Схема штанговой скважинной установки.

Прекращение или отсутствие фонтанирования обусловило использование других способов подъема нефти на поверхность, посредством штанговых скважинных насосов. Этими насосами в настоящее время оборудовано большинство скважин. Дебит скважин - от десятков кг в сутки до нескольких тонн. Насосы опускают на глубину от нескольких десятков метров до 3000 м иногда до 3200‑ 3400 м).

С точки зрения экономических возможностей ШСНУ могут обеспечить высо­кий напор в ограниченном диапазоне подач от 5 до 50 м³/сут. В области подач от 1 до 40 м³/сут ШСН имеют более высокий КПД по сравнению с другими способами добычи нефти и при подаче, равной 35 м³/сутки, он может достигать максимального значения (37 %). Однако, в некоторых случаях подача может достигать 200 м³/сут и глубины подвески насосов достигают 2500 м. Таким образом, ШСНУ хорошо приспособлены для работы в условиях малого дебита скважин, однако этот вид оборудования очень чувствителен к целому ряду осложняющих факторов, среди которых одними из самых весомых являются кривизна ствола скважины, обводненность продукции, нали­чие механических примесей. Непрерывное движение штанг вызывает усиленный износ штанговых муфт и, что особенно существенно, насосных труб.

ШСНУ включает:

а) наземное оборудование - станок-качалка (СК), оборудование устья, блок управления;

б) подземное оборудование - насосно-компрессорные трубы (НКТ), штанги насосные (ШН), штанговый скважинный насос (ШСН) и различные защитные устройства, улучшающие работу установки в осложненных условиях.

1 - станция управления; 2 - балансир; 3 - головка балансира; 4 - стойка; 5 - шатун; 6 - кривошип; 7 - редуктор; 8 - приво­дной двигатель; 9 - тор­моз; 10 - противовесы; 11 - металлическая рама; 12 - бетонный фунда­мент; 13 - канатная под­веска; 14 - траверсы; 15- полированный шток; 16 - устьевая арматура; 17 - колонна штанг; 18 -колонна НКТ; 19 - плун­жер насоса; 20 - на­гнетательный клапан; 21- всасывающий клапан; 22-цилиндр насоса; 23 –хвостовик

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.

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. 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.

Изменение длины хода полированного штока (перемещения головки балансира) осуществляется изменением радиуса кривошипа перестановкой шатуна, для чего кривошип имеет несколько отверстий.

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. Кривошип имеет устройство, позволяющее перемещать вдоль него противовесы, добиваясь наилучшего уравновешивания нагрузок, действующих в точке подвеса штанг

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.

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 возвратно-поступательного 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 гибким 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 п ередача 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 двухколодочной 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. Основная синхронная частота вращения - 1500 об/мин. Для получения необходимого числа ходов точки подвеса штанг могут быть применены электродвигатели с частотой вращения 750 или 1000 об/мин серии АОП.

Устьевая арматура имеет выкидной монифольд, монифольд затрубного пространства, а также сальниковое устрой­ство, через которое проходит полированный шток.

Подземное оборудование включает колонну штанг, предназначенную для передачи возвратно-поступательного движения головки балансира плунжеру глубинного насоса, а также для восприятия нагрузок, действующих на штанги в течение насосного цикла. Имеется колонна НКТ, на нижнем конце которой закреплен цилиндр насоса. Плунжер глубин­ного насоса имеет один или два нагнетательных клапана, а цилиндр насоса — всасывающий клапан. К приему насоса закреплен хвостовик.

Цилиндр скважинного насоса имеет различное конструк­тивное оформление, а внутренняя его поверхность тщательно обработана, равно как и наружная поверхность плунжера. Вме­сте они составляют пару трения.

Штанговые (глубинные) насосы по конструкции и способу установ­ки разделяются на две основные группы: невставные и вставные. В каждой из этих групп насосы из­готовляют различных типов, отли­чающихся конструктивными особен­ностями, габаритами, устройством плунжера.

Невставные насосы характерны тем, что их основные узлы (ци­линдр и плунжер) спускаются в скважину раздельно: цилиндр—на насосных трубах, а плунжер в сбо­ре с всасывающим и нагнетатель­ным клапанами—на штангах.

Подъем невставного насоса из скважины также осуществляется в два приема: сначала извлекают штанги с плунжером и клапанами, а затем трубы с цилиндром.

Вставной насос спускают в скважину в собранном виде (ци­линдр вместе с плунжером) на на­сосных штангах и извлекают его на поверхность также в собран­ном виде путем подъема этих штанг. Насос устанавливают и за­крепляют при помощи специального замкового приспособления, заранее спускаемого в скважину на трубах. В результате этого для смены вставного насоса (при необходимости замены отдельных узлов или насоса в целом) достаточно поднять на поверхность только насосные штанги, насосные же трубы остаются постоянно н скважине; их извлекают лишь при необходимости исправления замкового приспособления, что на практике бывает редко. Таким образом, смена вставного насоса требует значительно мень­ше времени, чем невставного, кроме того, при использовании такого насоса меньше изнашиваются насосные трубы, так как нет необходимости их спускать и поднимать, а также отвинчивать и завинчивать при каж­дой смене насоса.

Эти преимущества вставного насоса имеют особое значение при эксплуатации глубоких скважин, в которых спуско-подъемные операции при подземном ремонте занимают много времени.

1 - шток клапана; 2 - муфты; 3 - втулки; 4 - кожух; 5 - плунжер; 6 - нагнетательный клапан; 7 - захват клапана; 8 - крестовина; 9 - всасывающий клапан

Конструктив­ные схемы невставных (трубных) насосов: