Штанговые глубинные насосы (шгн): конструкция, принцип работы, разновидности

ПРИНЦИП РАБОТЫ И ПРЕИМУЩЕСТВА ЛИНЕЙНОГО ПРИВОДА ШГН

Однако, несмотря на недостатки СК, применение УШГН остается весьма перспективным способом эксплуатации скважин, поскольку обладает высоким потенциалом снижения расходов на единицу извлеченной пластовой жидкости. Поэтому технологии, направленные на повышение эффективности работы УШГН, представляют особый интерес для нефтяников. Одна из относительно недавно появившихся на рынке технологий – линейный привод (ЛП) штангового глубинного насоса марки LRP. Это реечный привод, с помощью которого обеспечивается возвратно-поступательное движение штока глубинного насоса в скважине путем передачи вращательного движения от реверсивного асинхронного двигателя через редуктор и шестеренчатые передачи на зубчатую рейку, к которой крепится полированный шток (рис. 1). При каждом рабочем ходе стойка смазывается за счет погружения в полностью закрытую масляную ванну. А благодаря этой кинематической схеме реечной передачи движение штока может регулироваться в широком диапазоне заданных параметров.

Привод устанавливается на планшайбе фонтанной арматуры непосредственно на скважине. Дополнительных поддерживающих конструкций или фундамента не требуется.

В процессе эксплуатации ЛП электроэнергия потребляется только при ходе штока и насосных штанг вверх, а при ходе вниз электроэнергия, наоборот, вырабатывается и используется для торможения системы. Станция управления ЛП предназначена для автоматического регулирования режимов эксплуатации насосной установки в оптимальном диапазоне притока жидкости. В случае LRP функции управления приводом и мотором реализуются при помощи контроллера и программного обеспечения компании-разработчика системы (UNICO) на основании разработанной математической модели скважины. Это позволяет системе управлять параметрами добычи в реальном времени и автоматически подстраиваться под оптимальные режимы добычи без участия оператора.

Рис. 2. Система линейного привода Unicoна скважине Красноярского м/р

Основная информация

ID

308190392

Можно редактировать:
нет

Можно скрыть настройками приватности:
нет

Уникальный идентификатор пользователя, определяется при регистрации ВКонтакте.

Домен

id308190392

Можно редактировать:
да

Обязательно к заполнению:
нет

Можно скрыть настройками приватности:
нет

Домен служит для установки красивой запоминающейся ссылки на страницу пользователя ВКонтакте.

Имя

Пролд

Можно редактировать:
да

Обязательно к заполнению:
да

Можно скрыть настройками приватности:
нет

Фамилия

Лшгн

Можно редактировать:
да

Обязательно к заполнению:
да

Можно скрыть настройками приватности:
нет

Отчество

не указано

Можно редактировать:
нет

Обязательно к заполнению:
нет

Можно скрыть настройками приватности:
нет

ВКонтакте больше нельзя редактировать отчество для пользователей, у которых оно не было указано ранее.

Пол

женский

Можно редактировать:
да

Обязательно к заполнению:
да

Можно скрыть настройками приватности:
нет

Дата рождения

скрыта или не указана

Можно редактировать:
да

Обязательно к заполнению:
да

Можно скрыть настройками приватности:
да

ВКонтакте присутсвует возможность скрыть дату рождения полностью или частично (при этом будут отображены только день и месяц рождения).

АНАЛИЗ ДАННЫХ

Разработанный комплекс дает возможность анализировать данные, получаемые в процессе исследований. Так, если при запуске показатели давления обоих пластов были примерно равными, это говорит о том, что скважина в тот момент не работала раздельно, а работала просто как одновременная.

Следующий участок — это участок кривой установления давления (см. «Анализ результатов замеров, А»). По разнице в давлениях можно определять герметичность пакера. Дальше по этой кривой восстановления давления производятся расчеты рабочих характеристик обоих пластов.

На следующем участке виден процесс переподгонки насоса (см. «Анализ результатов замеров, Б»). Это делалось с целью обеспечить ОРЭ. Можно посмотреть динамограмму до и после переподгонки насоса. Вторая динамограмма уже имеет характерную ступеньку, и скважина начала работать именно в режиме ОРЭ.

