книги из ГПНТБ / Халилов А.А. Техника подземного ремонта нефтяных скважин

монте применяют новую современную технику, которая позволила максимально механизировать тяжелые ручные работы, увеличить долговечность подземного оборудова­ ния, повысить производительность труда.

В этой книге мы опишем состояние современной техни­ ки, предназначенной для подземного ремонта нефтяных скважин.

Г Л А В А II

ПОДЗЕМНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

При эксплуатации нефтяных скважин глубиннонасос­ ным способом применяется комплекс наземного и подзем­ ного оборудования.

К наземному оборудованию относятся:

1)станки-качалки;

2)групповые приводы;

3)сальники, полированный шток и т. д. К подземному оборудованию:

1)глубинные насосы;

2)глубиннонасосные защитные приспособления;

3)глубиннонасосные штанги;

4)насосно-компрессорные трубы.

1. ГЛУБИННЫЕ НАСОСЫ

Основным узлом в глубиннонасосной установке явля­ ется глубинный насос, который предназначен дЛя подъ­ ема жидкости из скважины на дневную поверхность.

Глубинный насос снабжен Цроходным поршнем. Насос состоит из цилиндра, рабочая поверхность которого обра­ зована чугунными или стальными втулками, в нижней части цилиндра неподвижно укреплен открывающийся кверху всасывающий клапан. В цилиндре насоса движет­ ся стальной плунжер, который получает прямолинейное возвратно-поступательное движение от станка-качалки при помощи насосных штанг. Внутри плунжера распола­ гаются один или два нагнетательных клапана, также от­ крывающихся вверх.

При ходе плунжера вверх при помощи насосных штанг всасывающий клапан открывается и жидкость (нефть), поступающая из скважины, заполняет освобождающееся

10

под плунжером пространство в. цилиндре насоса. Одно­ временно весь столб жидкости над плунжером по насос­ но-компрессорным трубам движется вверх и происходит выброс жидкости на устье скважины. При ходе плунжера вниз всасывающий клапан закрывается, нагнетательный открывается и плунжер перемещается в исходное положе­ ние. При следующем ходе плунжера вверх описанный процесс повторяётся.

Следовательно, жидкость глубинными насосами отка­ чивается при ходе плунжера вверх, а ход его вниз явля­ ется холостым.

Таким образом, жидкость из забоя скважины по ко­ лонне насосно-компрессорных труб поднимается на днев­ ную поверхность и затем вытесняется в выкидную линию, ведущую к отстойнику.

На промыслах применяются глубинные насосы с диа­ метром плунжера 28—120 мм.

В зависимости от способа спуска в скважину насосы делятся на две группы: невставные (трубные) и вставные. Спуск и подъем невставного (трубного) насоса значи­ тельно труднее, чем вставного. Невставной насос присое­ диняют к концу эксплуатационной трубы и постепенно наращивают всю колонну; затем плунжерный узел насоса на конце колонны штанг спускают в скважину и устанав­ ливают в цилиндре насоса.

.Так же длительна и трудоемка замена старого насоса новым. Для этого требуется поднять и разобрать сперва всю колонну штанг, извлечь плунжерный узел насоса из скважины, а затем разобрать всю колонну насосных труб и достать .насос.

Подъем и спуск в скважину насосных труб длителен и трудоемок, отнимает примерно в 4—5 раз больше вре­ мени, чем подъем и спуск насосных штанг.

С целью ускорения и удешевления ремонта нефтяных скважин были разработаны конструкции вставных на­ сосов.

Подъем и спуск вставного насоса производится бы­ стрее; операция эта не так трудоемка, монтаж прост. На­ сосы спускают в скважину в конце колонны насосных штанг и затем сажают на специальную муфту в конце эксплуатационной колонны. В случае необходимости ре­ монта или замены насос нетрудно выдернуть из муфты. *

Ниже приводим краткие сведения об основных типах

11

глубинных насосов — невставных НГН1 и НГН2 и встав­ ных НГВ1, выпускаемых отечественными машинострои­ тельными заводами в массовом количестве и нашедших широкое применение на нефтепромыслах СССР.

Насос НГН1 вертикальный плунжерный невставной одинарного действия с двумя шариковыми клапанами— всасывающим и нагнетательным. Этот насос предназна­ чен для эксплуатации нефтяных скважин, в жидкости, которых содержится небольшой процент песка и незна­ чительное количество свободного г§за.

Насос НГН2 вертикальный плунжерный невставной одинарного действия с тремя шариковыми клапанами— одним всасывающим и двумя нагнетательными. Насос предназначен для эксплуатации нефтяных скважин, в жидкости которых содержится небольшой процент песка и значительное количество свободного газа.

Нижний нагнетательный клапан предназначен для уменьшения вредного влияния газа. Для посадки и подъ­ ема узла всасывающего клапана с корпусом в насосе предусмотрено вместо обычного штока лбвильное приспо­ собление байонетного типа.

Насос НГВ1 представляет собой вертикальный плун­ жерный вставной насос одинарного действия с замковой опорой наверху. Он предназначен для эксплуатации неф­ тяных скважин, в жидкости которых содержится песок и незначительное количество свободного газа. Насос опу­ скается в скважину и устанавливается в жидкости на не­ которой высоте от забоя. Глубина спуска насосов обычно колеблется в пределах от 100 до 2500 м, иногда и более; дебит жидкости, извлекаемой из скважины глубинным насосом,—от; 100 кг до 400 тв сутки.

