книги / Нефтепромысловые машины и механизмы
..pdfа верхняя кромка скошена, при ходе его вверх под давлением столба жидкости в подъемных трубах утоненная часть плунжера несколько расширяется и, плотно прилегая к поверхности цилиндра, счищает («сбривает») с цилиндра прилегающие песчинки, чем уменьшается вероятность попадания в зазор твердых частиц (песка, окалины) и, следовательно, заклинивания плунжера.
’ AVYi'Vi' |
т а м " . |
il 1!
: ДУтУ7] TZZZZ^ZttZ?m 777777?b777777777777777777772
'ZSSSZZz77?7?7?7?77/7f7/7?7?77fA УГ7777?Т/7У7У7/7/777Т7>7тхттт7г.
а ш ш и ш ш ш ш а ш А ЛУЛУЛУ.
\ u j L U ^ / z / 7 b ; ; ; ; ? 7 ? S 7 ^ W / ; ; / / / 7 7 7 r / / / 7 7 7 7 7 .
7Z Z Z 2
1 |
\ |
V)\\ ч\ |
Рис. 40. Плунжеры глубинных насосов.
I — гладкий; I I — с кольцевыми канавками; I I I — с винтовой
канавкой; I V — пескобрей.
Кольцевые канавки на наружной поверхности плунжера служат емкостью для песчинок, попавших в зазор между плунжером и ци линдром, а также улучшают условия смазки трущихся поверхно стей нефтью, заполняющей эти канавки. Большое значение для нор мальной работы насоса в скважине имеет величина зазора между цилиндром и плунжером. Требуемый зазор зависит от высоты подъема откачиваемой ж и д к о с т и , ее свойств и температуры на глубине уста новки насоса.
Для возможности подбора насоса к работе в конкретных усло виях насосы выполняют по трем группам зазоров между цилиндром и плунжером.
I группа — зазор 20—70 мк (тугая посадка) для легкой нефти
ибольшой высоты подъема жидкости.
II группа — зазор 70—120 мк (средняя посадка) для масляни стой нефти с большим содержанием бензина и для средних глубин.
III группа — зазор 120—170 мк (слабая посадка) для очень вяз кой нефти и малой высоты подъема жидкости.
Клапаны. Клапаны глубинных штанговых насосов, как всасы вающие, так и нагнетательные, выполняют шариковыми (рис. 41).
Рис. 41. Клапанные узлы глубинных насосов.
а — насоса Н Г Н 1; б — насоса Н ГН2; |
в — насоса |
Н Г В 1; г — конструкции |
Костыченко; 1 — корпус; 2 — стакан; |
з — шарик; |
4 — седло; 5 — наконеч |
ник-конус. |
|
Седло клапана изготовляют из нержавеющей стали и подвергают за калке, придавая ему высокую твердость, но ниже твердости шара для возможности пригонки их друг к другу. Герметичности прилегания
Рис. 42. Узел замковой опоры.
1 — переводник; 2 — опорное кольцо; |
з — пружинный якорь; 4 — опорная муфта; |
5 — рубаш ка опоры; |
6 — направляющая муфта. |
шара к седлу придают особое значение, так как малейшая неплот ность приводит к промывке и быстрому разрушению клапана. Для достижения герметичности клапана шар тщательно притирают к седлу и герметичность проверяют при помощи вакуум-прибора.
Клетка клапана, в которой помещается шарик, имеет три окна для
протока жидкости.
Клапанный узел Костыченко (рис. 41, г), применяемый на промыслах Азербайджана, отличается конструкцией седла и формой
рабочей фаски под шар.
Клапанные узлы и детали унифицированы; в одних насосах их используют как всасывающие, в других — как нагнетательные в со
ответствии с их размерами. - Замковая опора. Замковая опора — это устройство, на котором
вставной насос подвешивается в колонне насосных труб (рис. 42). Опорное кольцо для большей износо- и коррозионностойкости изготовляют из нержавеющей легированной стали 3X13, а для при
дания твердости подвергают термической обработке.
