Принцип работы шгн кратко

Обновлено: 08.07.2024

Наиболее распространенный способ добычи нефти – применение штанговых скважинных насосных установок (УШГН). Насосы спускают на глубину от нескольких со­тен метров до 2000 метров (в отдельных случаях до 3000 м). В скважине, оборудован­ной УШГН, подача жидкости осущест­вляется глубинным плунжерным на­сосом, который приводится в действие с помощью специ­ального привода станка-качалки (СК) посредством ко­лонны штанг.

Оборудование УШГН включает:

· Штанговый скважинный насос;

· Различные защитные устройства (газовый или песочный якорь, фильтр и т.д.).

Принцип работы УШГН

Электродвигатель через клиноремённую передачу и редуктор придаёт двум массивным кривошипам, расположенных с двух сторон редуктора, круговое движение. Крившипно - шатунный механизм в целом преобразо­вывает в возвратно-поступательное движение балан­сира, который враща­ется на опорной оси, укреплённой на стойке. Ба­лансир сообщает воз­вратно-поступательное движение канатной под­веске, штангам и плунжеру. При ходе плунжера вверх нагнетатель­ный клапан под действием жидкости закрывается и вся жидкость, на­ходящиеся под плунжером, поднимается вверх на высоту равную длине хода плунжера. В это время скважинная жидкость через всасы­вающий клапан заполняет цилиндр насоса. При ходе плунжера вниз всасывающий клапан закрывается, жидкость под плунже­ром сжима­ется, и открывается нагнетательный клапан. В цилиндр погру­жаются штанги, связанные с плунжером.

Таким образом, ШСН - поршневой насос однородного действия, а в це­лом комплекс из насоса и штанг - двойного действия.

В скважине, оборудованной УШГН, подача жидкости осуществляется глубинным плунжерным насо­сом, который приводится в действие с помо­щью специального привода СК посредством колонны штанг.

СК преобразует вращательное движение электродвигателя в воз­вратно-поступательное движение подвески штанг.

Краткая характеристика оборудования УШГН

2. Насосные штанги

Скважинные штанговые насосы (ОСТ 26-26-06-86) являются надеж­ным и экономичным эксплуатационным оборудованием нефтяных сква­жин, широко применяемых для отбора пластовой жидкости (смеси нефти, воды и газа).

Штанговые глубинные насосы (ШГН), применяются в скважинах:

· с дебитом от 5 до 150 м 3 /сут.;

· с глубиной спуска насоса до 2000м. и более;

· с газовым фактором до 150 м 3 /м 3 , при высоких газовых факто­рах применяются якоря (газосепара­торы);

· с содержанием механических примесей в добываемой жидкости до 100мг/л (насосы обычного исполнения) и до 1000мг/л (насосы специ­ального ис­полнения).

Насосы разделяются на невставные (трубные) и вставные.

Невставные насосы.

Цилиндр спускается в скважину на насосных трубах без плунжера. Плунжер спускается отдельно на насосных штангах. Плунжер вводится в цилиндр вместе с подвешенным к плунжеру всасывающим клапаном. Чтобы плунжер довести до цилиндра насоса без повреждений через трубы, последние должны иметь внутренний диаметр больше наружного диа­метра плунжера (примерно на 6 мм). Применение НСН целесообразно в скважи­нах с большим дебитом, не­большой глубиной спуска и большим межре­монтным периодом.

а - невставной насос с штоком типа НН-1; б - не­вставной насос с ло­вите­лем типа НН-2: 1 - нагнета­тельные клапаны; 2 – цилиндры; 3 – плун­жеры; 4 - патрубки-удлинители; 5 - всасывающие клапаны; 6 - седла кону­сов; 7 - захватный шток; 8 - второй нагнетательный клапан; 9 – ловитель; 10 - наконечник для захвата клапана; в - вставной насос типа НВ-1: 1 – штанга; 2 – НКТ; 3 - посадочный ко­нус; 4 - замковая опора; 5 – цилиндр; 6 – плун­жер; 7 - направляющая трубка.

Рисунок 2.8 – Сборочный чертёж невставного насоса

Вставные насосы.

Цилиндр в сборе с плунжером и клапанами спускается на штангах. В этом случае на конце насосных труб заранее устанавливается специальное посадочное устройство - замковая опора, на которой происходит посадка и уплотнение насоса.

В НН-1(рис 2.3, а) всасывающий клапан 5 держится в седле конуса 6 и соединен с плунжером 3 специальным штоком 7. Это позволяет при подъеме штанг, следовательно, и плунжера сразу извлечь всасывающий клапан 5. Такая операция необходима не только для замены или ремонта

клапана, но и для спуска жидкости из насосных труб перед их подъемом.

