Скважинные штанговые насосы

Контрольные вопросы

1. Конструкция и исполнение оборудования обвязки обсадных колонн.

2. Привести пример шифра оборудования обвязки обсадных колонн.

3. Назначение фонтанной арматуры, ее составные элементы.

4. Назвать ряд рабочих давлений и диаметры проходов по стволу и бо­
ковым отводам в соответствии с ГОСТ 13846—89.

5. Обозначение фонтанной арматуры в обычном исполнении и коррози-
онностойком с указанием примера и расшифровки.

6. Типовые схемы фонтанной арматуры по ГОСТ 13846—89.

7. Состав оборудования для предупреждения открытых фонтанов и тех­
ническая характеристика.

Глава 2

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ШТАНГОВОЙ НАСОСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИН

Наиболее распространенный штанговый способ эксплуатации нефтяных скважин охватывает более 59 % действующего фонда скважин. Отбор жидкости этим способом составляет от не­скольких сот килограммов до сотен тонн в сутки при различ­ной глубине спуска насоса в скважину.

Штанговая насосная установка (рис. 2.1) состоит из сква­жинного насоса 2 вставного или невставного типов, насосных штанг 4, насосно-компрессорных труб 3, подвешенных на план­шайбе или в трубной подвеске устьевой арматуры 5, сальнико­вого уплотнения 6, сальникового штока 7, станка-качалки 8 и фундамента 9. На приеме скважинного насоса устанавливают защитное приспособление в виде газового или песочного филь­тра /.

Насос 2 спускают в скважину под уровень жидкости.

Возвратно-поступательное движение плунжера насоса, под­вешенного на штангах, обеспечивает подъем жидкости на по­верхность. При наличии парафина в продукции скважины на штангах устанавливают скребки, очищающие внутренние стенки насосно-компрессорных труб. В зависимости от глубины сква­жины, дебита и других факторов подбирают тип станка-ка­чалки, диаметр насосно-компрессорных труб, штанг и скважин­ного насоса, устанавливают необходимую длину хода и число качаний в минуту.

Вставные скважинные насосы наиболее эффективно приме­нять в глубоких скважинах с относительно небольшими межре­монтными периодами. Невставные насосы эффективней приме­нять в скважинах относительно небольшой глубины с большими межремонтными периодами.

НАСОСНЫЕ ШТАНГИ

Насосные штанги служат соединительным звеном между назем­ным индивидуальным приводом станка-качалки и скважинным насосом. К штангам предъявляют повышенные требования, так как в процессе работы они испытывают значительные нагрузки, изменяющиеся в широких пределах в течение каждого хода станка-качалки.

Насосные штанги изготовляют из сталей разных марок, ко­торые для придания равнопрочности подвергают термической

обработке (нормализации) и обработке токами высокой ча­стоты (ТВЧ).

Насосные штанги (табл. 2.1) применяют в виде колонн, со­ставленных из отдельных, соединенных посредством муфт, штанг.

Штанговые муфты (табл. 2.2) выпускают следующих типов:

соединительные МШ— для соединения штанг одинаковых размеров;

переводные МШП — для соединения штанг разных раз­меров.

Муфты каждого типа изготовляют в исполнении I — с «лыс-ками» под ключ и в исполнении II — без «лысок».

Таблица 2.1. Размеры штанг (мм)

	Номинальный диаметр	Размеры квадратной части
Штаига	штанги	резьбы
	(по телу)	штанги (наружный)	головки	ангн
ШН 16		23,824
ШН 19		26,999
ШН 22		30,17
ШН 25		34,936

Муфты в основном изготовляют из углеродистой стали ма­рок 40 и 45. Предусматривается также изготовление муфт из легированной стали марки 20Н2М для эксплуатации в тя­желых условиях.

Муфты, как правило, подвергают поверхностной термообра­ботке ТВЧ.

Штанги поставляют с плотно навинченными на один конец муфтами. Открытая резьба штанги и муфты предохраняется колпачками или пробками.

Каждую штангу маркируют на двух противоположных сто­ронах каждого квадрата. На одну сторону квадрата наносят товарный знак или условное обозначение предприятия-изгото­вителя и условный номер плавки. На другой стороне квадрата проставляют марку стали, год выпуска, квартал и технологиче­скую маркировку предприятия-изготовителя. Штакгу, подверг­нутую обработке ТВЧ, маркируют на третьей стороне каждого квадрата буквой «Т».

Основные параметры, используемые при выборе колонны на­сосных штанг для обычных условий,— это максимальная на­грузка на штанги и ее возможные колебания. Для быстрого и правильного подбора штанговых колонн следует пользоваться таблицами и специальными номограммами.

