Практическое занятие № 11 Эксплуатация скважин штанговыми насосами (схема)

1. Общие сведения.

Все известные способы эксплуатации скважин подразделяются на следующие группы:

1) фонтанный, когда нефть извлекается из скважин самоизливом;

2) компрессорный или бескомпрессорный - с помощью энергии сжатого газа, вводимого в скважину извне;

3) насосный - извлечение нефти с помощью насосов различных типов.

Выбор способа эксплуатации нефтяных скважин зависит от величины пластового давления и глубины залегания пласта.

При насосном способе эксплуатации подъем нефти из скважин на поверхность осуществляется штанговыми и бесштанговыми насосами.

Эксплуатация нефтяных скважин штанговыми насосами — один из основных способов механизированной добычи нефти в СНГ и Казахстане.

2. Штанговый насос.

Представляет собой погружной плунжерный насос специальной конструкции, привод которого осуществляется с поверхности посредством станка-качалки через штанги (рис. 1).

Рис. 1. Схема добычи нефти с помощью штангового насоса: 1 - всасывающий клапан; 2 - нагнетательный клапан; 3 - штанга; 4 - тройник; 5 - устьевой сальник; 6 - балансир станка о качалки; 7 - кривошипно-шатунный механизм; 8 - электродвигатель; 9 - головка балансира; 10 - НКТ

В нижней части насоса установлен всасывающий клапан 1. Плунжер насоса, снабженный нагнетательным клапаном 2, подвешивается на насосной штанге 3. Верхняя часть штанги пропускается через устьевой сальник 5 и соединяется с головкой балансира 6 станка-качалки. При помощи кривошипно-шатунного механизма 7 головка 9 балансира передает возвратно-поступательное движение штанге 3 и подвешенному на ней плунжеру. Станок приводится в действие электродвигателем 8 через систему передач. Работает насос следующим образом.

При ходе плунжера вниз нижний клапан закрывается, а верхний открывается и через полый плунжер жидкость выдавливается из цилиндра насоса в насосные трубы 10.

При ходе плунжера вверх верхний клапан 2 закрыт, так как на него действует давление вышележащего столба жидкости и плунжер работает как поршень, выталкивая нефть на поверхность. В это же время открывается приемный клапан 1 и жидкость поступает в цилиндр насоса.

При работе насоса в результате подкачки жидкости уровень последней в насосных трубах поднимается до устья и она поступает в выкидную линию через тройник 4.

Недостатками штанговых насосов являются громоздкость, возможность обрыва штанг, ограниченность применения в наклонных и сильнообводненных скважинах, недостаточно высокая подача, небольшие (не более 2 км) глубины эксплуатации.

В связи с этим в других условиях эксплуатации нефтяных скважин применяются бесштанговые насосы (погружные электроцентробежные насосы, винтовые насосы и др.).

Станок-качалка (рис. 2) состоит из следующих основных узлов: рамы со стойкой, балансира с головкой и в некоторых станках с противовесами, редуктора с двумя кривошипами, на которых закрепляются противовесы и траверсы с двумя шатунами.

Рис. 2. Станок-качалка: 1— головка балансира; 2 — стопорное устройство головки; 3 — опорный подшипник балансира; 4 — балансир; 5 — противовесы; 6 — сферический подшипник подвески траверсы; 7 — шатун; 8 — противовес кривошипа; 9 — кривошип; 10 — редуктор; 11-электродвигатель; 12 — ручка тормоза; 13 — рама; 14 — стойка.

Вращение вала электродвигателя при помощи клиноременной передачи передается ведущему валу редуктора. Сменные шкивы электродвигателя в зависимости от его мощности имеют диаметры от 63 до 450 мм. Диаметры шкивов на ведущем валу редуктора постоянны для каждого типа станка-качалки, но в зависимости от его грузоподъемности и крутящего момента редуктора изменяются от 315 мм у станка-качалки с наименьшей грузоподъемностью и до 1250 мм у самых тяжелых станков-качалок. Изменение передаточного числа клиноременной передачи станков-качалок от 2,5 до 5,0 достигается сменой шкивов на валу электродвигателя.

Длина хода точки подвеса штанг изменяется перестановкой нижнего пальца шатуна в новое отверстие кривошипа, т. е. изменением радиуса кривошипа.

Длительность и безаварийность работы станка-качалки зависят от степени его уравновешенности. Во время работы в течение каждого двойного хода насоса двигатель станка-качалки нагружается неравномерно. При ходе плунжера вверх на установку действует вес столба жидкости в трубах и вес штанг. При ходе же вниз двигатель разгружается и не производит работы, так как плунжер перемещается вниз под действием собственного веса штанг.

Выравнивание нагрузки на него достигается уравновешиванием станка-качалки при помощи противовесов. Контргруз рассчитан так, чтобы он уравновешивал вес столба жидкости и штанг, на преодоление которого и тратится энергия электродвигателя при движении плунжера вверх.

3. Штанговые скважинные насосы.

Штанговые насосы по конструкции и способу установки разделяются на две основные группы: невставные (трубные) и вставные.