Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 [ 33 ] 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67

Насосно- компрессорная колонна

Штанга

Крепежное устройство Установочный патрубок для крепления насоса в стволе скважины Шток золотника

Цилиндр Поршень

Нагнетательный клапан

Всасывающий клапан

Крепежное устройство Установочный патрубок для крепления насоса в стволе скважины Перфорация

Труба

для подачи

флюида в насос («комариный нос»)

Газовый якорь-

Перфорация

Рис. 10.14. Два типа насосов для штанговых насосных установок: а - трубный насос, б- стационарный цилиндр вставного типа с верхним креплением штока. Вставной насос и цилиндр можно извлечь из скважины, не поднимая насосно-компрессорную колонну

Наиболее типичные конструкции трубных и вставных насосов регламентируются техническими условиями API. Некоторые конструкции, не регламентированные API, такие как насос в обсадной трубе и многоступенчатый насос, зарекомендовали себя как эффективные в особых скважинных условиях.

Штанговые насосы

Первые штанговые насосы делали из дерева, обычно гикори, с металлическими концевыми деталями. Железные и стальные штанги начали использоваться примерно в 1880-1890-х годах и стали обычным явлением к 1900 г. Стандарты API для штанговых насосов впервые были приняты в 1927 г.

Продолжающиеся усовершенствования в металлургической промышленности увеличивали прочность и несущую способность насосных штанг. Тем не менее даже с этими усовершенствованиями и при использовании конических штанг максимальная практическая глубина работы штанговых насосов составляет около 3000 м. Есть несколько установок низкой производительности, достигающих глубины 4000 м. Более легкие и более прочные материалы нужны для установок для глубины более 4500 м. Максимальная глубина на сегодняшнем техническом уровне составляет 6000 м. В настоящее время ведутся исследования современных фибергласовых материалов для изготовления насосных штанг для специальных областей применения.

Качалки

Качалки (балансирные насосные установки) передают усилие на верхнюю часть системы штанг в виде возвратно-поступательного движения. Длина рабочего хода может варьироваться от менее чем 30 см до 24 м. Для первых качалок использовали вышки для ударно-канатного

бурения по завершении бурения, при этом для приведения в действие глубинного насоса применяли балансир бурильного станка. Несущие элементы этих установок делали из дерева с металлическими подшипниками и оснасткой. Приводом служили паровые машины или одноцилиндровые низкооборотные двигатели внутреннего сгорания, снабженные ременной передачей. Иногда позже добавляли привод от электромотора. В этих установках вышка оставалась над скважиной и силовая установка и главный маховик использовались для обслуживания скважины. Одно и то же оборудование применялось для бурения, добычи и обслуживания. Эти установки с некоторыми модификациями использовались примерно до 1930 г. К этому времени были пробурены более глубокие скважины, нагрузки на насосы увеличились и применение установок канатного бурения в качестве насосов изжило себя. На рис. 10.15 изображена старинная качалка, переделанная из вышки для ударно-канатного бурения.

Современный насос-качалка, в основном разработанный в 1920-х годах, изображен на рис. 10.16. Появление эффективных мобильных приспособлений для обслуживания скважин устранило необходимость во встроенных талях на каждой скважине, а создание долговечных, эффективных редукторов легло в основу более высокоскоростных качалок и первичных двигателей меньшего веса.

Балансир

Низкооборотный мотор Противовес Опора \ Стойка или промежуточный вал 1 балансира

электропривода Электромотор 1 Главный маховик у

Приводной ремень

.балансира

Приводной ремень

Сальни- ковый шток

Рис. 10.15. Старинная качалка

Центральный подшипник

Балансир

Головка к балансира

Подшипник стабилизатора

Рычаг тормоза

Сальни- ковый шток

.Сальник

Тормозной Станина Подшипник

трос

кривошипа

•Выкид-

Устье нойтру-сква- б-"Р-жины

Рис. 10.16. Современный станок-качалка

Относительно высокая скорость вращения первичного двигателя сначала снижается ременной передачей, а затем шестеренчатым редуктором, чтобы кривошип вращался с заданным числом рабочих ходов в минуту. Вращение кривошипа преобразуется плечом кривошипа, опорой пальца кривошипа, шатуном и балансиром, а движение стабилизатора переходит в линейное движение сальникового штока головкой балансира и серьгой для подвески штанг. При правильной настройке установки это движение не должно создавать никаких изгибающих нагрузок на устьевой сальниковый шток. Сальниковый шток и сальник обеспечивают уплотнение между штангами и насосно-компрессорной колонной на поверхности, чтобы направить перекачиваемую жидкость в выкидной трубопровод.

Противовес. Противовес, расположенный на плече кривошипа качалки (см. рис. 10.15), - важный компонент

системы. Он может быть также помещен на балансире, для этой цели можно использовать пневмоцилиндр (см. рис. 10.16). Насосные установки делятся на установки с коромысловой, кривошипной и пневматической балансировкой (рис. 10.17).

Назначение балансировки становится понятным, если рассмотреть движение колонны насосных штанг и качалки на примере идеализированной работы насоса, изображенного на рис. 10.13. В этом упрощенном случае нагрузка на устьевой сальниковый шток при движении вверх состоит из веса штанг плюс вес скважинных флюидов. При обратном ходе это только вес штанг. Без какой-либо балансировки нагрузка на шестеренчатый редуктор и первичный двигатель во время движения вверх направ-

Противовес, смонтированный на коромысле

Противовес на плече кривошипа

Пневматический балансировочный цилиндр

Рис. 10.17. Типы балансировки качалок: а - коромысловая, б-кривошипная ив- пневматическая

лены в одну сторону. При движении вниз нагрузка направлена в противоположную сторону. Такой тип нагрузки весьма нежелателен. Он вызывает ненужный износ, срабатывание и перерасход топлива (энергии). На практике используется противовес, равный весу колонны насосных штанг плюс примерно половина веса поднимаемой жидкости. Правильный подбор противовеса создает наименьшие возможные нагрузки на редуктор и первичный двигатель, уменьшает поломки и простои и снижает требования к топливу или энергии. По оценкам, до 25% всех качалок, находящихся в эксплуатации, не сбалансированы должным образом.

Другие возвратно-поступательные насосы

Качалки используются более чем на 99% всех скважин, оборудованных штанговыми насосами, тем не менее существует ряд других установок для штанговых насосов, имеющих ограниченное применение. Теоретически в данном случае пригодно любое устройство, обеспечивающее движение колонны насосных штанг вверх и вниз. Гидравлические и пневматические насосные установки с гидравлическими и пневматическими цилиндрами высокого давления, приводящие в движение колонны насосных штанг, применяются примерно с 1900 г.

Пневматические установки

В случае пневматических установок один или более цилиндров помещаются над устьем скважины и монтируется балансировочная система, использующая сжатый воздух или газ (рис. 10.18). В такой системе сжатый газ воздействует на нижнюю часть поршней внутренних рабочих цилиндров при движении вверх. Газ низкого давления над поршнями выбрасывается в газопровод товарного газа. При движении вниз сжатый газ действует на верхнюю часть поршней, а газ низкого давления под поршнями выталкивается в газопровод товарного газа. Из