 |
Глубинные штанговые насосы
|
|
|
|
В промысловых условиях применяются невставные и вставные штанговые насосы.
В невставных (их еще называют трубные) насосах основные
узлы спускают в скважину раздельно. Вначале в скважину на на-
,j сосно-компрессорных трубах спускается цилиндр насоса, а затем
"' в НКТ на штангах в цилиндр насоса спускаются плунжер и вса-
I сывающий клапан. Поднимают невставной штанговый насос
I также раздельно. Сначала поднимают штанги с плунжером, а за-| тем насосно-компрессорные трубы с цилиндром насоса. ; Вставные штанговые насосы спускают в скважину в соб-* ранном виде, т.е. цилиндр насоса вместе с плунжером спускаются на штангах. Извлекают вставной насос на поверхность также в собранном виде поднятием штанг. Вставной насос в собранном виде спускают, устанавливают и закрепляют с помощью специального замкового приспособления, заранее спускаемого в сква-жину на трубах.
Для смены вставного насоса, вышедшего из строя по тем или иным причинам, поднимают на поверхность только штанги, а насосно-компрессорные (подъемные) трубы остаются в скважине, и их извлекают только тогда, когда необходимо заменить или отремонтировать замковое приспособление.
Как видно, при смене вставного насоса затрачивается значительно меньше времени, чем при смене невставного (трубного) насоса. При эксплуатации скважин вставными штанговыми насосами насосно-компрессорные (подъемные) трубы служат дольше, чем при эксплуатации скважин невставными насосами, т.к. их подъем и спуск производят сравнительно редко. Это особенно важно при эксплуатации глубоких скважин.
Однако если в добываемой нефти имеются парафин и смолы, то в этом случае вставные насосы практически не используются.
|
|
|
В промысловой практике применяются в основном невставные насосы двухклапанные НСН-1 (насос скважинный невставной первого типа) и трехклапанные НСН-2.
На рис. 85 а показан насос НСН-1.
Насос НСН-1 имеет три основных узла: первый - цилиндр, который состоит из собственно цилиндра 2, патрубка-удлинителя 4 и седла конуса 6; второй - плунжер, в состав которого входят сам плунжер 3 и шариковый нагнетательный клапан 1; третий - шариковый всасывающий клапан 5 с захватным штоком 7, головка которого находится в полости цилиндра.
В скважину на насосно-компрессорных трубах спускается цилиндр насоса с седлом конуса 6. Затем в скважину на штангах спускают плунжер 3 со всасывающим клапаном 5, который висит на захватном штоке 7. Всасывающий клапан устанавливается в седло конуса, надавливая на него весом колонны штанг.
Длину хода полированного штока после спуска плунжера в скважину выбирают так, чтобы при ходе плунжера вниз он не доходил до всасывающего клапана, а при ходе вверх - не зацеплял головку штока. Если возникает необходимость подъема насосно-компрессорных труб с цилиндром насоса и штока с плунжером, то в этом случае всасывающий клапан зацепляется с помощью головки штока, снимается с седла конуса и поднимается на поверхность вместе с плунжером. Это необходимо делать не только для замены или ремонта клапанов, но и для спуска жидкости из насосно-компрессорных
Рис. 85. Схема невставных насосов: а - двухклапанного НСН-1; б - трехклапанного НСН-2
труб при их подъеме. Наличие штока не позволяет устанавливать в нижней части плунжера второй нагнетательный клапан. С целью уменьшения вредного пространства и повышения долговечности работы в насосах НСН-2 устанавливается второй нагнетательный клапан. Насос НСН-1 применяется для эксплуатации «кважин с глубиной подвески насоса до 1500 м.
Для малодебитных скважин с глубиной подвески до 400-500 м При длине хода полированного штока до 0,6 м применяются (Двухвтулочные насосы диаметром 28 и 32 мм. Цилиндр в этих насосах всегда перекрывается плунжером длиной 120 мм. Ч Большим недостатком двухклапанного насоса НСН-1 явля--ется то, что в нем большой объем вредного пространства складывается из объема внутренней поверхности плунжера и объема Патрубка удлинителя. Этот объем вредного пространства можно уменьшить за счет установки дополнительного нагнетательного клапана на нижней части плунжера. Этот клапан предусмотрен в трехклапанном насосе (рис. 85 б). Трехклапанный насос НСН-2 так же, как и двухклапанный, состоит из цилиндра, плунжера и всасывающего клапана. Второй нагнетательный клапан 8 устанавливается в нижней части плунжера 3, поэтому отпадает необходимость применять захватный шток, а под плунжером монтируется специальный ловитель 9, который представляет собой муфту с крючкообразным захватом. Вместо захватывающего штока у всасывающего клапана имеется наконечник 10 с поперечной шпилькой на верхнем конце.