В насосах НН-2 (рис 2.3, б) - два нагнетательных клапана. Это суще­ственно уменьшает (на объем плунжера) объем вредного пространства и повышает коэффициент наполнения при откачке газированной жидкости.

Вставные насосы НВ-1 имеют один или два клапана, размещенные в верхней и нижней части плунжера.

Насосные штанги.

Для передачи возвратно – поступательного движения от привода к плунжеру скважинного насоса используется колонна насосных штанг. Она собирается из отдельных штанг, соединенных муфтами.

Насосные штанги представляют собой стержни круглого поперечного сечения с высаженными концами, на которых располагается участок квадратного сечения и резьба.

Штанги выпускаются диаметрами 16, 19, 22, 26, а допускаемое напря­жение для наиболее широко распространенных марок сталей составляет 70…130 МПа.

Глубинные насосы штангового типа, которые обозначаются аббревиатурой ШГН, представляют собой устройства, при помощи которых можно откачивать жидкие среды из скважин, характеризующихся значительной глубиной. Использование такого насосного оборудования является одним из наиболее популярных способов откачивания нефти: приблизительно 70 % действующих сегодня нефтеносных скважин обслуживают именно штанговые насосы.

Нефтяная скважина, оборудованная штанговым глубинным насосом

Конструктивные особенности и принцип действия

Основными элементами конструкции насоса штангового, который размещается в скважине на особой колонне, состоящей из подъемных труб, являются:

• цилиндрический корпус, во внутренней части которого устанавливается пустотелый поршень (вытеснитель), называемый плунжером;
• нагнетательный клапан, устанавливаемый в верхней части вытеснителя;
• всасывающий клапан шарового типа, который размещается в нижней части неподвижного цилиндрического корпуса;
• насосные штанги, соединенные с особым механизмом (качалкой) и плунжером и сообщающие последнему возвратно-поступательное движение (сама качалка, приводящая в действие скважинный штанговый насос (СШН), монтируется вне скважины – на поверхности земли).

Устройство штангового глубинного насоса

Принцип работы глубинных штанговых насосов достаточно прост.

1. При перемещении плунжера вверх в нижней части камеры насоса создается разрежение давления, что способствует всасыванию перекачиваемой жидкой среды через входной клапан.
2. Когда плунжер начинает движение вниз, всасывающий клапан закрывается под действием давления перекачиваемой жидкой среды, и она через полый канал поршня и нагнетательный клапан начинает поступать в подъемные трубы.
3. В ходе безостановочной работы штангового глубинного насоса перекачиваемая им жидкая среда начинает заполнять внутренний объем подъемных труб и в итоге направляется на поверхность.

Принцип действия ШГН

Основные разновидности

По своему конструктивному исполнению штанговые глубинные насосы могут быть:

Опускание в скважину вставных штанговых глубинных насосов, как и их извлечение из нее, осуществляется в собранном виде. Для того чтобы выполнить такую операцию, плунжер помещают внутрь цилиндра, и вся конструкция на насосных штангах опускается в шахту.

Типы насосов ШГН по способу крепления к колонне

Вставные ШГН также подразделяются на устройства двух видов:

• вставные насосы с верхним расположением замка (НВ1);
• насосы, замок которых располагается в их нижней части (НВ2).

Вставные устройства используют преимущественно для обслуживания скважин большой глубины, характеризующихся также небольшим дебитом откачиваемой из них жидкой среды. Использование таких насосов ШГН, для извлечения которых достаточно осуществить подъем штанг, с которыми соединена вся конструкция насоса, намного упрощает ремонт скважины, если в этом возникает необходимость.

Схема работы установки с ШГН

Для того чтобы поместить в скважину штанговый глубинный насос невставного типа, необходимо выполнить более сложные действия. В скважину сначала помещают цилиндр, для чего используют НКТ, а только затем, используя штанги, в уже установленный цилиндр опускают плунжер с клапанами. Извлечение штангового глубинного насоса данного типа также осуществляется в два приема: в первую очередь из цилиндра насоса извлекается плунжер с клапанами, а затем из скважины поднимается цилиндр с НКТ.

Невставные устройства также подразделяются на несколько категорий:

• насосные установки без ловителя (НН);
• невставные глубинные насосы с захватным штоком (НН1);
• невставные насосы с ловителем (НН2).