§ 22. Подача штанговой насосной установки
Теоретическая подача глубинного насоса определяется объемом,, описываемым плунжером при его перемещении в цилиндре. Если обозначить диаметр плунжера через D (в м), длину хода через S (в м)7 число двойных ходов в минуту через п и плотность откачиваемой жидкости через Q (т/м3), получим теоретическую подачу насоса в т/сутки
QT = Q Sn-QO- 24. (1.37)
Однако фактическая подача меньше теоретической. К причинам* снижающим подачу насоса и зависящим от насоса, относятся утечки жидкости через зазор между плунжером и цилиндром и через не плотность нагнетательного клапана, из-за несвоевременного закры тия клапанов, потери от засасывания газа, несоответствия скорости перемещения плунжера скорости протекания нефти через всасываю щий клапан и др. Эти потери, происходящие в самом насосе, учи
тывают к о э ф ф и ц и е н т о м |
н а п о л н е н и я н а с о с а , |
пред |
ставляющим собой отношение |
фактического объема поступившей |
|
в цилиндр при всасывании жидкости к теоретическому объему, |
опи |
|
санному плунжером при его ходе вверх. |
|
Однако фактическая подача жидкости на поверхность может быть значительно меньше объема жидкости, поступающего в цилиндр насоса, вследствие потерь жидкости от негерметичности насосных тРуб, устьевого оборудования, всасывающего клапана, а также по терь от упругого удлинения и сокращения насосных труб и штанг* в результате чего истинная длина хода плунжера насоса отличается от длины хода точки подвеса штанг. Так как определить коэффи циент наполнения насоса не всегда возможно, то обычно о работе насоса судят по к о э ф ф и ц и е н т у п о д а ч и н а с о с а , учи тывающему все потери в установке и представляющему собой отно
шение фактической подачи глубинного насоса к его теоретической подаче:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(I. 38) |
где г] — коэффициент подачи |
|
насоса; |
(?ф — фактическая |
подача; |
|||||||
QT — теоретическая |
подача. |
|
|
|
насоса |
можно определить |
|||||
Истинную |
длину |
хода S nл плунжера |
|||||||||
по формуле |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
* |
» |
- |
* |
( |
! |
+ |
+ |
- £ ■ ) . |
(1.39) |
|
где S — длина хода точки подвески штанг в м; L — длина колонны |
|||||||||||
штанг в |
м; Н — расстояние от устья |
скважины |
до |
динамического |
|||||||
уровня |
жидкости в |
м; |
Е — модуль |
упругости |
материала |
штанг |
|||||
в кГ/см2; /шт — площадь |
поперечного |
сечения штанг |
в см2; /тр — |
||||||||
площадь поперечного сечения труб в см2; F — площадь поперечного |
|||||||||||
сечения |
плунжера в |
см. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Второй член правой части уравнения определяет потерю длины хода плунжера вследствие упругих деформаций штанг и труб от действия статических сил при работе насоса. Рассмотрим подроб ней этот вопрос.
Статические нагрузки Р ст, действующие в точке подвески колонны штанг к балансиру станка-качалки или на сальниковый шток, сла гаются из веса штанг Рши веса столба жидкости Рщ, действующего на плунжер насоса, и сил трения Р Тр плунжера в цилиндре и штанг о трубы.
При ходе плунжера вверх получим
-Рст Ршт Р Ж "Ь -Ртр*
Принимая длину колонны штанг L равной глубине до динами ческого уровня Н и пренебрегая силами трения Р т, получим
Рст — k q m^ L -f- qm Ly
где
Здесь к — коэффициент, учитывающий потерю веса штанг в жидкости; ум и уж — удельный вес металла штанг и жидкости в кГ/м3; qmт — вес 1 м штанг в кГ; qm — вес 1 м столба жидкости при основании F , равном поперечному сечению плунжера, в м2.
Колонна штанг постоянно растянута под действием собственного веса, равномерно распределенного по всей длине.
