Выбор штанговой насосной установки и режима ее работы, обеспечивающий заданный отбор нефти

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ

ПЕРМСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ГОРНЫХ И НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫХ МАШИН 
 
 

Курсовая  работа на тему:

«Выбор  штанговой насосной установки и  режима ее работы, обеспечивающего  заданный отбор нефти» 

        
 
 
 
 
 
 

Выполнил:                                                                 

Проверил:                                                                       
 
 
 

       Пермь, 2012 

Содержание.

Введение………………………………………………………………………...…..3

    Станки-качалки……………………………………………………………………..4

    Устьевое  оборудование…………………………………………………………….6

    Штанги  насосные (ШН)………………………………………………………........7

    Скважинные  штанговые насосы…………………………………………………..9

    Правила  безопасности при эксплуатации  скважин штанговыми 

    насосами…………………………………………………………………………...13

Расчет распределения  давления по стволу скважины………………………….15

Расчет  и выбор оборудования………………………………………….…..........18

Заключение………………..………………………………………………………31

Список  литературы…………………..…………………...………………………32 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

Принудительный  подъем нефти из скважин с помощью  насосов является наиболее продолжительным  в жизни месторождения. Одним  из разновидностей этого способа  является добыча нефти установками  штанговых глубинных насосов (УШГН).

УШГН представляет собой поршневой насос одинарного действия, шток которого связан колонной штанг с наземным приводом – станком-качалкой. Последний включает в себя кривошипно-шатунный механизм, преобразующий вращательное движение первичного двигателя в возвратно-поступательное движение и сообщает его колонне штанг и плунжеру насоса. Подземное оборудование составляют: насосно-компрессорные трубы, насос, штанги, устройства для борьбы с осложнениями. К наземному оборудованию относится привод (станок-качалка), устьевая арматура, рабочий монифольд. 

        
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис . 1 Штанговая  насосная установка:

1 – станок-качалка; 2 – сальник устьевой; 3 – колонна  НКТ; 4 – колонна насосных штанг; 5 – вставной скважинный насос; 6 – невставной скважинный насос; 7 - опора

         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 выбрасывается из НКТ в рабочий манифольд (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.

Станки-качалки

 

Станок-качалка (рисунок 2), является индивидуальным приводом скважинного насоса. 

Рисунок 2 — Станок-качалка типа СКД

1 — подвеска устьевого штока; 2 — балансир с опорой; 3 — стойка; 4 — шатун; 5 — кривошип; 6 — редуктор; 7 — ведомый шкив; 8 — ремень; 9 — электродвигатель; 10 — ведущий шкив; 11 — ограждение; 12 — поворотная плита; 13 — рама; 14 — противовес; 15 — траверса; 16 — тормоз; 17 — канатная подвеска.

   Основные узлы станка-качалки — рама, стойка в виде усеченной четырехгранной пирамиды, балансир с поворотной головкой, траверса с шатунами, шарнирно-подвешенная к балансиру, редуктор с кривошипами и противовесами. СК комплектуется набором сменных шкивов для изменения числа качаний, т. е. регулирование дискретное. Для быстрой смены и натяжения ремней электродвигатель устанавливается на поворотной салазке.

Монтируется станок-качалка на раме, устанавливаемой  на железобетонное основание (фундамент). Фиксация балансира в необходимом (крайнем верхнем) положении головки осуществляется с помощью тормозного барабана (шкива). Головка балансира откидная или поворотная для беспрепятственного прохода спускоподъемного и глубинного оборудования при подземном ремонте скважины. Поскольку головка балансира совершает движение по дуге, то для сочленения ее с устьевым штоком и штангами имеется гибкая канатная подвеска 17 (рисунок 2). Она позволяет регулировать посадку плунжера в цилиндр насоса для предупреждения ударов плунжера о всасывающий клапан или выхода плунжера из цилиндра, а также устанавливать динамограф для исследования работы оборудования.

Амплитуду движения головки балансира регулируют путем изменения места сочленения кривошипа шатуном относительно оси вращения (перестановка пальца кривошипа в другое отверстие). За один двойной ход балансира нагрузка на СК неравномерная. Для уравновешивания работы станка-качалки помещают грузы (противовесы) на балансир, кривошип или на балансир и кривошип. Тогда уравновешивание называют соответственно балансирным, кривошипным (роторным) или комбинированным.

Блок  управления обеспечивает управление электродвигателем  СК в аварийных ситуациях (обрыв  штанг, поломки редуктора, насоса, порыв  трубопровода и т. д.), а также самозапуск СК после перерыва в подаче электроэнергии.

Долгое  время нашей промышленностью  выпускались станки-качалки типоразмеров СК. В настоящее время по ОСТ 26-16-08-87 выпускаются шесть типоразмеров станков-качалок типа СКД, основные характеристики приведены в таблице 1. 