Глубинные штанговые насосы производятся различных типоразмеров и исполнений, в том числе по специальным заказам для работы в особых условиях

Среди перечисленных выше видов невставного оборудования наиболее популярными стали устройства, оснащенные ловителем (НН2). Объясняется высокая популярность последних тем, что механизм их опорожнения отличается простотой конструкции и, соответственно, большей надежностью в эксплуатации.

Выбор оборудования той или иной модели осуществляется в зависимости от конкретных условий эксплуатации, а также от характеристик жидкой среды, которую планируется откачивать с его помощью.

Скважинный штанговый насос исполнения НН2Б

Как читать маркировку

Для того чтобы определить, к какой категории относится глубинный штанговый насос, а также узнать, какими характеристиками обладает такое устройство, достаточно расшифровать его маркировку. Такая маркировка, расшифровка которой не представляет больших сложностей, выглядит следующим образом:

XХХ Х – ХX – ХХ – ХX – Х

Буквы и цифры, присутствующие в такой маркировке, последовательно обозначают следующие параметры:

• тип штангового насоса, который, как уже говорилось выше, может относиться к одной из следующих категорий: HB1, НВ2, НН, HH1, НН2;
• тип конструктивного исполнения цилиндра и конструктивные особенности устройства в целом;
• условный диаметр плунжера, измеряемый в мм (современные модели штанговых глубинных насосов по данному параметру могут относиться к устройствам следующих категорий: 29, 32, 38, 44, 57, 70, 95 и 102 мм);
• максимальный ход, который может совершать плунжер (для того чтобы узнать, на какое расстояние в мм перемещается плунжер, значение в маркировке необходимо разделить на сто);
• напор в м вод. ст., который способен обеспечить представленный глубинный насос (это значение в маркировке также необходимо разделить на сто);
• группа посадки (по степени увеличения расстояния, имеющегося между плунжером и внутренними стенками цилиндра, рассматриваемые устройства могут соответствовать одной из следующих групп посадки: 0, 1, 2, 3).

Группы посадок насоса в зависимости от величины зазора между цилиндром и плунжером

Конструктивные элементы

Работоспособность и эффективность использования глубинных насосов штангового типа определяют следующие элементы, присутствующие в их конструкции:

1. цилиндры, которые могут быть цельными или составными;
2. плунжеры (обыкновенные или типа пескобрей);
3. клапанные узлы шарикового типа, запорными элементами которых выступают седло и шарик;
4. якорные башмаки, используемые для закрепления в трубах НКТ штанговых глубинных насосов вставного типа (при установке таких элементов необходимо обеспечить герметизацию всасывающей полости насоса от нагнетательной).

Конечно, обязательным элементом конструкции штангового глубинного насоса является штанга – изготовленный из стали круглый стержень с высаженными концами. Основное назначение штанг, которые могут иметь различный диаметр (12, 16, 18, 22 и 25 мм), заключается в том, чтобы сообщать плунжеру возвратно-поступательное движение.

Насосная штанга и соединительная муфта

Поскольку в ходе работы глубинного насоса штанги испытывают серьезные нагрузки, для их производства используют высококачественные стали, а после изготовления подвергают нормализационному отжигу и закалке ТВЧ.

Штанговые насосные устройства в зависимости от конструктивных особенностей плунжера и цилиндра, а также от того, как расположен их якорный башмак, могут относиться к одной из 15 категорий.

На фото виден всасывающий клапан шарового типа, размещенный в цилиндрическом корпусе

Достоинства и недостатки

У глубинных штанговых насосов есть целый ряд преимуществ перед другими насосными устройствами:

1. высокое значение коэффициента полезного действия;
2. возможность выполнения техобслуживания и ремонта в полевых условиях;
3. применение двигателей различного типа;
4. возможность использования для обслуживания пескопроявляющих скважин, а также для перекачивания нефти, в которой есть газовая составляющая и большое количество нефтяного воска.

Как и у любых других технических устройств, есть у штанговых насосов и минусы:

Время чтения: 5 минут

Более 70% нефтяных шахт обслуживаются штанговыми насосами. Это простые в обслуживании и ремонте устройства с высоким КПД.

Основная задача штанговых насосов, ШГН, — откачивание жидкостей из скважин. При этом должен соблюдаться ряд параметров: температура перекачиваемой среды не более 130°С, обводненность по объему не больше 99%, вязкость до 0,3 Па*с, содержание свободного газа на приеме — до 25%, механических примесей — до 350 мг/л.