По закону Гука удлинение Д£шт колонны штанг пропорцио нально растягивающей силе Ршт и длине колонны L и обратно
пропорционально площади поперечного сечения штанг /шт и модулю
упругости Е.
Учитывая, что удлинение от веса штанг, равномерно распре деленного по всей колонне, равноценно удлинению от половины веса штанг, приложенного к концу колонны, будем иметь по закону
Гука |
д j |
Р |
_ |
kq-nviLL _ |
|
I? |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
2Ь]тт |
2^/шт мя |
2^/шт |
|
|
|
||||
|
|
|
|
Очевидно, |
что |
колонна |
насос |
||||
|
|
|
|
ных труб также будет постоянно |
|||||||
|
|
|
|
растянута под действием собствен |
|||||||
|
|
|
|
ного веса на величину ALTp. |
|||||||
|
|
|
|
Следует иметь в виду, что уд |
|||||||
|
|
|
|
линения штанг и труб от собствен |
|||||||
|
|
|
|
ного веса постоянны и не влияют |
|||||||
|
|
|
|
на изменение |
хода плунжера. |
||||||
|
|
|
|
Вес столба жидкости действует |
|||||||
|
|
|
|
периодически; для насосной |
уста |
||||||
|
|
|
|
новки это сосредоточенная нагруз |
|||||||
|
|
|
|
ка, приложенная к нижнему кон |
|||||||
|
|
|
|
цу колонны штанг при ходе плун |
|||||||
|
|
|
|
жера вверх и к нижнему |
концу |
||||||
|
|
|
|
колонны |
насосных труб при ходе |
||||||
|
|
|
|
плунжера вниз. При ходе плун |
|||||||
|
|
|
|
жера вверх колонна штанг нагру |
|||||||
В |
Б В Г |
Д |
Е |
жается |
весом |
столба |
жидкости |
||||
и удлиняется; в это же время ко- |
|||||||||||
Рис. 43. Схема упругих удлинений |
|||||||||||
донна насосных труб разгружает- |
|||||||||||
и сокращений штанг и труб. |
ся от веса столба |
жидкости и со |
|||||||||
|
|
|
|
кращается. |
При |
ходе |
плунжера |
вниз колонна штанг разгружается от веса столба жидкости и сокра щается, а колонна труб нагружается весом столба жидкости и удли няется. Эти изменения длин колонн штанг и труб вызывают несоот ветствие длины хода плунжера насоса длине хода сальникового штока.
На схеме (рис. 43) упругих удлинений и сокращений штанг и труб от периодически действующего веса столба жидкости в поло жении А плунжер находится в конце хода вниз, когда точка под веса штанг прошла путь S . Нагнетательный клапан открыт, и вес столба жидкости передается на всасывающий клапан, укрепленный на трубах; в результате этого трубы получили добавочное (к дей ствию собственного веса) упругое удлинение.
Положение Б соответствует началу хода плунжера вверх, когда нагнетательный клапан закрывается, вес столба жидкости пере дается на плунжер и штанги получают упругое удлинение, соответ
ствующее перемещению точки их подвеса из положения 1 в поло жение 2 на величину удлинения £шт, когда плунжер еще не пере мещается.
Одновременно с этим трубы разгружаются от действия веса столба жидкости и сокращаются на величину £тр, на которую они были растянуты к концу хода плунжера вниз. Поэтому точка подвеса штанг, перемещаясь из положения 2 в положение 3 на величину £тр, не приведет к перемещению плунжера относительно труб (цилиндра насоса) в силу равенства путей, пройденных точкой 2 и приемным клапаном (положение В). Перемещение плунжера вверх при откры том всасывающем клапане, когда происходит заполнение цилиндра насоса жидкостью, соответствует переходу из положения В в поло жение Г . Это перемещение — полезный ход плунжера ^пл; точка 4 соответствует крайнему верхнему положению точки подвеса штанг.