Таблица 2.2. Размеры соединительной муфты (мм)

Для обеспечения наибольшего срока службы насосных штанг требуются тщательное наблюдение за каждым комплек­том штанг, спускаемых в скважину, и своевременная отбра­ковка негодных.

Насосные штанги и муфты к ним выпускают:

для легких условий работы — из стали марки 40, нормализо­ванные;

для средних и среднетяжелых условий работы — из стали марки 20Н2М, нормализованные;

для тяжелых условий работы — из стали марки 40, нормали­зованные с последующим поверхностным упрочнением тела штанги по всей длине ТВЧ и из стали марки ЗОХМА, нормали­зованные с последующим высоким отпуском и упрочнением тела штанги по всей длине ТВЧ;

для особо тяжелых условий работы — из стали марки 20Н2М, нормализованные с последующим упрочнением тела штанги ТВЧ (табл. 2.3).

ГОСТ предусматривает изготовление штанг диаметром 12; 16; 19; 22 и 25 мм длиной 8000 мм. Допускается выпуск штанг длиной 7500 мм в количестве не более 8 % от числа штанг дли­ной 8000 мм. Кроме штанг нормальной длины, для подбора не-

Таблица 2.3. Механические свойства материалов штанг

Таблица 2.4. Масса штанг (кг)

Штанга	При длине штанги, мм
				3000 8000
ШН 12	1,2	1,41	1,69	2,16	3,08	7,26
ШН 16	2,07	2,39	2,86	3,65	5,23	12,93
ШН 19	2,89	3,25	3,92	5,03	7,26	18,29
ШН 22	3,71	4,3	5,2	6,7	9,68	24,5
ШН 25	5,17	5,85	7,12	9,08	12,98	31,65
ШН 28	6,63	7,6	9,04	11,46	16,3	40,47

обходимой длины подвески изготовляют штанги укороченные длиной 1000; 1200; 1500; 2000 и 3000 мм (табл. 2.4).

СКВАЖИННЫЕ ШТАНГОВЫЕ НАСОСЫ

Скважинные штанговые насосы предназначены для откачива­ния из нефтяных скважин жидкости обводненностью до 99%, температурой не более 130 °С, содержанием сероводорода не бо­лее 50 мг/л, минерализацией воды не более 10 г/л (табл. 2.5).

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. Скважинные насосы изготовляют следующих типов (рис. 2.2):

НВ1 — вставные с замком наверху;

НВ2 — вставные с замком внизу; НН — невставные без ловителя;

НН1 — невставные с захватным штоком;

НН2 — невставные с ловителем.

Выпускают насосы следующих конструктивных исполнений:

а) по цилиндру:

Б — с толстостенным цельным (безвтулочным) цилиндром; С — с составным (втулочным) цилиндром;

б) специальные:

Т — с полым (трубчатым) штоком для подъема жидкости по каналу колонны трубчатых штанг;

А — со сцепляющим устройством (только для насосов типа НН), обеспечивающим сцепление колонны насосных штанг с плунжером насоса;

Д1 — одноступенчатые, двухплунжерные для создания гид­равлического тяжелого низа;

Д2 — двухступенчатые, двухплунжерные, обеспечивающие двухступенчатое сжатие откачиваемой жидкости;

*** ^J *. <4 А

Таблица 2.5. Рекомендуемая область применения насосов

			Концен-	Вязкость	Объемное
Насос	Условный диаметр, ми	Длина хода плунжера	трация механи­ческих	добыва­емой жидкос-	содержа­ние сво­бодного	Водо­родный показа-
		мм	приме-	ти, Па. с.	газа, %,	тель рН
			сей, г/л	не более	не более
НВ1Б	29; 32; 38;	1200—6000
	44; 57
НВ2Б	32; 38; 44; 57	1800—6000
НН2Б	32; 44; 57;	1200—4500
	70; 95
НВ1С	29; 32; 38;	1200—3500	<1,3			4,2—6,8
	44; 57
НН1С	29; 32; 44; 57			0,025
НН2БУ	44; 57	1800—3500
ННБА	70; 95; 102	2500—4500
НВ1Б... И	29; 32; 38;	1200—6000
	44; 57
НН2Б...И	32; 44; 57;	1200—4500
	70; 95
			>1,3			6—8
НВ1ВТ... И
	44; 57	1200—3000
НН2БТ... И
НВ1БД1	38/57; 57/44	1800—3500
			<1,3	0,3
ННБД1	44/29; 57/31;	1800—3000
	70/44					4,2—6,8
НВ1БД2	38/57	1800—3500		0,025

Примечание. Дробью обозначают условные диаметры двух последовательно соединенных частей насоса-разделителя и нижнего насоса.