Прообразом современного ШГН был насос, который изобрел Томас Ньюкомен в 1712 году — изобретатель создал конструкцию для выкачивания из угольных шахт воды. Современные насосы, естественно, стали более технологичными: электричество заменило пар, сменился и принцип действия — вращательное движение преобразовалось в поступательное. Функцию привода штангового насоса выполняет станок качалка, который устанавливают на поверхности. По принципу действия устройство похоже на ручной велосипедный насос, который преобразует возвратно-поступательные движения в поток воздуха, — только в случае со станком-качалкой, возвратно-поступательные движения преобразуются в поток жидкости, поступающей на поверхность по насосно-компрессорным трубам.

Конструкция современных штанговых насосов включает подвижный плунжер, расположенный во внутренней части неподвижного цельного цилиндра, установочные и присоединительные детали, замок (для вставных насосов), нагнетательный клапан в верхней части плунжера, всасывающий клапан шарового типа.

Принцип действия ШГН

Плунжерный насос (цилиндр с пустотелым поршнем внутри) спускают на колонне подъемных труб в скважину. В верхней части плунжера находится нагнетательный клапан, а в нижней части статичного цилиндра — всасывающий клапан. Плунжер подвешивается на колонне насосных штанг, которые от установленного на поверхности станка-качалки передают плунжеру возвратно-поступательное движение.

Когда плунжер идет вверх, жидкость из скважины через всасывающий клапан поступает в цилиндр насоса — это происходит из-за разницы в давлениях. Когда плунжер идет вниз, давление жидкости под плунжером закрывает всасывающий клапан, и жидкость из цилиндра направляется в подъемные трубы. Непрерывная работа насоса перегоняет жидкость сначала в подъемные трубы, а затем на поверхность.

Разновидности ШГН

Все разнообразие штанговых насосов, представленных на современном рынке, можно условно разделить на две большие группы:

1. Вставные. Делятся, в свою очередь, на НВ1 и НВ2. В первом случае замок располагается в верхней части, во втором — в нижней. Насосы из этой категории применяются преимущественно для скважин большой глубины с небольшим дебитом откачиваемой жидкой среды. К преимуществам такого варианта можно отнести также относительно простой ремонт скважины при необходимости — чтобы извлечь вставные насосы из скважины, нужно просто поднять штанги.

2. Трубные (невставные). Установка глубинных насосов невставного типа представляет собой достаточно сложную процедуру. Цилиндр с помощью насосно-компрессорной трубы помещают в скважину, после чего, используя штанги, в цилиндр опускают плунжер с клапанами. Извлекают из скважины трубный насос также в два этапа: сначала вытаскивают плунжер с клапанами из цилиндра, и только после этого из скважины поднимают цилиндр с насосно-компрессорной трубой. Трубные насосы делятся на несколько разновидностей: без ловителя (НН), с ловителем (НН2), с захватным штоком (НН1). НН2 — наиболее популярный тип насосного оборудования, благодаря простой конструкции механизма их опорожнения, большей надежности в эксплуатации.

ШГН: достоинства, недостатки, сфера применения

ШГН используются для подъема жидких сред из скважин с больших глубин. Это объемные машины, что определяет их свойства — жесткость характеристики, относительно небольшие величины подачи, независимость от подачи давления.

Если говорить подробнее, глубинные штанговые насосы имеют достаточно длинный спектр преимуществ перед другими типами насосных устройств — это:

• высокий КПД;
• возможность использования двигателей разного типа;
• простота техобслуживания и ремонта, в большинстве случаев обслуживающие и ремонтные работы возможны в полевых условиях. Особенно просты в обслуживании и ремонте вставные штанговые насосы, гильза и плунжер которых размещаются внутри колонны скважины — извлечь их можно без необходимости демонтажа колонны труб;
• возможность обслуживать пескопроявляющие скважины, перекачивать нефть с газовой составляющей и большим количеством нефтяного воска.

Не обошлось и без минусов. Глубинные штанговые насосы не могут использоваться в искривленных, горизонтальных скважинах, с осторожностью их применяют в глубоких шахтах — чем более глубокой будет скважина, тем выше риск обрыва штанг.

Сфера применения — откачивание жидких сред из глубоких скважин. ШГН — наиболее востребованное оборудование при откачивании нефти: примерно 70% нефтеносных скважин, действующих сегодня, обслуживаются штанговыми насосами. Остальные 30% эксплуатируются через фонтанный подъем нефти за счет пластовой энергии (фонтанирование может быть естественными из-за давления в пласте или искусственным — за счет закачки жидкости или газа в скважину), или газлифтный подъем (если для подъема жидкости не хватает импульса, в скважину с поверхности закачивают недостающее количество газа).

