Повышение ресурса работы штанговых насосов при

Н. А. Бычков,
к. т. н., технический директор
ЗАО «ЭЛКАМ-НЕФТЕМАШ»;
В. А. Краснов,
зам. главного конструктора
ЗАО «ЭЛКАМ-НЕФТЕМАШ»
Повышение ресурса работы штанговых
насосов при использовании дополнительного
оборудования (ПГ, АЗ, КТО)
Со временем усложняются условия работы подземного оборудова‑
ния практически по всем основным параметрам и, особенно, по кор‑
розионной агрессивности, пескопроявлениям, газовому фактору, вяз‑
кости, наличию асфальто‑смоло-парафинистых отложений (АСПО).
Поэтому, при поставках подземного оборудования для добычи
из скважин осложненного и часто ремонтируемого фонда, имеющих
низкую наработку на отказ, необходим индивидуальный подбор обо‑
рудования совместно с работниками нефтедобычи.
В этом направлении мы работаем с нефтяниками активно, и уже
сегодня можем предложить штанговые насосы с повышенной стой‑
костью в агрессивных средах, для добычи жидкости повышенной вяз‑
кости, при наличии значительного газового фактора, но даже такой
подход не всегда может гарантировать необходимый ресурс работы
штангового насоса без использования специальных устройств, ко‑
торые обеспечивают дополнительную защиту при монтаже и рабо‑
те оборудования.
ЗАО «ЭЛКАМ-НЕФТЕМАШ» уделяет большое внимание разработке
и изготовлению дополнительного оборудования, некоторые из них по‑
лучили широкое распространение, а именно:
Газопесочные якоря
Газопесочные якоря (рис. 1), устанавливаемые на приеме насоса. Спо‑
соб исключения (снижения) отрицательного влияния песка и газа при
добыче нефти штанговым насосом основан на теории неразрывности
аэрогидродинамической струи с изменяющимися направлениями, скоро‑
стными потоками, характером ее движения, способствующим активному
песко-газоотделению и предотвращению попадания на прием насоса.
1
2010‑2011
ЗАО «ЭЛКАМ-НЕФТЕМАШ»
Тангенциальный заход продукции скважины в корпус сепаратора
изначально задает струе нисходящее вращательное движение, скорость
которого в дальнейшем возрастает за счет движения по спирали, увели‑
чивающей путь прохождения потока.
При возникновении в потоке струи центробежных сил песок, удель‑
ный вес которого превышает удельный вес нефти (воды), формируется
у внешней стороны спирали, плотно прилегающей к внутренней сто‑
роне корпуса сепаратора. Нисходящий угол спирали (более 450) спо‑
собствует устойчивому естественному «течению» песка. Отделенный
от жидкости песок и сформировавшийся в самостоятельный поток,
на завершающем этапе своего движения по верхней стороне спирали
«затекает» в канал пескоотводящей трубки, длина которой обеспечи‑
вает выход песка в хвостовик ниже зоны влияния работы насоса.
Далее жидкость с газом, изменив направление, по приемному па‑
трубку поднимается вверх и, пройдя мимо рассекателя, снова изме‑
нив направление, опускается к приемному фильтру, а газ поднимается
выше и стравливается в затрубное пространство.
Размеры сепаратора и объем хвостовика определяются произво‑
дительностью насоса, его режимом работы, свойствами извлекаемой
жидкости, количеством песка и газовым фактором.
Использование газопесочных якорей, при наличии песка и газа
в скважине, позволит увеличить наработку на отказ штангового насо‑
са в 1,5…2 раза.
1
2
3
4
5
Рис. 1. Якорь газопесочный (ПГ-3)
1 – фильтр
2 – спираль песочная
3 – приемный патрубок ШГН
4 – патрубок песочный
5 – накопитель песка
Камера трубной окалины (КТО, рис. 2) (шламоуловители)
Положительный эффект применения КТО достигается тем, что при
опускании колонны НКТ и штанг с нижней частью автосцепа, окали‑
на, песок и другие механические частицы не попадают в верхнюю по‑
лость насоса, так как доступ туда перекрыт клапаном, расположенным
на штоке и посаженным на верхнюю часть патрубка КТО.