На следующем участке видно, что произвели отключение одного из пластов (см. «Анализ результатов замеров, В»). Видно, что по одному пласту продолжается откачка, а другой пласт восстанавливается.

На следующих графиках представлены процессы, на которые мы обратили внимание (см. «Дополнительные возможности кабельных глубинных комплексов»)

В частности, при нахождении датчиков непосредственно под насосом наблюдаются достаточно большие колебания давлений, а при расположении датчиков уже ниже, возле кровли пласта — эти колебания менее заметны.

Дополнительные возможности кабельных глубинных комплексовОсновные технические характеристики кабельного глубинного комплекса СОЮЗ-ФОТОНОрганизация передачи информации по телеметрии к системам верхнего уровня КГК СОЮЗ-Т-ФОТОН-К-03-2Объемы внедрения кабельных глубинных комплексов на скважинах, оборудованных установками ОРЭ

Также на графиках отражена работа резистивиметра. Показания резистивиметра (удельное электрическое сопротивление и ее производная — проводимость) имеют сложную эмпирическую зависимость при обводненности от 0 до 70%. В интервале обводненности от 70 до 100% показания резистивимитера более надежны и соответствуют истинной обводненности. В связи с этим использование датчика резистивиметра в комплексе КГК СОЮЗ-ФОТОН возможно в качестве индикатора обводненности для осуществления контроля за динамикой обводненности.

В таблице представлены основные технические характеристики наших манометров и термометров (см. «Основные технические характеристики кабельного глубинного комплекса СОЮЗ-ФОТОН»). Далее показана схема передачи данных по телеметрии, которую мы реализовали для ОАО «Татнефть» (см. «Организация передачи информации по телеметрии к системам верхнего уровня КГК СОЮЗ-Т-ФОТОН-К-03-2»). В ПАО «Татнефть» весь фонд скважин с ОРЭ оборудован системой передачи данных по телеметрии, в связи с этим мы только подключаемся к имеющемуся каналу связи. В других случаях схема может быть иной, как например передача данных по GSМ.

В 2008 году производилось внедрение автономных кабельных комплексов, а с 2009 года внедряются неавтономные кабельные глубинные комплексы. На сегодняшний день в «Татнефти» внедрено 114 комплексов и еще 5 — в других компаниях (см. «Объемы внедрения кабельных глубинных комплексов на скважинах, оборудованных УОРЭ»).

На комплекс имеются разрешение на применение, сертификаты соответствия, также он внесен в реестр как средство измерения давления и температуры.

Срок поверки для нашего комплекса составляет 730 суток.

Показать выдержки из обсуждения

Разновидности

Несмотря на схожий принцип работы с нефтяным ресурсом, в семействе станков-качалок представлены разные модификации. Как уже отмечалось, наиболее популярным считается классический балансный станок, в котором предусматривается задняя фиксация шатуна, а также редуктор, подключаемый к раме с уравновешивателем. Но есть и альтернатива данному оборудованию. Это гидравлический штанговый насос, который крепится на верхнем фланце скважинной арматуры. К его особенностям и преимуществам относят исключение необходимости устанавливать фундаментную подушку. Это отличие имеет большое значение, если речь идет о разработке скважин в зонах вечной мерзлоты. Есть и другие особенности у гидравлических установок. В частности, они предполагают осуществление бесступенчатой регулировки длины, что дает возможность с большей точностью подбирать режимы эксплуатации оборудования.

АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ОПИ

Шесть месяцев работы УШГН с ЛП в рамках ОПИ позволили дать предварительную оценку технологии и подвести итоги испытаний:

1. Удалось сравнить эффективность работы LRP и СК в промысловых условиях. Удельное потребление электроэнергии LRP ниже, чем у СК (экономия до 20%), время монтажа наземного привода после ТКРС сократилось с 4 ч до 40 мин (табл. 3, 4).

2. За шесть месяцев эксплуатации не удалось в полной мере испытать режим «оптимизации» по причине невозможности увеличения ходов выше восьми в минуту из-за влияния вязкой эмульсии.

