Конструктивные особенности длинноходовых скважинных насосных установок

Длинноходовые скважинных насосные установки (ДСНУ) для добычи нефти, разработанные и практически освоенные в настоящее время за рубежом, имеют ряд отличительных особенностей. Во всех установках используется грузовой тип уравновешивания, для практической реализации которого при­меняются дополнительные устройства: мачта или шурф. По­этому все рассматриваемые приводы ДСНУ по конструктив­ному признаку можно разделить на две группы: высокопро­фильные (мачтовые) и низкопрофильные.

Колонна штанг пере­мещается с помощью каната, троса или ленты, ремня или цепи, намотанных на барабан, реверсивно вращаемый электродви­гателем через редуктор или с приводом от гидромотора. Уп­лотнение полированного штока в установках мачтового типа расположено так же, как у обычных ШСНУ, а в установках с шурфом — в верхней части колонны труб или не­посредственно над скважинным на­сосом.

Одна из первых ДСНУ мачтового типа была изготовлена фирмой Oilwell под шифром 3534. Наверху мачты (на высоте 15,7 м) размещаются два ба­рабана, вращающихся на одном валу (рис. 7.45). На одном барабане ка­нат удерживает подвеску колонны штанг; а на втором — поддержива­ется контргруз при движении вверх и вниз вдоль мачты. Вал барабана приводится во вращение редуктором с приводом от электродвигателя, так­же смонтированного наверху мачты, что делает установку более компакт­ной, но затрудняет ее монтаж и об­служивание. Конструкция барабана обеспечивает плавное изменение на­правления движения полированного штока, что позволяет избежать пи­ковых нагрузок на вал электродвига­теля [15, 16].

 

Рис 7.45. ДСНУ мачтового типа фирмы Oilwel

 

Установка фирмы Oilwell имеет следующие технические характеристики:

 

Максимальная длина хода, м.................10,36

Подача насоса, м³/сут......................100—200

Напор, м....................................................1500

Число ходов в минуту...................................5

Потребляемая мощность, кВт............56—112

Масса установки, т..........................14,7—16,4

 

По данным фирмы, применение установок обеспечивает: со­кращение количества аварий со штангами из-за уменьшения знакопеременных циклов нагружения; снижение динамических нагрузок благодаря большой длине хода и постоянной скорости движения штанг; лучшие показатели при перекачке вязкой жид­кости; более низкие пиковые крутящие моменты, увеличение срока службы скважинного насоса; высокий коэффициент ис­пользования мощности; полную автоматизацию работы систе­мы.

Фирмой «Axelson» разработанны ДСНУ мачтового типа с высотой мачты 30 м. Цилиндр скважинного насоса установки состоит из четырех соответственно обработанных, хромирован­ных труб длиной 7,2 м каждая, соединенных специальными муф­тами [16].

 

Технические характеристики установки

 

Максимальная длина хода, м......................24

Подача насоса, м³/сут...................................70

Число ходов в минуту................................... 3

 

В результате испытаний установок получено сокращение ко­личества обрывов штанг, увеличение срока службы скважинно­го насоса, удешевление процесса подземного ремонта, так как для проведения спуско-подъемных операций использовался соб­ственный привод.

Типичными представителями ДСНУ мачтового типа являют­ся установки фирмы Маре (рис. 7.46). Основу привода составля­ет мачта высотой до 16 м в зависимости от типа и назначения установки. Связь между полированным штоком, двигателем и контргрузом осуществляется канатом. В качестве привода в ус­тановке используется гидродвигатель с низкой частотой вращения. Работу гидродвигателя обеспечивает малогабаритный насос с регулируемой подачей и электродвигатель. Применение гид­родвигателя обеспечивает плавное регулирование хода полиро­ванного штока, снижение динамических нагрузок на колонну штанг и увеличение сроков службы оборудования.

 

Рис. 7.46 ДСНУ фирмы Маре

1 — электродвигатель; 2 — вал; 3 — насос; 4 — гидролинии; 5 — лебедка; 6 — гидромотор; 7 — мачта; 8 — контргруз; 9, 10 — канат; 11 — траверса; 12 — полированный шток; 13 — устьевой сальник; 14 — колонна штанг; 15 — НКТ; 16 — цилиндр насоса; 17 — плунжер; 18 — фильтр.

 

 

Технические характеристики

 

Максимальная длина хода, м.............2,5—10

Подача насоса, м³/сут.........................80—300

Напор, м...........................................400—1500

Число ходов в минуту...........................0,5—5

Потребляемая мощность, кВт......37,3—167,8

Масса установки, т...........................7,9—31,5

 

Наибольший эффект достигается при эксплуатации устано­вок на континентальном шельфе.

ДСНУ мачтового типа, разработанная в АзИНмаше, содер­жит электромеханический привод с реверсивным электродвига­телем, установленным на мачте. Уравновешивание установки обеспечивается с помощью контргрузов, перемещающихся по направляющим мачт, длина хода плунжера 6—10 м, грузоподъ­емность установки 8—10 т. Установка обеспечивает эксплуата­цию и ремонт скважины без применения агрегата для подземно­го ремонта.

Высокопрофильные (мачтовые) ДСНУ (фирмы Маре, Oilwell и др.) предназначены для работы с устьевым штоком и сальни­ком обычной конструкции. К их достоинствам относятся: отсут­ствие дополнительного шурфа для противовеса, возможность применения противовесов из железобетона, проведения ремон­та скважин без применения агрегата для подземного ремонта. Недостатками мачтовых ДСНУ являются большие удельные масса и габариты, сложность обслуживания, ограничение хода плун­жера 10—12 м. Последнее обстоятельство сильно снижает эф­фективность применения ДСНУ с мачтовым приводом и поэто­му более перспективными с точки зрения получения максималь­ного эффекта являются установки с низкопрофильным приво­дом и гибким тяговым органом, длина хода плунжера которого практически не ограничена.

С целью уменьшения габаритов привода установки ряд фирм отказались от использования мачт, а контргруз был опущен в шурф, специально пробуренный рядом со скважиной. Типич­ным представителем такой установки является установка Alpha-1 (рис. 7.47) фирмы Bethlehem Steel.

Барабан лебедки приводится во вращение через стандартный редуктор трехфазным асинхронным двигателем мощностью 40 кВт. Направление вращения двигателя механически переключается при движении плунжера насоса вверх и вниз. Особенность этой уста­новки в том, что барабан лебедки снабжен спиральным желобом для троса или эксцентриками, благодаря которым трос увеличи­вает свой пробег и которые позволяют изменять радиус барабана в конце каждого хода плунжера, снижать скорость, а, следова­тельно, инерционные нагрузки. Эксцентриковая система намот­ки троса позволяет изменять величину крутящего момента на валу двигателя и тем самым обеспечивать плавную остановку подвес­ной системы и реверсирование ее движение в конце каждого хода. В течение периода времени, когда плунжер движется по инерции вниз, двигатель выключен и включение его для обеспечения об­ратного движения происходит только тогда, когда инерционные нагрузки полностью снимаются. В результате такая установка полностью сбалансирована, и двигатель в течение почти всего хода плунжера потребляет постоянную мощность.

Рис. 7.47. ДСНУ Alpha-I фирмы Bethlehem Steel

1 — полированный шток; 2 — трос; 3 — направляющий шкив; 4 — эксцентрики; 5 — барабан лебедки; 6 — контргруз