Во время работы насоса, при ходе плунжера вверх, клапан припод‑
нимается и без сопротивления пропускает поток жидкости. При оста‑
новках работы насоса клапан садится на верхнюю часть патрубка и за‑
щищает полость насоса. Механические частицы, как при опускании
колонны НКТ и штанг, так и при остановке насоса, попадают в коль‑
цевое пространство между удлинителем и патрубком.
Практически до нуля снижается вероятность заклинивания насоса
при запуске насоса в работу, уменьшается износ плунжерной и кла‑
панных пар, увеличивается наработка на отказ до 50 %.
Автосцепы (рис. 3)
Соединяют колонну штанг с плунжером насоса непосредственно
на глубине установки последнего. Положительный эффект от при‑
менения достигается тем, что цилиндр насоса опускают совместно
с плунжером, что исключает попадание механических частиц в ниж‑
нюю полость насоса (над всасывающим клапаном) и упрощает посад‑
ку плунжера в цилиндр. Кроме этого, исключаются возможные меха‑
нические повреждения плунжера.
Совместное использование автосцепа с камерой трубной окали‑
ны исключает попадание механических частиц во внутреннюю по‑
лость при монтаже и эксплуатации насоса с внутренней полости НКТ
со стороны устья скважины.
Автосцеп-расцеп (рис. 4)
Применяется при использовании трубного насоса, диаметр плун‑
жера которого превосходит внутренний диаметр колонны НКТ, кроме
этого может использоваться как предохранительное устройство ко‑
лонны штанг от перегрузки и порывов, например, при заклинивании
плунжера в цилиндре.
Соединение плунжера с колонной штанг осуществляют путем
свинчивания верхнего и нижнего узлов, что может быть произведено
2
ЗАО «ЭЛКАМ-НЕФТЕМАШ»
8
2010‑2011
1
1
2
2
7
2
1
5
3
6
5
3
4
4
а
6
5
3
6
4
7
8
Рис. 2. Камера трубной окалины
(КТО-7)
1 – корпус
2 – муфта НКТ
3 – наконечник
4 – патрубок
5 – клапан
6 – шток
7 – контргайка
8 – нижняя часть устройства
автоматического
захвата плунжера
Рис. 4. Автосцеп-расцеп (СР-1)
1 – ось центратора
2 – центратор
3 – корпус
4 – наконечник
5 – болт регулировачный
6 – контргайка
а – геликоидная резьба
Рис. 3. Автосцеп (АЗ-3)
1 – центратор
2 – корпус центратора
3 – контргайка
4 – пика
5 – стакан
6 – цанга
7 – корпус центратора
8 – центратор
3
2010‑2011
ЗАО «ЭЛКАМ-НЕФТЕМАШ»
при применении специальной верхней муфты НКТ цилиндра насоса и
специальной гайки на штоке плунжера. Рассоединение колонны штанг
от плунжера при демонтаже насоса осуществляют приложением за‑
данного растягивающего усилия к колонне, за счет упругих деформа‑
ций корпуса устройства.
Первоначальную настройку усилия рассоединения производят на
предприятии-изготовителе с учетом технических требований заказчи‑
ка. Настройку устройства возможно осуществить в пределах 6000…
9000 кг.
При возникновении проблем качественной сборки автосцепарасцепа на глубине скважины, рекомендуется совместное использова‑
ние с автосцепом (см. рис. 5).
Пример использования дополнительного оборудования с трубным
насосом ННШ.
Применение рассмотренного дополнительного оборудования,
с учетом оптимального выбора конструктивного и материального ис‑
полнения штангового насоса, в зависимости от конкретных условий
эксплуатации (дебит; обводненность; газовый фактор; вязкость; на‑
личие АСПО; пескопроявление; хим. агрессивность добываемой жид‑
кости и др. факторов) обеспечит устойчивую работу всего комплекса
оборудования штанговой добычи и гарантийный срок эксплуатации.
Рис. 5.
4