Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Штанговый глубинный насос (ШГН) представляет собой объемный плунжерный насос с наземным приводом, предназначенный для подъема нефти из скважин глубиной до 3000 метров. Привод штангового насоса осуществляется от станка-качалки через колонну насосных штанг. Установки ШГН обеспечивают подачу от нескольких кубических метров до 200 кубических метров в сутки и применяются примерно на двух третях действующего фонда нефтяных скважин благодаря простоте конструкции, надежности и эффективности работы.
Штанговый глубинный насос является разновидностью скважинного насосного оборудования объемного типа. Основное назначение ШГН — механизированная добыча нефти из скважин методом искусственного подъема жидкости. Насос работает на принципе возвратно-поступательного движения плунжера внутри цилиндра, что обеспечивает всасывание и нагнетание перекачиваемой среды.
Привод штангового насоса располагается на поверхности земли и представляет собой станок-качалку, соединенный с глубинной частью насоса колонной насосных штанг. Такая конструкция позволяет проводить техническое обслуживание и ремонт привода без подъема насосного оборудования из скважины.
Согласно ГОСТ 31835-2012, штанговые насосы эксплуатируются при температуре перекачиваемой среды до 130 градусов Цельсия, обводненности до 99 процентов и содержании механических примесей до 1,3 грамма на литр.
Подземная часть установки ШГН включает несколько основных элементов. Цилиндр насоса представляет собой толстостенную трубу с точно обработанной внутренней поверхностью. В цилиндре с минимальным зазором перемещается плунжер — полый поршень, который является рабочим органом насоса.
Всасывающий клапан шарового типа устанавливается в нижней части цилиндра и обеспечивает поступление жидкости в полость насоса. Нагнетательный клапан располагается в верхней части плунжера и предотвращает обратный ток жидкости при ходе плунжера вниз. Оба клапана работают автоматически под действием разности давлений.
Основные узлы глубинной части:
Станок-качалка служит приводом штангового насоса и преобразует вращательное движение электродвигателя в возвратно-поступательное движение колонны штанг. Конструктивно станок-качалка представляет собой балансирный механизм, установленный на металлической раме.
Балансир выполнен из профильного проката и установлен на стойке через центральную опору. К переднему концу балансира крепится поворотная головка с канатной подвеской полированного штока. Задняя часть балансира через траверсу и шатуны связана с кривошипно-шатунным механизмом.
Редуктор станка-качалки понижает частоту вращения электродвигателя и передает крутящий момент на кривошипы. На кривошипах установлены противовесы, которые уравновешивают вес штанг и столба жидкости. Клиноременная передача соединяет электродвигатель с входным валом редуктора.
Рабочий цикл штангового глубинного насоса состоит из двух тактов — хода вверх и хода вниз. При движении плунжера вверх в нижней части цилиндра создается разрежение. Всасывающий клапан открывается, и жидкость из скважины поступает в полость цилиндра. Одновременно нагнетательный клапан в плунжере закрыт, и жидкость, находящаяся над плунжером, поднимается по насосно-компрессорным трубам на поверхность.
При ходе плунжера вниз давление в цилиндре повышается. Всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный клапан в плунжере открывается. Жидкость перетекает из цилиндра в пространство над плунжером. Таким образом, за каждый двойной ход плунжера определенный объем жидкости подается на поверхность.
Подача штангового насоса зависит от диаметра плунжера, длины его хода и частоты качаний. Фактическая подача всегда меньше теоретической из-за утечек через зазоры между плунжером и цилиндром, неполного заполнения цилиндра и влияния свободного газа.
Вставные штанговые насосы спускаются в скважину в полностью собранном виде. Предварительно на насосно-компрессорных трубах в скважину опускается замковое приспособление. Затем насос на колонне штанг спускается внутрь труб и фиксируется в замке.
Вставные насосы подразделяются на два типа по расположению замка. Насосы НВ1 имеют замок в верхней части цилиндра, а насосы НВ2 — в нижней части. Конструкция с нижним замком более распространена благодаря надежности крепления и простоте извлечения насоса при ремонте.
Невставные штанговые насосы спускаются в скважину в разобранном виде. Сначала на насосно-компрессорных трубах спускается цилиндр насоса. После этого на колонне штанг опускается плунжер с клапанами, который входит в цилиндр и фиксируется в нем.
Невставные насосы маркируются как НН, НН1 и НН2 в зависимости от конструктивных особенностей. Такие насосы применяются преимущественно для добычи высоковязкой нефти с высоким содержанием парафина, так как позволяют использовать цилиндры увеличенного диаметра.