Штанговое глубинное гидрооборудование используется для того, чтобы обслуживать очень глубокие скважины. Примером отрасли, в которой достаточно широко распространено применение такого гидрооборудования, является нефтедобывающая промышленность. Именно штанговые глубинные насосы зачастую применяются для откачивания нефти.

Конструкция и принцип работы штанговых глубинных насосов

Конструктивно штанговое насосное оборудование вне зависимости от конкретного типа устройства, как правило, состоит из ряда общих элементов:

1. Особого цилиндрического корпуса, внутри которого находится плунжер.
2. Специального нагнетательного клапана.
3. Всасывающего клапана.
4. Насосных штанг, соединенных между собой специальным устройством.

Принцип работы штанговых глубинных насосов весьма прост. С помощью плунжера, который создает определенное разрежение давления, происходит всасывание жидкости. С началом движения этого устройства вниз жидкость начинает поступать в систему с помощью подъемных труб. Если идет безостановочная работа глубинного оборудования, жидкость заполняет все подъемные трубы и только затем поступает в систему на поверхности.

Типы штангового глубинного оборудования

Конструктивное исполнение позволяет разделить глубинное насосное оборудование такого типа на несколько разновидностей:

1. Вставные штанговые насосы. Такие насосы погружаются в шахту источника и извлекаются из нее только в собранном виде. Подобное оборудование обслуживает скважины большой глубины с очень небольшим дебитом откачиваемой жидкости. Осуществление ремонтных работ штанговых насосов данного типа не вызывает затруднений, что также выступает в качестве их преимущества. Вставные штанговые насосы также можно условно разделить на 2 вида в зависимости от места расположения замка: снизу или сверху.
2. Невставные штанговые насосы. Установка данного насосного оборудования требует выполнения сложных действий. Погружение и извлечение невставного штангового насоса осуществляется в 2 этапа. Такое оборудование также разделяется на несколько типов:

• насосная установка без специального ловителя;
• невставной глубинный насос с захватным штоком;
• невставной глубинный насос с ловителем.

Помимо различий в конструкции штанговые глубинные насосы могут иметь весьма большую разницу в размерах, обусловленную спецификой применения устройства и требований к нему. Также существует возможность изготовления штанговых глубинных насосов по специальному заказу, что позволяет создать устройство, обеспечивающее возможность работы в особых условиях.

Невставное насосное оборудование с ловителем имеет большую популярность из-за того, что отличается простой конструкцией и высоким уровнем надежности при использовании.

На выбор насосного штангового оборудования влияют конкретные условия применения, характеристики жидкости.

Категория штангового насоса и технические характеристики указаны в виде специальной маркировки на изделии, с помощью которой отражены все основные характеристики и параметры устройства.

Детали конструкции

Уровень эффективности и степень работоспособности в ходе применения глубинного насосного оборудования зависят от различных специальных устройств.

В процессе работы глубинного гидрооборудования штанги испытывают очень сильные нагрузки, что диктует особые требования к их производству. Они должны быть выполнены из высококачественной стали с последующим нормализационным отжигом. Также выполняется закалка ТВЧ. От того, какой установлен плунжер и цилиндр, от расположения якорного башмака зависит категория насосного штангового оборудования.

Плюсы и минусы штанговых насосов

По сравнению с другими типами разнообразного насосного оборудования штанговые насосы обладают определенными преимуществами и недостатками.

1. Высокая эффективность.
2. Легкость технического обслуживания и проведения ремонтных работ.
3. Можно использовать для работы двигатели разных видов.
4. Можно использовать для обслуживания пескопроявляющих источников, перекачивания нефти, имеющей газовые составляющие.

1. Невозможность использования в скважинах различной глубины. Возрастает риск обрыва штанг в зависимости от глубины скважины.
2. Невысокий уровень подачи, обеспечиваемый данными насосами.
3. Нельзя использовать для обслуживания различных скважин имеющих большой наклон и высокую степень искривления.
4. Нельзя использовать для обслуживания источников, которые имеют горизонтальный тип.

Выбор подходящего штангового глубинного гидрооборудования зависит от многих факторов и параметров, которые во многом влияют на эффективность и долговечность его применения.

Читайте также:

  
• Принципы музейной педагогики кратко
  
• Основные морские течения северного ледовитого океана кратко
  
• Исследование в практике управления кратко
  
• Особенности работы воспитателя доу с детьми с нарушением зрения презентация
  
• Операционная система os 2 кратко