|
|
|
Для поднятия всасывающего клапана плунжер спускается ниже нормального (рабочего) положения до упора в наконечник 10 и поворачивается, шпилька наконечника входит в прорези ловителя и захватывается им. Всасывающий клапан устанавливается на место также с помощью ловителя. Объем вредного пространства в трехклапанном насосе за счет установки второго нагнетательного клапана уменьшается почти в два раза по сравнению с двухклапан-ным насосом. Длина цилиндра насоса НСН-2 изменяется от 3440 до 6955 мм и зависит от длины хода плунжера. Для замены невставного насоса или устранения неисправностей в нем поднимают штанги с плунжером и всасывающим клапаном, затем насоснокомпрессорные трубы с цилиндром насоса, на это уходит много времени. Это является недостатком невставных насосов.
На нефтяных промыслах применяются также вставные насосы типа НСВ (рис. 86).
Вставные насосы обозначаются НСВ (насос скважин-ный вставной).
Вставные насосы типа НСВ-1 чаще применяются для эксплуатации скважин с глубиной подвески до 2500 м (рис. 86 а). Вставной насос состоит из трех основных узлов: цилиндра, плунжера и замковой опоры цилиндра.
Цилиндр насоса 5 на нижнем конце имеет всасывающий клапан 8, закрепленный наглухо, а на верхнем конце - конус 3, который входит в замковую опору 4 и герметизирует насосно-компрессорные трубы (НКТ) 7. Плунжер 6 подвешивается к колонне штанг с помощью штока 1 так, чтобы при ходе вниз он не доходил до всасывающего клапана, а при ходе вверх не доходил до ниппеля 2. Ниппель устанавливается на верхнем конусе и служит для направления штока 1.
|
|
|
С целью уменьшения объема вредного пространства нагнетательный клапан установлен на нижнем конце плунжера. Под замковой опорой 4, котонаправляющая труба, которая обеспечивает правильную установку насоса.
Рис. 86. Схемы вставных штанговых насосов: а-НСВ-1; б-НСВ-2
рая закреплена на нижнем конце подъемных насосно-компрес-сорных труб 7, монтируется
Цилиндр в сборе с плунжером и клапанами спускается в скважину на штангах. При этом, как уже упоминалось, на конце НКТ заранее устанавливается специальное посадочное устройство, замковая опора, в которой происходит посадка и уплотнение насоса.
Для извлечения вставного насоса достаточно извлечь только штанги, вместе с которыми поднимается весь насос. Учитывая, что при вставном насосе через НКТ данного диаметра спускается не только плунжер, но и цилиндр насоса вместе с кожухом, то диаметр плунжера вставного насоса должен быть значительно меньше диаметра невставного насоса. По этой причине подача вставного насоса для одинакового диаметра всегда меньше, чем подача невставного насоса.
В настоящее время лидирующее положение в производстве глубинных штанговых насосов в России, которые по техническому уровню и качеству изготовления соответствуют мировому уровню, занимает ОАО «Ижнефтемаш», где производят вставные и трубные насосы более 300 типоразмеров и исполнений. Кроме вставных и трубных насосов на этом заводе выпускают сливной клапан для слива жидкости из колонны НКТ, автоматическое сцепное устройство для соединения колонны насосных штанг с установленным в скважине насосом, газовый якорь для сепарации газа из нефти при откачке ее глубинными штанговыми насосами, защитные фильтры и т.д.
|
|
|
Выпускаются вставные штанговые насосы с металлическим плунжером и неподвижным цилиндром (см. рис. 86).
Насосы выпускаются по длине хода плунжера - до 4 м; по плунжерному зазору 0,025-0,088 мм; 0,050-0,113 мм; 0,075-0,138 мм.
Цилиндр насоса - азотированный IHNI, длина - в зависимости от требуемого хода плунжера.
Плунжер желобчатый, напыленный твердосплавным порошком (Т), длиной 1333 мм и 1638 мм, по согласованию с заказчиком может быть изготовлен длиной 3376 мм.
Клапан (седло-шарик) из материала стеллит (ST) или сталь (SS). Муфта удлинительная - 2 шт., длина в зависимости от требуемого хода плунжера. Насосы по желанию заказчика изготавливаются с противопесочной гильзой и удлиненной направляющей штока (противопесочный клапан) или со стандартной направляющей штока без гильзы.
Изготавливаются также трубные (невставные) насосы (см. рис. 85).