Для работы в осложненных условиях разработаны специальные модификации штанговых насосов. Насосы типа НС предназначены для скважин с высоким газовым фактором и оснащены газовым сепаратором. Двухплунжерные насосы применяются для откачки высоковязких жидкостей с содержанием механических примесей до 1,3 грамма на литр.
Оптимальный режим работы установки ШГН определяется тремя основными параметрами. Длина хода плунжера регулируется изменением положения пальцев шатунов в гнездах кривошипов и обычно составляет от 0,6 до 6 метров.
Частота качаний устанавливается подбором диаметра шкива на электродвигателе и передаточного числа редуктора. Типичный диапазон — от 3 до 20 качаний в минуту. Диаметр плунжера выбирается исходя из требуемой подачи насоса и дебита скважины. Стандартный ряд диаметров плунжера включает значения 28, 32, 38, 44, 57, 70, 95 и 102 миллиметра.
Факторы, влияющие на выбор режима работы:
Динамометрирование представляет собой метод диагностики работы штангового насоса путем измерения нагрузки на полированный шток в зависимости от его хода. Результат измерений отображается в виде динамограммы — графической зависимости усилия от перемещения штока.
Для снятия динамограммы используется динамограф, который устанавливается между траверсами канатной подвески и измеряет нагрузку и длину хода полированного штока. Современные электронные динамографы позволяют не только регистрировать динамограммы, но и автоматически определять неисправности насосного оборудования.
Теоретическая динамограмма исправно работающего насоса имеет форму параллелограмма. Отклонения от этой формы указывают на различные неисправности. Закругленный правый верхний угол свидетельствует об утечках через нагнетательный клапан. Резкий выброс нагрузки в правом верхнем углу характерен для высокой посадки плунжера.
Неполное заполнение цилиндра насоса приводит к уменьшению площади динамограммы. Яйцеобразная форма динамограммы типична для скважин с высоким содержанием парафина. Анализ динамограмм позволяет своевременно выявлять неисправности и оптимизировать режим работы установки.
Простота конструкции и надежность работы обеспечивают высокую популярность штанговых насосов. Наземное расположение привода позволяет проводить его обслуживание и ремонт без остановки скважины. Возможность применения различных типов двигателей — электрических, газовых — обеспечивает гибкость в эксплуатации.
Коэффициент подачи установок ШГН может достигать 0,7-0,9 при правильно подобранном режиме работы. Оборудование может работать в осложненных условиях — при наличии парафина, высоком газовом факторе, в пескопроявляющих скважинах. Длительный срок службы компонентов и возможность их замены без подъема всей установки снижают эксплуатационные затраты.
Основное ограничение штанговых насосов связано с глубиной подвески. При глубине более 3000 метров возрастает риск обрыва штанг под действием собственного веса и динамических нагрузок. Подача насоса ограничена конструктивными параметрами и обычно не превышает 200 кубических метров в сутки.
Штанговые насосы неприменимы в горизонтальных и сильно искривленных скважинах из-за повышенного трения штанг о стенки труб. Габаритное оборудование на устье скважины требует значительной площади и затрудняет обслуживание кустовых площадок. Циклический характер работы насоса создает переменные нагрузки на оборудование.
Штанговые насосы находят основное применение в нефтедобывающей промышленности. Примерно две трети действующих нефтяных скважин мира эксплуатируются установками ШГН. Особенно эффективны эти насосы на месторождениях с низким и средним дебитом скважин.
Установки ШГН успешно работают на месторождениях с высоковязкой парафинистой нефтью при использовании специальных конструкций цилиндров и плунжеров. На поздней стадии разработки месторождений, когда обводненность продукции достигает 95-99 процентов, штанговые насосы остаются наиболее экономичным способом добычи.
Типичные условия применения ШГН: вертикальные и слабонаклонные скважины глубиной до 3000 метров, температура жидкости до 130 градусов Цельсия, обводненность до 99 процентов, содержание механических примесей до 1,3 грамма на литр.
Заключение
Штанговые глубинные насосы остаются основным средством механизированной добычи нефти благодаря простоте конструкции, надежности и экономичности. Правильный выбор типа насоса и режима работы обеспечивает эффективную эксплуатацию скважин с различными условиями. Современные методы диагностики, включая динамометрирование, позволяют своевременно выявлять неисправности и оптимизировать работу установок ШГН.
Настоящая статья носит исключительно информационный и ознакомительный характер. Информация предназначена для технических специалистов нефтедобывающей отрасли. Автор не несет ответственности за возможные последствия применения изложенной информации. Перед выбором и эксплуатацией оборудования необходимо руководствоваться действующими стандартами, техническими условиями и рекомендациями производителей.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.