Качество глубинных насосов определяется продолжи­ тельностью их работы в скважине при сохранении удо­ влетворительного коэффициента наполнения. Степень износа устанавливается по работе пар: плунжер-втулка и седло-шарик. Средний срок службы насосов—два ме­ сяца. Срок службы насосов, работающих в песочных скважинах, нередко уменьшается до 10—15 дней; в сква­ жинах с чистой нефтью насосы иногда работают 6—12 месяцев и более.

Заводы-поставщики (машзавод им. Ф. Дзержинско­ го) изготавливают глубинные насосы невставные и встав­ ные нормального ряда по отраслевым техническим уело-

12

виям. Следует отметить, что в нормальный ряд глубин­ ных насосов под шифром НГН входят и другие их модификации.

2. КОНСТРУКЦИИ ГЛУБИННОНАСОСНЫХ ЗАЩИТНЫХ

ПРИСПОСОБЛЕНИЙ

Срок службы глубинного насоса может быть значи­ тельно удлинен путем применения защитных приспособ­ лений, служащих для предотвращения (или уменьшения) попадания в насос вместе с нефтью песка и газа. Такими приспособлениями являются фильтры и газопесочные якоря.

Фильтры бывают самой различной конструкции, чаще в виде патрубка с многочисленными мелкими отверстия­ ми, либо заполненного гравием, либо обмотанного мешко­ виной. Они имеют недостатки: часто засоряются и пре­ пятствуют продвижению нефти к насосу, что сильно сни­ жает отбор жидкости.

Более совершенными являются якоря, применяемые для защиты глубинных насосов от песка и газа. Для устранения вредного влияния газа применяют газовые якоря.

Принцип работы газовых и песочных якорей одинаков, он основан на уменьшении скорости движения и измене­ нии направления струи жидкости перед поступлением ее через всасывающий клапан в насос. Уменьшение скоро­ сти и изменение направления жидкости создают условия для отделения газа и песка от пластовой жидкости.

Конструкция якорей проста. Якорь состоит из двух кон­ центрических труб. Жидкость из забоя скважины попа­ дает в якорь через приемные отверстия и спускается по кольцевому пространству между трубами якоря, из жид­ кости пузырьки газа всплывают вверх и выделяются через верхние отверстия в затрубное пространство сква­ жин, откуда отсасываются.

Дегазированная нефть проходит во внутреннюю труб­ ку якоря и поднимается по ней к приемному клапану насоса.

Для того, чтобы якорь работал, средняя скорость дви­ жения струи по кольцевому пространству при ходе плун­ жера вверх должна быть меньше скорости всплывания

13

1

Резьбу на головке штанг можно получить двумя спо­ собами: нарезанием и накатыванием. Размер d0 при на­ катывании резьбы уточняется заводом-изготовителем в зависимости 6т пластических свойств металла штанг.

Г—головка штанги; Т—тело штанги; М—муфта соединительная

Таблица 4

16

На рис. 2 показаны муфты для соединения насосных штанг, размеры их приведены в таблице 5.

Пример условного обозначения муфты соединительной для глубиннонасосных штанг с а =19 мм—исполнения I:

Разрез поЛЛ

* Все размеры даны в мм.

Муфта соединительная МШГ19—I ГОСТ13877—68. То же, исполнения II:

Муфта соединительная МШГ19—II ГОСТ13877—68.

Профиль резьбы штанг и муфт к ним показан на рис. 3, размеры резьбы даны в таблице 6.

Таблица 6

Муфты к насосным штангам выпускают двух кон­ струкций: соединительные и переводные. Муфты каждой конструкции должны изготавливаться двух исполнений: I—с лысками, II—без лысок.

Муфты соединительные предназначены для соедине­

18

ния между собой штанг одинаковых размеров, а муфты переводные—для соединения между собой штанг разных размеров: штанги 16"—со штангами 19", штанги 19"— со штангами 22", штанги 22—со штангами 25".

Верхняя часть переводной муфты должна иметь резь­ бу для штанг с большим размером, а нижняя—с меньшим.

Муфты, как и насосные штанги, имеютбольшое зна­ чение для работоспособности штанговой колонны.

'' Во время работы в искривленных и наклонных сква­ жинах происходит износ наружной поверхности муфт, поэтому ее подвергают закалке токами высокой частоты.

Конструкция резьбы, обеспечивающая полное и герме­ тичное соединение муфт со штангами, исключает появле­ ние добавочных напряжений сжатия и изгиба. Здесь воз­ никают только напряжения от растягивающих усилий и предотвращается доступ к резьбе коррозионной жидкости.

Герметичность резьбовых соединений повышает рабо­ тоспособность штанговых колонн.

Наибольшей нагрузке при работе подвергается верх­ няя штанга. С целью уменьшения нагрузки, т. е. умень­ шения веса подвески штанговых колонн, в глубоких скважинах применяется ступенчатая конструкция ко­ лонны.

Штанговые колонны бывают одно-, двух- и трехсту­ пенчатые в зависимости от глубины эксплуатируемой скважины.

Выбор конструкции штанговых колонн, по данным И. Л, Фаермана (бывш. АзНИИ ДН), основан на допу­ стимом значении приведенного напряжения.

для штанг, изготовленных из углеродистой стали марки 40У; /Ср =9 кг/мм2 для штанг, изготовленных из легиро­ ванных сталей; Кр = 11 кгімм2 для штанг, изготовленных

Таблица 7

Глубиннонасосные штанги из углеродистой стали (ДпР = 7 кг/мм2)

* Применять только в виде опыта.

20