Для установки в НКТ-60 выпускаются насосы 20-125-ТН и 20-175 ТН; для установки в НКТ-73 выпускаются насосы 25-125 ТН и 25-127-ТН. По длине хода плунжера изготавливаются до 4,0 м. По плунжерному зазору с 0,025 - 0,088; 0,050 - 0,113; 0,075-0,138 и т.д.
Для всасывающего клапана предусмотрено механическое крепление с ловильным устройством байонетного типа для извлечения клапана, а также специальное крепление всасывающего клапана (конус в конус) с ловильным устройством байонетного типа.
Выпускаются насосы в специальном исполнении с неизвлекаемым всасывающим клапаном (ТНт-Т). Среди них всасывающий клапан (седло-шарик) насосов диаметром 32, 44, 57 мм по сравнению со стандартным исполнением увеличен. Ловильное устройство отсутствует. Насос используется совместно со сливным клапаном.
Специальное исполнение насоса с неизвлекаемым всасывающим клапаном и встроенным в него сливным клапаном сбивного типа (ТНМ-С). Всасывающий клапан увеличен. Ловильное устройство отсутствует.
Исполнение основных деталей насоса: цилиндр - азотированный; плунжер - желобчатый, длиной 1,3 м и 1,6 м, напыленный твердосплавным порошком; материал клапана (седло-шарик): стеллит (ST), сталь (SS).
3.2. Цилиндры насосов
Цилиндры глубинных насосов собираются из отдельных коротких чугунных или стальных втулок длиной 300 мм, вставляемых на специальной оправке в кожух и сжатых с торцов муфтами кожуха. Число втулок в насосах НГН-1 от 2 до 7, а в насосах НГВ-1 число втулок от 9 до 27.
При сборе цилиндра втулки надевают на специальный ка-* либрованный стержень-скалку, который обеспечивает их соосность, и в таком виде вставляют в трубчатый кожух, где плотно зажимают с торцов муфтами или ниппелями-переводниками, навинчивающимися на резьбу кожуха. При такой сборке втулки образуют сплошной гладкий цилиндр с точно выдержанным по всей длине внутренним диаметром, с тщательно отшлифованной внутренней поверхностью.
|
|
|
С целью повышения износоустойчивости и твердости рабочей поверхности втулки подвергают специальной термической обработке. Внутреннюю поверхность втулок шлифуют, а торцы обрабатывают так, чтобы они были строго перпендикулярны оси втулки и плотно прилегали друг к другу.
Плунжеры
Плунжеры глубинных насосов изготавливаются из цельнотянутых стальных труб. Длина плунжера 1200 мм, а толщина стенки в зависимости от диаметра плунжера от 5 до 9,5 мм. На концах плунжера делается внутренняя резьба для присоединения клапанов, переводников и т.д. Наружная поверхность плунжера тщательно шлифуется, покрывается хромом с целью повышения износостойкости и антикоррозийности, после чего полируется. Глубинные насосы в зависимости от условий эксплуатации комплектуются плунжерами с гладкой поверхностью, с кольцевыми и винтовыми канавками на внутренней поверхности и плунжерами с резиновыми уплотняющими кольцами.
Плунжеры с гладкой внешней поверхностью применяются в тех насосах, которые предназначены для отбора жидкости, не содержащей механических примесей. В тех случаях, когда в откачиваемой жидкости имеется песок, частицы песка, проникая в зазоры между плунжером и цилиндром насоса, повреждают их рабочие поверхности и преждевременно выводят насос из строя.
Это осложнение в работе глубинных насосов устраняется, если применять плунжеры с канавками на внешней поверхности. Эти канавки становятся ловушками для песчинок, попавших в эти канавки, поэтому вероятность заклинивания плунжера снижается. Плунжер с резиновыми уплотнениями устанавливается в насосах, которыми отбирается жидкость, не содержащая песка. В нефтепромысловой практике такие насосы применяются при эксплуатации обводнившихся скважин. Плунжер с резиновыми уплотнениями (гуммированный плунжер) состоит из стального пологого корпуса с четырьмя кольцевыми проточками, в которых прочно привулканизированы резиновые манжеты. Одна из них (верхняя) - самоуплотняющаяся. Она прижимается к стенкам цилиндра под давлением столба жидкости. Остальные манжеты уплотняют зазор за счет упругости материала. Применение гуммированных плунжеров дает возможность упростить конструкцию цилиндра насоса, так как при этом к величине зазора между плунжером и цилиндром насоса предъявляются менее жесткие требования. Упрощение заключается в том, что цилиндр изготавливается безвтулочным из стальной цельнотянутой трубы.