3. Коэффициент заполняемости насоса по данным GMC не снижался ниже 0,95.

4. За время испытания отказов погружного оборудования не было, насос НН-57 отработал до подъема по ГТМ 160 сут, тогда как прежний средний МРП составлял 94 суток. При этом следует отметить, что эксплуатация скважины осложнена повышенной КВЧ и образованием эмульсии. После заклинивания насоса и безуспешной промывки его удалось запустить дистанционно с использованием режима расклинки. Для профилактики заклинивания был установлен режим очистки насоса от песка Pump clean.

5. Была достигнута цель по уменьшению трудозатрат – сократилось время монтажа, а также выполнен перевод на дистанционное регулирование режима работы, что ранее для приводов ШГН было недоступно.

6. Также удалось организовать дистанционное получение отчетов как в виде трендов за день, неделю, месяц, так и в виде текстового отчета за любой день работы системы.

7. Успешно опробована возможность дистанционного управления из любой точки мира.

8. Запуск LRP в работу был проведен в зимнее время. В течение эксплуатации установки температура окружающего воздуха опускалась до минимального значения -34°С. Монтаж производился при температуре -23°С, никаких осложнений, связанных с температурой окружающей среды, не зафиксировано.

Таблица 3. Эффект от экономии электроэнергииТаблица 4. Эффект от сокращения сроков монтажа и времени ТО

За период эксплуатации по невыясненной причине произошел сбой настроек станции управления, что привело к остановке привода, которая, по всей вероятности, была связана с проводившимися в тот момент работами на трансформаторе. После перезагрузки ПО работоспособность была восстановлена.

Оценка экономической эффективности внедрения ЛП в рамках анализа результатов ОПИ на одной скважины была бы некорректной. Не позволяют выполнить оценку и короткие сроки подконтрольной эксплуатации.

Насос невставной с коротким цилиндром и длинным плунжером ННБКУ

В связи с повышением требований нефтедобывающих предприятий к оборудованию для добычи нефти, вызванных осложненными условиями его эксплуатации, «Пермская ком- пания нефтяного машиностроения» (ПКНМ) предложила новую конструкцию скважинно- го штангового насоса (СШН) – скважинный штанговый насос с коротким цилиндром, длинным плунжером, с неизвлекаемым увеличенным всасывающим клапаном и сбивным штифтом. Для различной подачи насоса разработаны модели ННБКУ-44 и ННБКУ-57, вы- полненные в соответствии с техническими условиями ТУ 3665-007-26602587-2013. В отличие от серийных насосов разработанная и внедренная в производство новая кон- струкция скважинного штангового насоса имеет ряд преимуществ: Работает в условиях с содержанием механических примесей более 1,3 г/л. Повышена стойкость к истиранию рабочей поверхности цилиндра за счет триботехни- ческих характеристик упрочненного слоя пары трения «цилиндр–плунжер». Повышена долговечность СШН за счет постоянного контакта плунжера и цилиндра, т.е. длина плунжера значительно превышает длину цилиндра, при этом механические примеси практически не заносятся в плунжерный зазор. Устранена проблема заклинивания плунжера в насосе из-за попадания механических частиц в плунжерный зазор. Увеличена стойкость к коррозии и износу плунжера, т. к. на его поверхности не проис- ходят диффузионные и адгезионные процессы в связи с отсутствием налипания механи- ческих включений, входящих в состав пластовой жидкости. Повышена ремонтопригодность, т.к. самая дорогая в стандартных насосах и быстроиз- нашивающаяся деталь насоса – цилиндр – может быть заменена на новую с меньшими затратами. Работает в условиях повышенной вязкости жидкости за счет оснащения увеличенным всасывающим клапаном. Обеспечивает простоту извлечения насоса из скважины благодаря сбивному штифту. Обеспечивает возможность значительно повысить межремонтный период и работо- способность насоса путем установки газопесочного якоря ЯГП2-105-2000 ТУ 3665-016- 26602587-2013. В настоящее время насосы эксплуатируются в Татарии, Башкирии, Казахстане и на Саха- лине. Новое оборудование ПКНМ позволило увеличить наработку в 1,5–2 раза в сравне- нии с базовым. (ПКНМ имеет патент на полезную модель.)п

АДАПТАЦИЯ К МЕНЯЮЩИМСЯ УСЛОВИЯМ ПРОМЫСЛА

Конструкции УВНП отличается рядом особенностей, которые обеспечивают адаптацию нашего оборудования к изменяющимся условиям промысла. Это, в частности, широкий диапазон регулирования производительности установки, в узком диапазоне изменения частоты вращения.

