Выбор оборудования для штанговой насосной установки

Станки-качалки по ГОСТ 5866-76

Из намечавшихся к выпуску 30 типоразмеров производством было освоено 7 моделей. Конструкции станков-качалок по данному стандарту принципиально не отличаются от предыдущих типов.

Станки-качалки СК5-3-2500 и СК6-2,1-2500 отличаются друг от друга длиной переднего плеча балансира; СК8-3,5-4000 и СК8-3,5-5600 различаются типоразмером редуктора и мощностью электродвигателя.

 

Станок-качалка (СК) состоит из ряда самостоятельных узлов.

Рама предназначена для установки на ней всего оборудования СК и выполняется из профильного проката в виде двух полозьев, соединенных поперечниками, и имеет специальную подставку под редуктор. В раме имеются отверстия для крепления к фундаменту.

Стойка является опорой для балансира и выполняется из профильного проката в виде четырехгранной пирамиды. Ноги стойки связаны между собой поперечинами. Снизу стойка крепится к раме сваркой или болтами, сверху несет плиту для крепления оси балансира с помощью двух скоб.

Балансир предназначен для передачи возвратнопоступательного движения колонне штанг. Выполняется из профильного проката двутаврового сечения и имеет однобалочную или двухбалочную конструкцию. Со стороны скважины балансир заканчивается поворотной головкой.

Опора балансира - ось, оба конца которой установлены в сферических роликоподшипниках, расположенных в чугунных корпусах. К средней части оси, имеющей квадратное сечение, приварена планка, через которую опора балансира с помощью болтов соединяется с балансиром.

Траверса выполняет роль связующего звена между кривошипно-шатунным механизмом и балансиром и конструктивно выполняется в виде прямолинейной балки из профильного проката. Крепление к балансиру шарнирное при помощи сферического роликоподшипника.

Шатун - трубная заготовка со специальными головками по концам; с помощью верхней головки шатун соединяется пальцем с траверсой, нижней – кривошипом через палец и сферический подшипник.

Кривошип – основной элемент кривошипно-шатунного механизма, предназначенный для преобразования вращательного движения вала редуктора в возвратно-поступательные колонны штанг. Выполнен в виде прямоугольных пластин с отверстиями для крепления к шатунам и ведомому валу редуктора. Снабжен пазами для установки и перемещения противовесов.

Канатная подвеска является гибком звеном между колонной штанг и балансиром. Состоит из двух траверс – верхней и нижней, разделенных втулками зажимов канатов. На верхней траверсе лежит узел крепления полированного штока. Траверсы могут быть раздвинуты винтами для установки динамографа.

Клиноременная передача СК предусматривает применение клиновых ремней типов О,А,Б,В,Г. Правильный выбор типа ремня обеспечивает долговечность работы передачи.

Шкивы выполняют быстросменными за счет конусной расточки тела и применения конусной втулки, закрепляемой гайкой.

Поворотные салазки являются рамой для двигателя, крепящейся в наклонном положении, что обеспечивает изменение межцентрового расстояния между осями валов и, следовательно, натяжение ремней.

Тормоз двух колодочной конструкции укрепляется на тормозном барабане и приводится в действие ходовым винтом. Рукоятка тормоза в целях безопасности вынесена в конец рамы станка-качалки.

Приводом станка качалки является трехфазный, асинхронный электродвигатель во влагоморозостойком исполнении с короткозамкнутым ротором с кратностями пускового и максимального момента соответственно 1,8…2,0 и 2,2…2,5.

 

Усилия действующие в точке подвеса штанг станка-качалки

В процессе работы ШСНУ в точке подвеса штанг действуют постоянные и переменные нагрузки. Постоянные:

1)    Вес колонны штанг в жидкости – Р_Ш.

2) Гидростатическая нагрузка – Р_Ж обусловленная разницей давлений жидкости над и под плунжером скважинного насоса.

Переменные:

1) Инерционная нагрузка Р_И обусловленная переменной по величине и направлению скоростью движения колонны штанг.

2) Вибрационная нагрузка Р_ВИБ обусловленная колебательными процессами в колонне штанг под действием ударного приложения и снятия гидростатической нагрузки Р_Ж на плунжер.

3) Силы трения, возникающие в результате взаимодействия колонны штанг и НКТ-Р_{ТР М}; обтекания пластовой жидкостью колонны штанг Р_{ТР Г}; взаимодействия плунжера и цилиндра скважинного насоса Р_{ТР ПЛ}; перепада давления в клапанах насоса Р_КЛ обусловленного их гидравлическим сопротивлением.

Все эти силы изменяются в течении одного цикла работы. В общем виде усилия в точке подвеса штанг при её ходе вверх Р_В и вниз Р_Н будут:

Р_В = Р_Ш +Р_Ж +Р_ИВ +Р_ВИБВ +Р_{ТР М} + Р_{ТР Г} +Р_ТРПЛ + Р_КЛВ

Р_Н = Р_Ш –(Р_ИН +Р_ВИБН +Р_{ТР М} + Р_{ТР Г} +Р_ТРПЛ + Р_КЛН)

Лекция № 5.

Цель и способы уравновешивания балансирных станков – качалок.

