. Номинальная длина плунжера в футах.

9. Общая длина удлинителей.

Пример:

Вставной глубинный насос с толстостенным цилиндром длиной 16', металлическим плунжером длиной 4', Ø 1¹/₄", удлинителями 2', нижним замком манжетного типа, работающий в НКТ 2³/₈", обозначается следующим образом:

20-125 RHBC 16-4-2.

Дополнительно следует указать:

1. тип материала цилиндра;

2. тип материала плунжера;

3. вид исполнения плунжера – ниппельного или муфтового типа;

гладкого типа или с пазами;

зазор;

посадочный комплект (у насосов с втулками);

4. вид исполнения и тип материала корпусов клапанов;

5. материал седел клапанов и шариков;

6. материал разборных деталей;

7. длину каждого удлинителя;

8. соединительные резьбы насосных штанг и насосно-компрессорных труб.

Таблица 1 – Система обозначения глубинных штанговых насосов по АPI

	металлический плунжер			плунжер с мягким уплотнением
	цилиндр		цилиндр. втулки	цилиндр
	тонко-стенный	толсто-стенный		тонко-стенный	толсто-стенный
вставные насосы неподвижный рабочий цилиндр, верхнее крепление	RWA	RHA	RLA	RSA	–
неподвижный рабочий цилиндр, нижнее крепление	RWB	RHB	RLB	RSB	–
неподвижный плунжер, нижнее крепление	RWT	RHT	RLT	RST	–
трубные насосы	–	TH	TL	–	TP

3.2.2 Классификация по ГОСТ 6444-78

В настоящее время штанговые скважинные насосы отечественного производства с вту­лочными цилиндрами и металлическими плунжерами изготав­ливаются в соответствии с ГОСТ 6444-78. Они предназначены для откачки пластовой жидкости с содержанием воды до 99%, динамической вязкостью до 0,1 Па·с, с содержанием H₂S до 0,1 % (в объеме), твердых механических примесей до 0,5 % с температурой до 130° С.

Насосы имеют условное обозначение, в которое входят: тип насоса, условный размер – диаметр плунжера (мм), длина хода плунжера (мм) и глубина спуска (м) (два последних по­казателя уменьшают в 100 раз). В зависимости от условных диаметров плунжеров различают насосы малого (28, 32, 36, 43 мм), среднего (55 мм) и большого (68, 82, 93 мм) диамет­ров. Длина хода плунжера насосов изменяется в пределах от 0,6 до 6 м.

ГОСТом предусмотрено изготовление скважинных насосов следующих типов:

НСВ1 – вставной, одноступенчатый, одноплунжерный, с втулочным цилиндром и замком наверху;

НСВ2 – вставной, одноступенчатый; двухплунжерный, с втулочным цилиндром и замком наверху;

НСВД – вставной, двухступенчатый, двухплунжерный, с втулочным цилиндром и замком наверху;

НСН1 – невставной, одноступенчатый, одноплунжерный, с втулочным цилиндром и захватом штока;

НСН2 – то же, с ловителем;

НСНА – то же, с автосцепом;

НСВ1Б – вставной, одноступенчатый, одноплунжерный, с безвтулочным цилиндром и замком наверху;

НСН2Б – невставной, одноступенчатый, одноплунжерный, с безвтулочным цилиндром и ловителем.

Основные схемы трубных насосов различаются конструкцией устройств для извлечения всасывающего клапана, числом клапанов и способом уплотнения зазора между плунжером и цилиндром.

В насосах с небольшой длиной хода ис­пользуется конструкция с тяговым штоком для поднятия вса­сывающего клапана без каких-либо дополнительных операций для ловли захватного приспособления. К недостаткам этой кон­струкции относится наличие значительного вредного прост­ранства, необходимого для размещения тягового штока во внутренней полости плунжера.

Насосы остальных типов снабжены специальным замком, который при опускании плунжера в нижнее положение и пово­роте его колонной штанг позволяет захватить и поднять приемный клапан.

Зазор между плунжером и цилиндром уплотняется либо гидравлически – за счет создания малого зазора большой длины, обеспечивающего необходимый перепад давления над и под плунжером, либо эластичными манжетами.