При ходе вниз (положения D и Е) нагрузка от веса столба жидко сти передается трубам, которые удлиняются на величину £тр (пере ход точки подвеса штанг из положения 4 в положение 5), а штанги разгружаются и сокращаются на величину imT (переход точки под веса штанг из положения 5 в положение б). При перемещении точки подвеса штанг вниз на величину гтр + гшт перемещения плунжера в цилиндре не происходит. Дальнейшее движение штанг вниз отве чает полезному ходу плунжера S njl в положение А. Величины упру гих деформаций imT и iTр от веса жидкости можно определить по закону Гука. Деформация штанг от веса жидкости
|
_ Р |
|
_ Q>KL2 |
|
|
||
ШТ“ |
Я/шт |
” |
E f mT |
|
|
||
Деформация труб от веса |
жидкости |
|
|
||||
|
,• |
_ |
ЯтЬ2 |
|
|
|
|
|
гтр” |
" ё ь |
|
|
|
||
Общая потеря хода плунжера за |
каждый |
рабочий цикл от |
|||||
упругих деформаций штанг |
и труб |
|
|
|
|||
i — ^шт |
^тр — |
ЯжЬ2 |
/шт |
|
(1.40) |
||
|
|
|
В |
v |
/тр |
||
При двухступенчатой колонне штанг |
|
|
|||||
ЯтЬ2 |
fiL |
-|— |
|
|
|
(1.41) |
|
|
\ |
|
|
/тр |
|||
Е |
|
|
|
/ |
где f ± и /2 — площади поперечных сечений штанг в см2; 1Х и |
— |
соответствующие длины ступений колонны штанг в м. |
|
§ 23. Ремонт, хранение и транспортировка глубинных насосов
Нормальная работа глубинного насоса в скважине в значительной мере зависит от его исправности; нарушение его нормальной работы происходит вследствие дефектов в насосе или применения его без учета условий, в которых он должен работать. Учитывая, что подъем насоса из скважины для устранения неисправностей связан со зна чительной затратой времени и остановкой работы скважины, каж дый новый или бывший в употреблении насос, поступающий в про мысловую мастерскую, должен быть до спуска в скважину тщательно проверен. Для насосов, бывших в употреблении, необходимо опреде лить, могут ли они быть повторно использованы или подлежат пред варительному ремонту.
В промысловых мастерских выполняют в основном мелкий и сред ний ремонт, т. е. восстанавливают изношенные детали или заменяют их новыми. При этом имеется в виду, что ремонт производят без разборки цилиндра, так как эта работа относится к категории капи тального ремонта. Ремонт цилиндра, требующий его разборки и смены втулок, связан с применением специальных приспособлений и контрольно-измерительных приборов, поэтому в промысловых ре монтных мастерских может производиться только персоналом соот ветствующей квалификации при наличии необходимых приспосо блений и приборов.
К работам, производимым в промысловых мастерских, относятся смена шарика и седла, клетки и других деталей всасывающего и нагнетательного клапанов. Иногда заменяют плунжер и целиком узел клапана. При каком-либо дефекте в теле патрубка-удлинителя или негерметичности резьбы патрубок заменяют. Кроме того, за меняют седло конуса и наконечник-конус. Если отсутствуют запас ной клапан и седло конуса с конусом, то восстанавливают старые детали. У вставных насосов дополнительно заменяют или ремон тируют посадочный конус, шток и детали узла замковой опоры. Мастерские, в которых производят ремонт глубинных насосов, долж ны иметь соответствующее оборудование и приспособления. К ним относятся верстаки с тисками и трубными зажимами и набором мед ных и деревянных плашек, ванны для мытья и сушки деталей, ме таллические щетки, обтирочные салфетки, штанги для очистки и смазки цилиндров, кисти для смазки деталей, масляный шприц и бак для масла, рым-штанга, пирамида для хранения плунжеров, стеллаж для храпения насосов, приспособления для притирки шари ков и седел, для проверки герметичности клапана и др.
