Эксплуатация скважин скважинными штанговыми насосами. Штанговые скважинные насосы
Штанговая скважинная насосная установка (ШСНУ)
Наиболее распространен в мировой практике насосный способ добычи нефти.
При насосном способе эксплуатации подъем нефти из скважин на поверхность осуществляется штанговыми и бесштанговыми насосами.
Одним из разновидностей этого способа является добыча нефти установками штанговых глубинных насосов (ШГНУ).
Штанговая скважинная насосная установка (ШСНУ) включает:
а) наземное оборудование — привод - станок-качалка (СК), оборудование устья, блок управления, рабочий манифольд.
б) подземное оборудование — насосно-компрессорные трубы (НКТ), штанги насосные (ШН), штанговый скважинный (глубинный) насос (ШСН) и вспомогательное подземное оборудование, различные защитные устройства, улучшающие работу установки в осложненных условиях.
Рис. 1 - Схема штанговой насосной установки
Штанговая скважинная насосная установка (рисунок 1) состоит из скважинного насоса 2 вставного или невставного типов, насосных штанг 4, насосно-компрессорных труб 3, подвешенных на планшайбе или в трубной подвеске 8 устьевой арматуры, сальникового уплотнения 6, сальникового штока 7, станка- качалки 9, фундамента 10 и тройника 5. На приеме скважинного насоса устанавливается защитное приспособление в виде газового или песочного фильтра 1.
Привод предназначен для преобразования энергии двигателя в механическую энергию колонны насосных штанг, движущихся возвратно-поступательно.
Скважинный насос (как правило, плунжерный) преобразует механическую энергию движущихся штанг в механическую энергию откачиваемой пластовой жидкости.
Колонна насосных штанг 4 представляет собой стержень, собирается из отдельных штанг. Штанги имеют длину по 8...10 м, диаметр 16...25 мм и соединяются друг с другом посредством муфт. Первая, верхняя штанга 14 имеет поверхность, обработанную по высокому классу чистоты 14 имеет поверхность, обработанную по высокому классу чистоты, и называется полированной, иногда сальниковой штангой. Колонна насосных штанг передает механическую энергию от привода к скважинному насосу.
Колонна насосно-компрессорных труб (НКТ) 3 служит каналом для подъема откачиваемой пластовой жидкости и соединяет устьевую арматуру с цилиндром глубинного 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 особенности каждой скважины. В комплект могут входить: якорь, фиксирующий низ колонны НКТ относительно эксплуатационной колонны, пакер, иногда клапан- отсекатель и др.
Установка работает следующим образом. При ходе плунжера вверх в цилиндре насоса снижается давление и нижний (всасывающий) клапан поднимается, открывая доступ жидкости (процесс всасывания). Одновременно столб жидкости, находящийся над плунжером, прижимает к седлу, верхний (нагнетательный) клапан поднимается вверх и пластовая жидкость выбрасывается из НКТ в рабочий монифольд (процесс нагнетания).
При ходе плунжера вниз верхний клапан открывается нижний клапан давлением жидкости закрывается, а жидкость находящаяся в цилиндре, перетекает через полый плунжер в НКТ.
Штанговые скважинные насосы
Глубинный штанговый насос в простейшем виде состоит из плунжера, движущегося вверх-вниз по хорошо подогнанному цилиндру. Плунжер снабжен обратным клапаном, который позволяет жидкости течь вверх, но не вниз. Обратный клапан, называемый также выкидным (нагнетательным), в современных насосах обычно представляет собой клапан типа шар-седло. Второй клапан, всасывающий, - это шаровой клапан, расположенный внизу цилиндра также позволяет жидкости течь вверх, но не вниз.
Штанговый насос относится к объемному типу насоса, работа которого обеспечивается возвратно-поступательным перемещением плунжера с помощью наземного привода через связующий орган (колонну штанг). Самая верхняя штанга называется полированным штоком, она проходит через сальник на устье скважины и соединяется с головкой балансира станка-качалки с помощью траверсы и гибкой канатной подвески.
По способу крепления насосов к колонне НКТ различают вставные (НСВ) и не вставные (НСН) скважинные насосы (рис. 1, 2).
Насос скважинный вставной (НСВ) целиком собирают на поверхности земли и опускают в скважину внутрь НКТ на штангах. НСВ состоит из трех основных узлов: цилиндра, плунжера и замковой опоры цилиндра.
Насос НСВ спускается на штангах. Крепление (уплотнение посадками) происходит на замковой опоре, которая предварительно опускается на НКТ. Насос извлекается из скважины при подъеме только колонны штанг. Поэтому НСВ целесообразно применять в скважинах с небольшим дебитом и при больших глубинах спуска.
Насос скважинный невставной (НСВ), трубный насос представляет собой цилиндр с седлом всасывающего клапана, присоединенный к НКТ и вместе с ними спускаемый в скважину, а плунжер с нагнетательным и всасывающим клапаном опускают в скважину на штангах и вводят внутрь цилиндра. Плунжер с помощью специального штока соединен с шариком всасывающего клапана.
Недостаток НСН — сложность его сборки в скважине, сложность и длительность извлечения насоса на поверхность для устранения какой-либо неисправности.
Рис. 1. Насосы скважинные вставные:1 – впускной клапан; 2 – цилиндр; 3 – нагнетательный клапан; 4 – плунжер; 5 – штанга; 6 – замок
Рис. 2 Невставные скважинные насосы:1 – всасывающий клапан; 2 – цилиндр; 3 – нагнетательный клапан; 4 – плунжер; 5 –захватный шток; 6 – ловитель
В НСН для извлечения цилиндра из скважины необходим подъем всего оборудования (штанг с клапанами, плунжером и НКТ). В этом коренное отличие между НСН и НСВ. При использовании вставных насосов в 2 ¸ 2.5 раза ускоряются спускоподъемные операции при ремонте скважин, и существенно облегчается труд рабочих. Однако производительность вставного насоса при трубах данного диаметра всегда меньше производительности невставного.
Невставной (трубный) насос представляет собой цилиндр, присоединенный к НКТ и вместе с ними спускаемый в скважину, а плунжер спускают и поднимают на штангах. НСН целесообразны в скважинах с большим дебитом, небольшой глубиной спуска и большим межремонтным периодом.
Насос выбирают с учетом состава откачиваемой жидкости (наличия песка, газа и воды), ее свойств, дебита и глубины его спуска, а диаметр НКТ — в зависимости от типа и условного размера насоса.
Вопросы для самоконтроля
1. Какое оборудование относиться е наземному оборудованию?
2. Какое оборудование относиться е подземному оборудованию?
3. Из каких основных частей состоит штанговая скважинная насосная установка?
4. Для чего предназначено устьевое оборудование?
5. По каким трубам происходит подъем откачиваемой пластовой жидкости?
6. Что называется полированным штоком?
7. К какому типы относятся штанговые насосы?
8. Как различаются штанговые насосы по способу крепления?
9. В чем отличие между НСН и НСВ?