Основные схемы вставных насосов отличаются местом расположения замка для крепления насоса и типом подвижного узла – цилиндра или плунжера.

Наиболее распространена схема насоса с неподвижным ци­линдром и замковой опорой в верхней части насоса. Недостатком этой схемы является относительно частое сме­щение втулок цилиндра при работе на большой глубине.

Расположение замка в нижней части цилиндра позволяет выполнить его стенки толще, в результате чего ве­роятность смещения втулок цилиндра при его работе уменьшается. То же самое относится и к схеме насоса с подвижным ци­линдром и неподвижным штоком.

3.2.3 Классификация по ОСТ 26-16-06-86

Скважинные насосы по ОСТ 26-16-06-86 выпускаются следующих типов: НВ1 – вставной с замком наверху; НВ2 – вставной с замком внизу; НН – невставной без ловителя; НН1 – невставной с захватным штоком; НН2 –невставной с ловителем.

Пример обозначения насосов по ОСТ 26-16-06-86:

X X X X – X X – X X – X X – X

1 2 3 4 5 6

1. Тип насоса: НВ1, НВ2, НН, НН1, НН2.

2. Исполнение насоса по конструкции цилиндра и конст­руктивным особенностям самого насоса:

Б – безвтулочный, толстостенный цельный цилиндр;

С – втулочный, составной цилиндр;

И – износостойкое исполнение. Буква И ставится в конце обозначения насоса и означает, что насос предназначен для работы в средах с содержанием механических примесей от 1,3 до 3,5 г/л; если этой буквы нет, то насос предназначен для работы в средах с содержанием механических примесей до 1,3 г/л;

Т – насос с полым штоком. Данные насосы предназначены для работы с полыми штангами, причем подъем откачиваемой жидкости осуществляется по внутреннему каналу полых штанг; А - насос с автосцепом колонны штанг с плунжером. При­меняется только для насосов НН;

Д1, Д2 – специальные двухплунжерные насосы для откачки высоковязких, газированных жидкостей или для утяжеления низа штанговой колонны при ходе плунжера вниз.

3. Условный диаметр насоса в миллиметрах. Стандарт пре­дусматривает выпуск насосов условным диаметром 29, 32, 38, 44, 57, 70, 95 и 102 мм. Условный диаметр насоса определяется диаметром плунжера и может не совпадать с фактическим его значением. Например, насосы условным диаметром 32 мм будут иметь разброс фактических диаметров плунжеров от 31,9 до 32,425 с шагом 0,025 мм.

3. Максимальный ход плунжера в миллиметрах, уменьшен­ный в 100 раз.

3. Напор в метрах водяного столба, уменьшенный в 100 раз.

3. Группа посадки 0, 1, 2, 3 по степени увеличения зазора между плунжером и цилиндром.

Пример:

Насос НН2Б-44-30-12-1 – насос невставной с ловителем, цилиндр цельный безвтулочный, условный диаметр 44 мм, максимальный ход плунже­ра 3000 мм, напор 1200 м, 1 группа посадки, нормальное исполнение.

Насос НВ1БТ-32-30-15-0И – насос вставной с замком наверху, цилиндр цельный безвтулочный, полый шток для подъема жидкости по полым штан­гам, условный диаметр 32 мм, максимальный ход плунжера 3000 мм, напор 1500 м, 0 группа посадки, износостойкое исполнение.

Насос НВ1БД 1-38/57-25-12-2 – насос вставной с замком наверху, цилиндр цельный безвтулочный, насос двухплунжерный специальный, один плунжер – верхний с условным диаметром 57 мм, другой – нижний 38 мм, максимальный ход плунжера 2500 мм, напор 1200 м, 2 группа посадки, нормальное исполне­ние.

Насос ННБА-95-45-08-2 – насос невставной, цилиндр цельный безвтулоч­ный, с автосцепом и сливным устройством, условный диаметр 95 мм, макси­мальный ход плунжера 4500 мм, напор 800 м, 2 группа посадки, нормальное исполнение по стойкости к среде.