Таблица 1

Станок-качалка	Число ходов балансира, мин.	Масса, кг	Редуктор
СКД3 — 1.5-710	5 ¸ 15	3270	Ц2НШ — 315
СКД4 — 21-1400	5 ¸ 15	6230	Ц2НШ — 355
СКД6 — 25-2800	5 ¸ 14	7620	Ц2НШ — 450
СКД8 — 3.0-4000	5 ¸ 14	11600	НШ —700Б
СКД10 — 3.5-5600	5 ¸ 12	12170	Ц2НШ — 560
СКД12 —3.0-5600	5 ¸ 12	12065	Ц2НШ — 560

 

В шифре, например, СКД8 — 3.0-4000, указано Д  — дезаксиальный; 8 — наибольшая допускаемая нагрузка на головку балансира в точке подвеса штанг, умноженная на 10 кН; 3.0 — наибольшая длина хода устьевого штока, м; 4000 — наибольший допускаемый крутящий момент на ведомом валу редуктора, умноженный на 10^-2 кН*м. АО «Мотовилихинские заводы» выпускает привод штангового насоса гидрофицированный ЛП — 114.00.000, разработанный совместно со специалистами ПО «Сургутнефтегаз».

Моноблочная конструкция небольшой массы делает возможным его быструю доставку (даже вертолетом) и установку без фундамента (непосредственно на верхнем фланце трубной головки) в самых труднодоступных регионах, позволяет осуществить быстрый демонтаж и проведение ремонта скважинного оборудования.

Фактически  бесступенчатое регулирование длины  хода и числа двойных ходов  в широком интервале позволяет  выбрать наиболее удобный режим  работы и существенно увеличивает  срок службы подземного оборудования.

Устьевое  оборудование

 

Устьевое  оборудование предназначено для  герметизации затрубного пространства, внутренней полости НКТ, отвода продукции  скважины, подвешивания колонны НКТ, а также для проведения технологических  операций, ремонтных и исследовательских  работ в скважинах.

В оборудовании устья колонна насосно-компрессорных труб в зависимости от ее конструкции подвешивается в патрубке планшайбы или на корпусной трубной подвеске.

Для уплотнения устьевого штока применяется  устьевой сальник типа СУС1 или СУС2 (рисунок 3.). 

Рисунок 3 — Устьевой сальник типа СУС1

1 — ниппель; 2 — накидная гайка; 3 — втулка; 4 — шаровая крышка; 5 — крышка головки; 6 — верхняя втулка; 7 — нажимное кольцо; 8, 10 — манжеты; 9 — шаровая головка; 11 — опорное кольцо; 12 — нижняя втулка; 13 — кольцо; 14 — гайка; 15 — тройник; 16  — болт откидной; 17 — палец. 

Арматура  устьевая типа АУШ-65/50х14 состоит из устьевого патрубка с отборником проб, угловых вентилей, клапана  перепускного, устьевого сальника и трубной подвески (рисунок 4).

Трубная подвеска, имеющая два уплотнительных кольца, является основным несущим звеном насосно-компрессорных труб с глубинным насосом на нижнем конце и сальниковым устройством наверху. Корпус трубной головки имеет отверстие для выполнения исследовательских работ.

Проекция  скважины поступает через боковое отверстие трубной подвески, а сброс давления из затрубного пространства производится через встроенный в корпус трубной подвески перепускной клапан. 
 

Рисунок 4 — Устьевая арматура типа АУШ

1 — отверстие для проведения исследовательских работ; 2 — сальниковое устройство; 3 — трубная подвеска; 4 — устьевой патрубок; 5, 8 и 9 — угловые вентили; 6 — отборник проб; 7 — быстросборная муфта; 10 — перепускной патрубок; 11 — уплотнительное кольцо.

Штанги  насосные (ШН)

 

ШН предназначены для передачи возвратно-поступательного движения плунжеру насоса (рисунок 5). Изготавливаются основном из легированных сталей круглого сечения диаметром 16, 19, 22, 25 мм, длиной 8000 мм и укороченные — 1000 - 1200, 1500, 2000 и 3000 мм как для нормальных, так и для коррозионных условий эксплуатации.

Рисунок 5 — Насосная штанга 

Шифр  штанг — ШН-22 обозначает: штанга насосная диаметром 22 мм. Марка сталей — сталь 40, 20Н2М, 30ХМА, 15НЗМА и 15Х2НМФ  с пределом текучести от 320 до 630 МПа.

Насосные  штанги применяются в виде колонн, составленных из отдельных штанг, соединенных посредством муфт.

Муфты штанговые выпускаются: соединительные типа МШ (рисунок 6) — для соединения штанг одинакового размера и  переводные типа МШП — для соединения штанг разного диаметра. 

Рисунок 6 — Соединительная муфта

а — исполнение I; б — исполнение II 

Для соединения штанг применяются муфты —  МШ16, МШ19, МШ22, МШ25; цифра означает диаметр  соединяемой штанги по телу (мм).

АО «Очерский  машиностроительный завод» изготавливает  штанги насосные из одноосноориентированного стеклопластика с пределом прочности не менее 80 кгс/мм². Концы (ниппели) штанг изготавливаются из сталей. Диаметры штанг 19, 22, 25 мм, длина 8000 ¸ 11000 мм.

Преимущества: снижение веса штанг в 3 раза, снижение энергопотребления на 18 ¸ 20 %, повышение коррозионной стойкости при повышенном содержании сероводорода и др. Применяются непрерывные штанги «Кород».

Скважинные  штанговые насосы

 

ШСН 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.

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 (рисунок 7). 

Рисунок 7 — Типы скважинных штанговых насосов