В этом случае диаметр плунжера может быть в пределах до 120 мм. Насосы с металлическим плунжером изготавливаются с различным зазором между плунжером и цилиндром насоса. В зависимости от величины зазора различают три группы посадки плунжера в цилиндре насоса: I группа - зазор 20-70 мк (микрон); II группа - зазор 70-120 мк; III группа - зазор 120-170 мк.
Насосы I группы посадки применяются в скважинах с маловязкой нефтью при большой глубине подвески.
Большинство скважин оборудуются насосами II группы посадки при разной глубине подвески. При добыче вязкой нефти и в обводнившихся скважинах применяются насосы III группы со слабой пригонкой плунжера.
Клапаны
В глубинных штанговых насосах применяются клапаны шаровой конструкции. Шаровой клапан состоит из шарика и седла шарика, изготавливаемых из легированной стали с последующей
(Термической обработкой для повышения твердости и износо гСТОЙКОСТИ.
! j Шарик должен плотно прилегать к седлу с целью недопущения пропуска жидкости через зазоры в клапанах, что достига-|втся притиркой рабочей поверхности седла, которое находится в контакте с шариком.
Всасывающие клапаны невставных насосов состоят из наконечника-конуса и клапанной клетки, соединяющихся ме- укду собой на резьбе. Седло шарика плотно прижато торцами этих деталей. Клапанная клетка ограничивает перемещение шарика вверх и имеет боковые отверстия (окна) для выхода жидкости.
В верхнюю часть клетки ввинчивается шток ловителя или захватный шток. Конусная поверхность наконечника точно соответствует конусному отверстию седла, устанавливаемого на нижнем конце патрубка-удлинителя.
Конусные поверхности наконечника-конуса и седла конуса тщательно притираются друг к другу с целью лучшей герметизации.
Для слива жидкости из колонны НКТ применяют сливные клапаны.
В конструкции сливного клапана «Ижнефтемаш» для слива жидкости из колонны НКТ при подъеме насоса в колонне создается давление, необходимое для срабатывания клапана. Для повторного использования клапана необходимо установить новый, откалиброванный на требуемое давление, открывши стержень. Стержни поставляются в комплекте с ЗИП в количестве и на давление, заявляемое потребителем.
Выпускаются сливные клапаны следующей конструкции:
- присоединительная резьба (на патрубке и в корпусе клапана - 2%" (73мм);
- диаметр отверстия в корпусе клапана для слива, мм - 10 (2 отверстия);
- длина клапана, мм
без патрубка - 150; с патрубком - 300; — давление срабатывания, МПа - от 10 до 20.
Насосные штанги
Насосные штанги предназначаются для соединения плунжера штангового насоса с приводом насосной установки (СКН) и сообщают плунжеру возвратно-поступательное движение. Они представляют собой стальные стержни круглого сечения (рис. 87).
Рис. 87. Насосная штанга
Штанги изготавливаются диаметром 16, 19, 22, 25 мм, длиной от 7,5 до 10 м. На концах штанг высажены утолщенные головки, на которых имеется резьба и участок с квадратным сечением для штангового ключа.
Заводами также выпускаются укороченные штанги длиной 1,0; 1,5; 2,0; 2,5 и 3,0 м. Такие штанги применяются для регулирования длины колонны штанг в зависимости от глубины подвески насоса и положения плунжера в цилиндре насоса после завершения спуска насоса и штанг при подземном ремонте скважин.
Изготавливаются штанги из стали 40 30 ХМА, нормализованные с поверхностным упрочнением токами высокой частоты (ТВЧ), дробеструйной обработкой.
Штанги постоянно работают со знакопеременными нагрузками в сложных условиях: в агрессивных (пластовых) жидкостях, содержащих сероводород, испытывают влияние столба жидкости, нагрузки от продольных колебаний колонны штанг и т.д. Штанги работают в среднем 5,5-6 лет и делают до 5 млн. циклов в год. С целью предохранения резьбы от возможных повреждений при транспортировке и хранении на конец штанги в заводских условиях навинчивается предохранительный колпачок, а в открытый
конец муфты ввинчивают предохранительную пробку. Насосные штанги необходимо транспортировать на штанговозах, оборудованных гидравлическими кранами и полуприцепами.
При хранении и транспортировке штанг величина прогиба их должна быть не более 3 мм на 1 м длины.
Штанги хранятся в пакетах по 500 кг, иногда по 1500 кг.
Можно в качестве штанг применять \Уг" НКТ, но это дорого и нерационально, кроме случаев комбинированной (одновременно-раздельной) эксплуатации.
|
|
|