Работающее в составе «интеллектуальной скважины» оборудование должно обеспечивать необходимый диапазон изменения подачи установки. Данная установка это позволяет сделать. Высокий объемный КПД винтового насоса при регулировании производительности, изменении напора остается практически неизменным, благодаря чему нам не нужно учитывать регулировочные характеристики, что также упрощает процесс регулирования и подбора необходимых параметров.

Еще одна особенность — обеспечение максимального дебита скважин за счет минимального погружения под динамический уровень жидкости и создание постоянной депрессии на пласт.

И, наконец, оперативность изменения параметров работы за счет малой инерционности штанговой колонны при низких частотах вращения. Данный показатель важен потому, что если мы говорим о регулировании, то мы должны понимать, что технически эта задача решается достаточно простыми средствами без дополнительных отрицательных последствий.

Вращательный характер штанг, а не возвратно-поступательный, как у ШСНУ, также более предпочтителен при изменении характера движения, так как в этом случае снимаются очень многие проблемы, которые характерны для возвратно-поступательного движения.

Вариант оснащения «интеллектуальной» скважины с УВНП

Станки-качалки СКДР10

Технические характеристики станков-качалок балансирных типа СКДР10.

Типоразмер станка-качалки	СКДР10-3,5
Тяговое усилие на штоке, Н (т)	100000 (10)
Длина хода штока, м	1,6; 2,0; 2,4; 2,8; 3,5
Типоразмер редуктора	Ц2НШ-560-56	Ц3НШ-560-56
Диапазон частот качаний в минуту, при передаточном числе редуктора: 125 90 63 40	4,1 — 11,5	1,3 — 3,8 1,8 — 5,2 2,7 — 7,4 4,1 — 11,5
Мощности двигателя кВт, при передаточном числе редуктора: 125 90 63 40	30; 37	11 — 18,5 11 — 22 18,5 — 30 30 — 37
Диаметры шкивов, мм редуктора двигателя	900 200, 250, 280
Габаритные размеры, мм длина высота ширина	7580 6500 3100
Масса, кг, не более	18780

Назначение.

Станок-качалка СКДР10-3,5 предназначен для индивидуального механического привода штангового насоса нефтяной скважины, с нагрузкой на сальниковом штоке не более 100кН.

Краткое описание.

Станок-качалка СКДР10-3,5 разработан  с учетом лучшего зарубежного и отечественного опыта в

проектировании и эксплуатации данного вида оборудования. Основные кинематические размеры СКДР соответствуют размерам станков-качалок СКД (ОСТ 26-16-08-87).

Станок-качалка конструктивно представляет собой индивидуальный балансирный привод штанговых насосов, состоящий из редуктора и сдвоенного четырехзвенного шарнирного механизма, с роторным уравновешиванием, преобразующим вращательное движение кривошипов в вертикальное движение канатной подвески сальникового штока с прикрепленной к нему колонной насосных штанг.

Основным  узлом станка-качалки является цилиндрический, трехступенчатый  редуктор Ц3НШ-560-56 с шевронными передачами Новикова.

Число качаний (число двойных ходов) станка-качалки устанавливается соответствующим подбором:

  • частоты вращения двигателя;

  • диаметра ведущего шкива  на электродвигателе;

  • передаточного числа редуктора.

Изменение длины хода сальникового штока (плунжера штангового насоса) производится установкой пальцев нижних головок шатунов в соответствующие гнезда кривошипов (одинаковые с обеих сторон). Нижняя площадка с лестницей и кожухом ременной передачи — откидная для удобства обслуживания привода и замены двигателя.