У — с разгруженным цилиндром (только для насосов типа НН2), обеспечивающим снятие с цилиндра циклической на­грузки при работе.

Насосы всех исполнений, кроме Д1 и Д2, одноступенчатые, одноплунжерные.

в) по стойкости к среде:

без обозначения — стойкие к среде с содержанием механи­ческих примесей до 1,3 г/л — нормальные;

И — стойкие к среде с содержанием механических примесей более 1,3 г/л — абразивостойкие.

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 зависи-

мости от размера зазора (на диаметр) в паре «цилиндр — плун­жер» выпускают насосы четырех групп посадок (табл. 2.6).

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 в мм, последующие — длину хода плунжера в мм и напор в м, уменьшенные в 100 раз, и последняя цифра — группу посадки.

Таблица 2.6. Размер зазора между цилиндром и плунжером насоса (мм)

	При исполнении цилиндра
Группа поса ки
	Б	с
	<0,045	<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

Цилиндры насосов изготовляют двух исполнений:

ЦБ — цельный (безвтулочный), толстостенный;

ЦС — составной, из набора втулок, стянутых внутри кожуха переводниками.

Исходя из назначения и области применения скважинных насосов плунжеры и пары «седло — шарик» клапанов выпус­кают различных конструкций, материальных исполнений и с разными видами упрочнений их рабочих поверхностей.

Плунжеры насосов изготовляют четырех исполнений:

П1Х— с кольцевыми канавками, цилиндрической расточкой на верхнем конце и с хромовым покрытием наружной поверх­ности;

П2Х— то же, без цилиндрической расточки на верхнем конце;

П1И-—с кольцевыми канавками, цилиндрической расточкой на верхнем конце и упрочнением наружной поверхности напы­лением износостойкого порошка;

П2И-—то же, без цилиндрической расточки на верхнем конце.

Пары «седло — шарик» клапанов насосов изготовляют в трех исполнениях:

К — с цилиндрическим седлом и шариком из нержавеющей стали;

КБ—-то же, с седлом буртиком;

КИ — с цилиндрическим седлом из твердого сплава и шари­ком из нержавеющей стали.

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 П1Х или П2Х с парами «седло — шарик» исполнения К или КБ. 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, 20

плунжера, клапанов, замка (для вставных насосов), присоеди­нительных и установочных деталей, максимально унифициро­ванных.

Скважинные насосы типа НВ1 выпускают шести испол­нений:

НВ1С — вставной с замком наверху, составным (втулоч­ным цилиндром, исполнения ЦС, нормального исполнения по стойкости к среде;

НВ1Б — вставной с замком наверху, цельным (безвтулоч­ным) цилиндром исполнения ЦБ, нормального исполнения по стойкости к среде;

НВ1Б...И—то же, абразивостойкого исполнения по стой­кости к среде;

НВ1БТ...И — то же, с полым штоком, абразивостойкого исполнения по стойкости к среде;

НВ1БД1 — вставной с замком наверху, цельным цилиндром исполнения ЦБ, одноступенчатый, двухплунжерный, нормаль­ного исполнения по стойкости к среде.

НВ1БД2 — вставной с замком наверху, цельным цилиндром исполнения ЦБ, двухступенчатый, двухплунжерный, нормаль­ного исполнения по стойкости к среде.

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.

Скважинные насосы типа НН выпускают двух исполнений:

ННБА — невставной без ловителя, с цельным цилиндром ис­полнения ЦБ, сцепляющим устройством, одноступенчатый, од­ноплунжерный, нормального исполнения по стойкости к среде;

ННБД1 — невставной без ловителя, с цельным цилиндром исполнения ЦБ, одноступенчатый, двухплунжерный, нормаль­ного исполнения по стойкости к среде.

Скважинные насосы типа НН1 изготовляют одного испол­нения: НН1С — невставной с захватным штоком, составным ци­линдром исполнения ЦС, нормального исполнения по стойкости к среде.

Скважинные насосы типа НН2 выпускают пяти исполнений:

НН2С — невставной с ловителем, составным цилиндром ис­полнения ЦС, нормального исполнения по стойкости к среде;

НН2Б — невставной с ловителем, цельным цилиндром ис­полнения ЦБ, нормального исполнения по стойкости к среде;

НН2Б...И — то же, абразивостойкого исполнения по стой­кости к среде;

НН2БТ...И — то же, с полым штоком, абразивостойкого ис­полнения по стойкости к среде;

НН2БУ — невставной с ловителем, разгруженным цельным цилиндром исполнения ЦБ, нормального исполнения по стой­кости к среде.

Все насосы типа НН2 — одноплунжерные, одноступенчатые.