Выбор оборудования для штанговой насосной установки.

Основное назначение уравновешивающего устройства – накопление потенциальной энергии при ходе штанг вниз и отдаче её при ходе вверх. Потенциальная энергия превращается в работу, которая вместе с работой, совершаемой приводным двигателем, расходуется на перемещение точки подвеса штанги вверх. Задача уравновешивания привода скважинного насоса сводиться к определению таких параметров уравновешивающего устройства, которые в зависимости от условий работы установки позволили бы создать оптимальный режим работы двигателя и обеспечили бы приемлемые энергетические показатели установки.

Балансированный станок-качалку уравновешивают грузами, устанавливаемыми на балансире или кривошипе.

При выборе масс грузов в качестве критерия уравновешенности принимают следующие условия.

Работа, совершаемая двигателем при ходе штанг вверх и вниз, в течении двойного хода, постоянна:

U_В =U_Н

U_В =(Р_Ж+Р_Ш)S - GS

U_Н = - Р_Ш S+GS

Приравняв правые части выражений, получим:

G= (Р_Ж+Р_Ш)/2

где G – вес уравновешивающего груза.

Таким образом, вес уравновешивающего груза должен быть равен сумме весов колонны штанг в жидкости и половине веса столба пластовой жидкости, находящейся над плунжером скважинного насоса.

 

Выбор оборудования для штанговой насосной установки

Первый этап - определение (выбор) насоса. Задаваясь его произ­водительностью, определяют с учетом коэффициента наполнения, равного 0,8, его диаметр при различных сочетаниях длин ходов числа двойных качаний п. Последние определяют по паспорту станка-ка­чалки, если он уже установлен на скважине, либо назначают с учетом параметров балансирных станков-качалок.

При этом необходимо стремиться к возможно большей длине хода плунжера насоса, так как это позволяет применять насос меньшего диаметра (меньше величины утечек, меньше силы трения) и умень­шает число циклов нагружения штанг (это также увеличивает их дол­говечность).

Второй этап - подбор колонны штанг. Определив диаметр насо­са, длину хода плунжера и число качаний, определяют (подбирают) конструкцию колонны штанг, после чего подсчитывают деформацию колонны.

Третий этап - выбор колонны труб. Трубы, как правило, подбира­ют из конструктивных соображений, исходя из типа насоса - встав­ного или трубного. После чего их проверяют на прочность. Желатель­но применять равнопрочные трубы с высаженными концами, обеспе­чивающие максимальную глубину спуска насоса. Подобрав колонну труб, определяют ее деформацию при работе насоса.

Четвертый этап - выбор типа станка-качалки. По результатам пер­вых грех этапов определяют необходимую длину хода точки подвеса штанг с учетом деформации штанг и труб, а также максимальную на­грузку на полированный шток. На основании этих данных подбирают станок-качалку, удовлетворяющий требуемым параметрам. Если такого станка нет среди применяемых моделей (например длина получается завышенной), повторяют первые два этапа, задаваясь маркой насоса, обеспечивающего необходимую производительность.

Выбранный станок-качалка должен обладать некоторым запасом максимальной величины нагрузки в точке подвеса штанг, в длине хода и числе качаний, чтобы впоследствии при эксплуатации скважин была возможность изменять их как в сторону уменьшения, так и увеличе­ния.

После выбора модели станка-качалки рассчитывают уравновеши­вание и проверяют соответствие необходимого максимального кру­тящего момента паспортному его значению.

Тип наземной части установки определяется, исходя из условий ее работы. Балансирные станки-качалки с балансирным уравновеши­ванием используют на мелких скважинах с небольшим числом кача­ний. Наиболее универсальны установки с роторным и комбиниро­ванным уравновешиванием.

Пятый этап - выбор приводного электродвигателя. Для этого, зная тангенциальное усилие на пальце кривошипа, определяют мощность приводного двигателя, частота вращения вала которого назначается исходя из передаточного отношения редуктора и клиноременной пе­редачи.

Выбор оборудования и режимов работы по изложенной выше ме­тодике - сложная и трудоемкая задача, для решения которой А.Н. Адониным была составлена диаграмма (рис. 13, 14). Для станков - ка­чалок по ГОСТ 5866-66. Диаграмма дает возможность быстро подби­рать оборудование по заданным значениям дебита и высоты подъема жидкости.

Диаграммы построены на основе следующих исходных данных:

- плотность откачиваемой жидкости принята равной 900 кг/м³;

- динамический уровень находится у приема насоса;

- коэффициент наполнения насоса равен 0,85.

Сплошные ломаные линии указывают границы зон применения станка-качалки одного типа, а пунктирные - границы областей в этих зонах.

Каждой зоне области соответствует насос (плунжер) определен­ного диаметра в мм (на диаграмме показан цифрой в кружке).

При подборе оборудования глубиннонасосной установки и режи­ма его работы сначала определяют тип станка-качалки и диаметр плунжера глубинного насоса, которые находят пересечением проек­ций дебита и глубины спуска насоса на осях Q и Н.

Тип насоса определяют в зависимости от глубины подвески. При глубинах больше 1000 м следует применять вставные насосы.