Станок-качалка СКДР10 обладает следующими преимуществами по сравнению с выпускаемыми в России аналогичными типами станков-качалок:

• Обеспечивает оптимальный процесс нефтедобычи за счет расширения диапазона числа качаний в сторону их уменьшения. Станок-качалка  комплектуется цилиндрическим трехступенчатым шевронным  редуктором Ц3НШ-560-56. По желанию Заказчика возможна комплектация редуктором Ц2НШ-560.

• Снижает энергопотребление за счет применения электродвигателей меньшей мощности.

• Вид климатического исполнения У1, УХЛ1 по ГОСТ 15150-69.  Для климатического исполнения

УХЛ1 металлоконструкции станка-качалки выполнены из хладоустойчивой стали 09Г2С  ГОСТ 19281-89.

• Выходной вал редуктора оснащен ограничителями для предотвращения схода кривошипов.

• Тормоз колодочный оснащен фиксатором для стопорения кривошипов в заданном положении при обслуживании и ремонте станка-качалки.

• Тело балансира станка-качалки выполнено из двух, сваренных между собой двутавров, что  позволяет повысить жесткость сварной конструкции.

• Головка балансира расположена на одном пальце и в рабочем положении фиксируется пружинным фиксатором, расположенным на теле балансира.

• На крышках опоры балансира, опоры траверсы и нижних головок шатунов предусмотрены отверстия для закачки пластичной смазки, выхода старой смазки и удаления воздуха при шприцевании узлов.

• Предусмотрены защита клиноременной передачи и винта натяжения ремней от атмосферных

осадков.

• Натяжение ремней производится вертикальным перемещением электродвигателя с последующей фиксацией.

• Концы входного вала редуктора конические для облегчения съёма шкивов при обслуживании.

• Поставка осуществляется транспортными пакетами.

• Унификация отдельных узлов.

• Ограждение регулируемое по высоте в зависимости от конструкции фундамента.

• Все типоразмеры оборудования имеют минимальный удельный вес при оптимальном тяговом

усилии.

Скачать каталог в формате PDF

Электродвигатель

Электродвигатель является приводом станка-качалки.

Применяют трёхфазные, асинхронные во влагоморозостойком исполнении, мощностью от 4 до 40кВт. Кратности начального пускового и максимального момента электродвигателя и кратности пускового тока соответственно равны:
Мпуск/Мном = 1,8-2,0; Ммах/Мном

=2,2-2,5; 1пуск/1ном = 5,5-7,5. 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. Двигатели питаются

электроэнергией от промысловой сети напряжением 380 В через понижающие трансформаторные подстанции 6/0,4 кВ или 10/0,4 кВ.

Электродвигатели выполнены в искробезопасном исполнении.

Техническая характеристика электродвигателей.

Типоразмер
станка-качалки	Тип	Мощность, кВт
СКЗ-1,2-630	АОП2-41-4У2 или АОП2-42-6У2	4
	ЧА132М6У2 или ЧА13284У2	7,5
СК5-3-2500	АОП2-71-4У2 или АОП2-72-6У2	22
СК6-2,1-2500	ЧАР180М6У2 или ЧАР160МЧУ2	18,5
СК8-3,5-4000	АОП2-72-4У2 или АОП2-81-6У2	30
СК 12-2,5-4000	ЧАР200Ь6У2 или ЧАР180М4У2	30
СК8-3,5-5600	АОП2-41-4У2 или АОП2-42-6У2	40
СК 10-3-5600	ЧАР225М6У2 или ЧАР200М4У2	37

Заключение

Производители станков-качалок регулярно предлагают новые технологические решения для обеспечения процесса добычи нефти, однако о серьезных пересмотрах существующих концепций пока говорить не приходится. Дело в том, что нефтегазовое оборудование стоит дорого и многие заказчики неохотно меняют имеющийся парк техники. Тем не менее частичное обновление значительно устаревших компонентов все же происходит. Также наблюдается и тенденция перехода от балансирных станков к более совершенным гидравлическим. Это обусловлено именно стремлением к оптимизации работы существующей инфраструктуры. В итоге нефтедобывающие предприятия сокращают затраты на организацию и эксплуатацию оборудования, но в то же время не понижают качества целевого продукта.