Приводы штанговых насосов

 

Станок-качалка - это балансирный индивидуальный механический привод штангового скважинного насоса. Его основными узлами являются (рис. 7.26) рама 13, стойка 3 в виде усеченной четырехгранной пирамиды, балансир 2 с поворотной головкой, траверса 15 с шатунами 4, шарнирно подвешенная к балансиру, редуктор 6 с кривошипами 5 и противовесами 14. Для обеспечения возможности изменения числа качаний стайки-качалки комплектуются набором сменных шкивов 7,10.

Станки-качалки выпускаются в двух исполнениях: СК и СКД, различающихся рядом конструктивных деталей. В шифре их типоразмера указываются важнейшие характеристики привода насоса. Например, обозначение СКЗ-1,2-630 означает: СК - вариант исполнения; 3 - грузоподъемность в тоннах; 1,2 - максимальная длина хода головки балансира в метрах; 630 - наибольший крутящий момент на валу редуктора в кг*м.

ГОСТ 5866—76 предусматривает изготовление станков-качалок 13 типоразмеров. Каждый тип станка-качалки характеризуется максимальными допускаемыми нагрузками на устьевой шток, длиной хода устьевого штока и крутящим моментом на кривошипном валу редуктора, числом двойных ходов балансира в минуту.

Балансир — из профильного проката двутаврового сечения; однобалочной или двубалочной конструкции. Головка баланси­ра - поворотная или откидывающаяся вверх. Для ее фиксации в рабочем положении в шайбе головки предусмотрен паз, в который входит клин защелки.

Опора балансира - ось, оба конца которой установлены в сферических роликоподшипниках. К средней части от квад­ратного сечения приварена планка, через которую опора ба­лансира соединяется с балансиром.

Траверса — прямая, из профильного проката. С ее помощью балансир соединяется с двумя параллельно работающими шатунами.

Опора траверсы шарнирно соединяет балансир с траверсой. Средняя часть оси установлена в сферическом роликоподшипнике, корпус которого болтами прикреплен к нижней полке балансира.

Шатун — стальная трубная заготовка, на одном конце которой вварена верхняя головка шатуна, а на другом — башмак. Палец верхней головки шатуна шарнирно соединен с траверсой. Палец кривошипа конусной поверхностью вставляется в отверстие кривошипа и затягивается с помощью гаек.

Кривошип - ведущее звено преобразующего механизма станка-качалки. В нем предусмотрены отверстия для изменения длины хода устьевого штока. На кривошипе установлены противовесы, которые могут перемещаться.

Редуктор типа Ц2НШ представляет собой совокупность двух пар цилиндрических шевронных зубчатых передач, выполненных с зацеплением Новикова.

Рис. 7.26 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

§3. Режим эксплуатации скважин, оборудованных ушгн

Длительная работа УШГН в скважине будет обеспечена грамотно подобранным режимом - системой следующих параметров: типоразмер насоса, глубина спуска, величина погружения под динамический уровень, длина хода и число ходов полированного штока, а также нагрузкой на колонну штанг.

Проектирование оптимального режима производится по данным исследования, на основании которых рассчитывают добывные возможности скважины Q_cn. Им должны соответствовать возможности оборудования.

На практике подбор оборудования для скважин производят на основании компьютерных программ. Однако при этом исключа­ется участие исполнителя в оценке процесса, тем более - во влиянии на него. Поэтому знать механизм подбора и при компьютерной технологии необходимо для получения наиболее квалифицированного результата.

Выбор оборудования для эксплуатации скважины УШГН:

1). Задается возможный дебит скважины Q или предельная величина забойного давления Р_заб исходя из практики эксплуатации скважин на данном месторождении. Дебит скважины определяет производительность насоса, которую можно выбрать по каталогу или определить расчетом. Но следует иметь в виду, что насосы на заводах испытывают на воде, а на практике они откачивают нефть и эмульсии, т.е. более вязкие жидкости. Это ведет к искажению данных. Поэтому в некоторых регионах строят

специальные стенды и испытывают насосы на жидкостях, приближенных по характеристике к реальной (например, на трансформаторном масле).

Также надо учесть, что производительность выбираемого на­соса должна компенсировать возможные утечки, которые неизбежны в клапанах, в зазоре между плунжером и цилиндром и в резьбовых соединениях труб.

Поэтому её намеренно выбирают несколько большей:

где Q_кат - производительность насоса по каталогу м³/сут;

2) Коэффициент подачи К_п выбирают по графической зависимости, построенной для данного месторождения в координатах давление на приеме Р - коэффициент подачи К_п (рис. 5.17)

Из неё видно, что вначале темп увеличения К_п высок и продолжает увеличиваться до 3,0 МПа, затем он замедляется. Поэтому выбирают давление на приеме в пределах 2,5-3,0 МПа, считая дальнейшее погружения под уровень неэффективным.

3) Производительность проектируемого насоса Q может быть рассчитана по следующей формуле:

где Д_пл- диаметр плунжера насоса, м; s - длина хода полированного штока, м; n- число ходов полированного штока в мин; 1440- число минут в сутках.

Далее следует выбрать основные параметры, входящие в формулу 5.2

При этом надо иметь в виду, что колонна штанг и станок-качалка более надежно при меньших динамических нагрузках, т.е. при минимальном числе ходов. Значит, чтобы сохранить проектную производительность, необходимо выбрать минимально допустимое для данной конструкции станка-качалки число ходов, увеличив до максимально возможного значения длину и диаметр насоса.

 

4). Рассчитывают величину динамического столба Н_дин при заданном значении забойного давления:

где р_ж- средняя плотность жидкости в скважине, кг/м³, опре­деляется по соотношению:

Здесь р_н, р_в- соответственно плотность нефти и воды в скважинных условиях, кг/м³; в_н, в_в - соответственно содержание не­фти и воды в жидкости, доли единицы.

5). Определяют глубину спуска насоса L

где h_дин - динамический уровень, м; h - величина погружения насоса под уровень жидкости в скважине, м.

Здесь Н_скв - глубина скважины, м; Н_дин - динамический столб

жидкости, который установится при заданном дебите (или забойном давлении).

Но для нормальной работы насос должен быть погружен в

насоса, Н; q2- вес 1 погонного метра штанг нижней ступени, Н; Ь- коэффициент потери веса штанг в жидкости.

 

где р - плотность жидкости, кг/м³; g - ускорение свободного па­дения, м/с² (g=9,81); L - глубина спуска насоса, м (см. формулу 5.6); F_пл - площадь сечения плунжера, м².

 

где r_ш и r_ж - соответственно плотность металла штанг и жидкости. Длина первой ступени штанг составит:

где fj - площадь сечения верхней степени, м²; q, - вес 1 пог. м. штанг верхней ступени, Н.

Если в результате расчета получится, что сумма первой и второй ступени окажется больше глубины спуска насоса, то длине первой ступени надо определить так:

 

7). Максимальное напряжение б_max в точке подвеса штанг
должно быть меньше допустимой величины для материала штанг,
МПа:

где Р_max - максимальная нагрузка в точке подвеса штанг (ТПШ), Н

 

Вес колонны штанг Р_ш, Н:

 

8). Максимальная нагрузка на головку балансира опреде­лится из формулы 5.17, и она позволит выбрать по каталогу ста­нок-качалку с расчетными (формула 5.2) параметрами s и n.