6.6. Вибрационные насосные установки

Вибрационные машины широко применяются в строитель­ной промышленности, в бурении неглубоких скважин и в дру­гих областях техники. Установки вибрационных насосов отли­чаются простотой конструкции скважинного оборудования, от­сутствием в нем трущихся или вращающихся рабочих пар, не­большими габаритами и достаточно высокими значениями КПД.

Многоклапанный вибрационный глубинный насос предназ­начен для откачки жидкости из нефтяных скважин, обладает относительно малой металлоемкостью оборудования и длитель­ным межремонтным периодом скважин при откачке жидкости, содержащей механические примеси (песок). Многоклапанный вибрационный насос разработан в 70-х годах «ВолгоградНИПИ-нефть» и успешно прошел испытания на нефтепромыслах объе­динения «Эмбанефть».

Насосная установка (рис. 6.26) состоит из механического виб­ратора с электроприводом 1, устанавливаемого на устье скважи­ны, пружины 2, колонны насосно-компрессорных труб 3, об­ратных клапанов 4 и центраторов 5.

Рис. 6.26. Схема многоклапанного вибрационного глубинного насоса

Технические характеристики вибрационного насоса

Подача установки м³/сут 2—150

Частота колебаний, цикл/мин 600-1100

Амплитуда колебаний, мм 3—8

Максимальное усилие, развиваемое генератором вибрации

при 1000 цикл/мин., кг 800

Предельная глубина спуска насоса на трубах марки Д с

высаженными концами, м 600

Принцип действия вибрационного насоса

При работе поверхностного вибратора колонна труб совершает возвратно-посту­пательное движение в вертикальном направлении. Если ускоре­ние, сообщаемое трубам и заполняющей их жидкости, достаточ­но велико, то да некоторых участках пути сила инерции жидко­сти превышает сумму сил тяжести и трения. Равнодействующая всех сил, приложенных к жидкости, будет направлена вверх, и жидкость начнет перемещаться относительно труб, поднимаясь на поверхность. Расчетная подача установки колеблется в пре­делах 2—150 м³/сут.

Раздел 7 штанговые скважинные насосные установки

7.1. Штанговая скважинная насосная установка. Области применения

В основу способа эксплуатации скважин штанговыми насо­сами положено использование объемного насоса возвратно по­ступательного действия, спускаемого в скважину и приводимого в действие приводом, расположенным на поверхности. Привод и скважинный насос соединены вместе посредством механичес­кой связи. Весь этот комплекс оборудования называют скважинной штанговой насосной установкой (СШНУ).

Скважинная штанговая установка состоит из привода, устье­вого оборудования, колонны насосных штанг, колонны насосно-компрессорных труб, скважинного насоса и вспомогатель­ного подземного оборудования. В отдельных случаях какой-либо из элементов может отсутствовать, тогда его функцию выполня­ют другие элементы СШНУ.

Привод предназначен для преобразования энергии двигателя в механическую энергию колонны насосных штанг, движущих­ся возвратно-поступательно.

Колонна насосных штанг представляет собой стержень, со­стоящий из отдельных штанг, соединенных друг с другом резь­бовыми соединениями. Колонна насосных штанг передает ме­ханическую энергию от привода к скважинному насосу.

Скважинный насос, как правило, плунжерный, преобразует механическую энергию движущихся штанг в энергию откачива­емой пластовой жидкости.

Колонна насосно-компрессорных труб служит каналом для подъем откачиваемой пластовой жидкости и обеспечивает удер­жание на весу цилиндра скважинного насоса.

Устьевое оборудование герметизирует внутреннюю полость колонны НКТ, ее соединения с нефтепромысловым коллекто­ром, а также фиксирует верх колонны НКТ.

Вспомогательное подземное оборудование устанавливается в зависимости от особенностей каждой скважины. В комплект могут входить: якорь, фиксирующий низ колонны НКТ относи­тельно эксплутационной колонны, газовые и песочные якоря или сепараторы для отделения из пластовой жидкости, поступа­ющей на прием скважинного насоса, газа и песка, иногда клапаны-отсекатели пласта.

В отдельных случаях колонна штанг может быть полой, и ее внутренняя полость используется в качестве канала для подъема пластовой жидкости. При этом колонна НКТ может отсутство­вать, а цилиндр скважинного насоса фиксируется специальным якорем с пакером.

В большинстве СШНУ (рис. 7.1) в качестве привода приме­няют балансирные станки-качалки. Балансирный станок-качалка состоит из рамы 2, установленной на массивном фундаменте 1. На раме смонтированы стойка 9, на которой с помощью шарни­ра укреплен балансир 10, имеющий на одном конце головку 12, на другом — шарнир, соединяющий его с шатуном 7. Шатун соединен с кривошипом 5, укрепленном на выходном валу ре­дуктора. Входной вал редуктора посредством клиноременной пе­редачи соединен с электродвигателем 3. Головки балансира со­единены с колонной штанг с помощью канатной подвески 13.

Колонна насосных штанг соединяет канатную подвеску на­соса с плунжером глубинного насоса. Колонна собирается из отдельных штанг 17. Штанги имеют длину от 6 до 10 м, диаметр от 12 до 25 мм и более, соединяются друг с другом посредством муфт 23. Полированный шток 14 имеет поверхность, обработан­ную по высокому классу чистоты, иногда ею называют первой или сальниковой штангой.

Колонна насосно-компрессорных труб служит для подъема пластовой жидкости на поверхность и соединяет устьевую ар­матуру с цилиндром глубинного насоса. Она составлена из труб 18 длиной по 8—12 м, диаметром 48—114 мм, соединенных трубными муфтами 22. В верхней части колонны установлен устье­вой сальник, герметизирующий насосно-компрессорные тру­бы. Через сальник пропущена полированная штанга. Оборудо­вание устья скважины имеет отвод, по которому откачиваемая жидкость направляется в промысловую сеть.

Рис. 7.1. Скважинная штанговая насосная установка

1 — фундамент; 2 — рама; 3 — электродвигатель; 4 — клиноременная передача; 5 — кривошип; 6, 8 — контргруз; 7 — шатун; 9 — стойка; 10— балансир; 11 — механизм фиксации головки балансира; 12 — головка балансира; 13 — канат­ная подвеска; 14 — полированный шток; 15 — оборудование устья скважины; 16 — обсадная колонна; 17 — колонна штанг; 18 — насосо-компрессорные трубы; 19 — глубинный насос; 20 — газовый якорь; 21 — уплотнение полированной штанги; 22 — муфта трубная; 23 — муфта штанговая; 24 — цилиндр глубинного насоса; 25 — плунжер насоса; 26 — нагнетательный клапан; 27 — всасывающий клапан

Скважинный насос III представляет собой насос односторон­него действия. Он состоит из цилиндра 24, прикрепленного к колонне насосно-компрессорных труб, плунжера 25, соединен­ного с колонной штанг. Нагнетательный клапан 26 установлен на плунжере, а всасывающий 27 — в нижней части цилиндра.

Ниже насоса при необходимости устанавливается газовый IV или песочный якорь. В них газ и песок отделяются от пластовой жидкости. Газ направляется в затрубное пространство между насосно-компрессорной 18 и обсадной 16 колоннами (на фраг­ментах I—IV рисунка эксплуатационная колонна не показана), а песок осаждается в корпусе якоря.

При работе СШНУ энергия от электродвигателя передается через редуктор к кривошипно-шатунному механизму, преобра­зующему вращательное движение выходного вала редуктора че­рез балансир в возвратно-поступательное движение колонны штанг. Связанный с колонной штанг плунжер также совершает возвратно-поступательное движение.