Лекция 7. Штанговые скважинные насосы (ШСН)

ШСН предназначены для откачивания из нефтяных скважин жидкости обводненностью до 99 %, температурой не более 130 °С, с содержанием сероводорода не более 50 мг/л, минерализацией воды не более 10 г/л.

Скважинные насосы имеют вертикальную конструкцию одинарного действия с неподвижным цилиндром, подвижным металлическим плунжером и шариковыми клапанами. Насосы спускают в скважину на штангах и насосно-компрессорных трубах. Различают следующие типы скважинных

насосов (рис. 7.1):

НВ1 – вставные с замком наверху;

НВ2 – вставные с замком внизу;

НН – невставные без ловителя;

НН1 – невставные с захватным штоком;

НН2С – невставные с ловителем.

Скважинные штанговые насосы являются гидравлической машиной объемного типа, где уплотнение между плунжером и цилиндром достигается за счет высокой точности их рабочих поверхностей и регламентируемых зазоров. При этом в зависимости от размера зазора (на диаметр) в паре «цилиндр-плунжер» выпускают насосы четырех групп (табл. 7.1).

Рисунок 7.1 – Типы скважинных штанговых насосов

В условном обозначении насоса, например, НН2БА-44-18-15-2, первые две буквы и цифра указывают тип насоса, следующие буквы – исполнение цилиндра и насоса, первые две цифры – диаметр насоса (мм), последующие длину хода плунжера (мм) и напор (м), уменьшенные в 100 раз и последняя цифра – группу посадки.

Скважинные насосы нормального исполнения по стойкости к среде, применяемые преимущественно для подъема жидкости с незначительным содержанием (до 1,3 г/л) механических примесей, комплектуют плунжерами исполнения ПХ1 или ПХ2 с парами «седло-шарик» исполнения К или КБ

Таблица 7.1 – Группы насосов

Группа посадки	Размер зазора между цилиндром и плунжером насоса, мм
Б	С
	Менее 0,045	Менее 0,045
	0,01 – 0,07	0,02 – 0,07
	0,06 – 0,12	0,07 – 0,12
	0,11 – 0,17	0,12 – 0,17

Скважинные насосы абразивостойкого исполнения И, применяемые преимущественно для подъема жидкости, содержащей более 1,3 г/л механических примесей, комплектуют плунжерами исполнения П1И или П2И и парами «седло-шарик» исполнения КИ.

Конструктивно все скважинные насосы состоят из цилиндра, плунжера, клапанов, замка (для вставных насосов), присоединительных и установочных деталей, максимально унифицированных.

Скважинные насосы всех исполнений, кроме исполнения НВ1БД1 и НВ1БД2, одноплунжерные, одноступенчатые.

Скважинные насосы типа НВ2 изготовляют одного исполнения:

НВ2Б – вставной с замком внизу, цельным цилиндром исполнения ЦБ, одноплунжерный, одноступенчатый, нормального исполнения по стойкости к среде. (рис. 7.2).

Замковая опора типа ОМ предназначена для закрепления цилиндра скважинных насосов исполнений НВ1 и НВ2 в колонне насосно-компрессорных труб. Высокая точность изготовления поверхностей деталей опоры обеспечивает надежную герметичную фиксацию цилиндра насоса в насосно-компрессорных трубах на заданной глубине скважины и одновременно предотвращает искривление насоса в скважине.

Рисунок 7.2 – Скважинный штанговый насос исполнения НВ2Б:

1 – защитный клапан; 2 – упор; 3 – шток; 4 – контргайка; 5 – цилиндр;

6 – клетка плунжера; 7 – плунжер; 8 – нагнетательный клапан;

9 – всасывающий клапан; 10 – упорный ниппель с конусом

Все насосы типа НН2 – одноплунжерные, одноступенчатые.

Применение насосов НН предпочтительно в скважинах с большим дебитом, небольшой глубиной спуска и большим межремонтным периодом, а насосы типов НВ в скважинах с небольшим дебитом, при больших глубинах спуска. Чем больше вязкость жидкости, тем принимается выше группа посадки. Для откачки жидкости с высокой температурой или повышенным содержанием песка и парафина рекомендуется использовать насосы третьей группы посадки. При большой глубине спуска рекомендуется применять насосы с меньшим зазором.

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.

ЛЕКЦИЯ 8. ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ НАСОСА

Теоретическая производительность ШСН равна:

Q_т = 1440 D²∙^∙S_пл∙n,

где 1440 – число минут в сутках; D – диаметр плунжера наружный;

S_пл – длина хода плунжера; n – число двойных качаний в минуту.

Фактическая подача Q всегда меньше теоретической Q_т.

Отношение Q/Q_т=α_n, называется коэффициентом подачи,

где a_n изменяется от 0 до 1.

В скважинах, в которых проявляется так называемый фонтанный эффект, т. е. в частично фонтанирующих через насос скважинах может быть a_n > 1. Работа насоса считается нормальной, если a_n = 0,6 – 0,8.

Коэффициент подачи зависит от ряда факторов, которые учитываются коэффициентами

a_n=a_g×a_ус×a_н×a_ут ,

где коэффициенты:

a_g – деформации штанг и труб;

a_ус – усадки жидкости;

a_н – степени наполнения насоса жидкостью;

a_ут – утечки жидкости.

где a_g = S_пл/S, S_пл – длина хода плунжера (определяется из условий учета упругих деформаций штанг и труб); S – длина хода устьевого штока (задается при проектировании).

S_пл = S – DS, DS = DS_ш+DS_т,

где DS – деформация общая; S_ш – деформация штанг; DS_т – деформация труб.

a_ус =1/b,

где b – объемный коэффициент жидкости, равный отношению объемов (расходов) жидкости при условиях всасывания и поверхностных условиях.

Насос наполняется жидкостью и свободным газом. Влияние газа на наполнение и подачу насоса учитывают коэффициентом наполнения цилиндра насоса

α_н =

где R – газовое число (отношение расхода свободного газа к расходу жидкости при условиях всасывания).

Коэффициент, характеризующий свободное пространство, т.е. объема цилиндра под плунжером при его крайнем нижнем положении от объема цилиндра, описываемого плунжером. Увеличив длину хода плунжера, можно увеличить a_н.

Коэффициент утечек

α_ут = 1 –

где g_ут – расход утечек жидкости (в плунжерной паре, клапанах, муфтах НКТ); a_ут – величина переменная (в отличие других факторов), возрастающая с течением времени, что приводит к изменению коэффициента подачи.

Оптимальный коэффициент подачи определяется из условия минимальной себестоимости добычи и ремонта скважин.

Увеличения экономической эффективности эксплуатации ШСН можно достичь повышением качества ремонта насосов, сокращением затрат на текущую эксплуатацию скважины и ремонт, а также своевременным установлением момента ремонта скважины.