Проверку и ремонт насосов НГН1 и НГН2, находившихся в ра боте, осуществляют следующим образом. Насос кладут одним кон цом на стойку, а другим — в трубный зажим. Поверхностным осмот ром проверяют, нет ли вмятин у кожуха и не искривлен ли патрубок. На резьбу клетки верхнего нагнетательного клапана навинчивают
силовым насосом жидкость проталкивает агрегат и запрессовывает его в седло. В результате этого рабочая жидкость направляется по каналам в гидравлический двигатель и приводит его в действие. Отработанная в двигателе и откачиваемая насосом из скважины
Рис. 45. Схема установки гидропоршневого насоса.
^ 7 v nn i^ eM насоса; 11 — Работа насоса; 1 — трубопровод к товарным емкостям; 2 — емкости о п™Ранения и отстоя Рабочей жидкости; з — всасывающий трубопровод; 4 — силовой насос
T D v ^ i^ J ? ^ ? roaTejieM; 5 — контрольно-регулирующ ие приборы; 6 — трап; 7 — выкидной туу^щ ровод, 8 — напорный трубопровод; 9 — оборудование устья скважины; 10 — колонна
ла^Дтв^ас0СН0”к0М11РесС0РНЬ1Х труб; 11 — колонна 4'' насосно-компрессорных труб; 12 — об-
*0JL0HHa; 13 — седло гидропорш невого насоса; 14 — гидропорш невой насос; 15 — садочный конус с муфтой; 16 — обратный клапан седла; а — рабочая жидкость; б — добы
ваемая жидкость; в — смесь отработанной и добытой жидкостей
жидкость поднимается по кольцевому пространству на поверхность земли и направляется по выкидному трубопроводу в трап, а з а т е м
впромысловую емкость. Часть этой жидкости используется в ка^ честве рабочей и закачивается через центральную колонну трУ® обратно в двигатель, а часть (добытая) — в товарную емкость. При необходимости извлечь погружной агрегат из скважины рабочую жидкость направляют при помощи крана головки устья скважины
вкольцевое пространство между колоннами труб, спущенных в сква жину. Эта жидкость попадает под погружной агрегат, выталкивает
его из седла и поднимает до устья скважины, где захватывается ло вителем и затем извлекается из колонны труб.
Для этой цели используют небольшую телескопическую мачту» смонтированную на фланце. Это позволяет обходиться без вышки, установленной над скважиной. Цилиндры двигателя и насоса выпол няют из втулок с азотированной внутренней поверхностью; плун жеры и шток хромируют. Ряд других деталей азотируют или хро мируют.
§ 25. Виды установок и их технические характеристики
Гидропоршневые насосы ГН выпускают ?для работы с чистой жидкостью (до 0,01% песка). Для условий работы, когда в откачи ваемой жидкости содержится песок (до 1 % по весу), выпускаются износостойкие гидропоршневые насосы ГИН, несколько видоизме ненные. Они имеют удлиненные уплотняющие поверхности в ци линдре и систему гидравлической защиты цилиндра и поршня на сосной части от износа. Для этой цели рабочая жидкость, обычно относительно чистая нефть, из цилиндра двигателя по пустотелому штоку подводится к плунжеру насоса, где попадает в кольцевую канавку на наружной поверхности плунжера. В результате превы шения давления рабочей жидкости над давлением в полости цилиндра насоса, рабочая жидкость выдавливается через зазор между плунже ром и цилиндром, обеспечивая хорошую смазку мест трения и преД-
|
Диаметр плун |
|
|
жера, мм |
|
Н асос |
|
двигателя |
|
насоса |
|
ГН-1 |
32 |
43 |
ГИН-1 |
32 |
43 |
ГИН-1 |
28 |
43 |
плун |
|
хода |
мм |
Длина |
ж ера, |
560
560
560
о |
§ |
|
К '«й |
||
о |
||
g s |
||
<50 |
||
р ^ |
* |
|
& |
||
ft св |
||
в |
||
О СГ |
л |
|
£ 5 |
И |
|
40 |
100о |
|
30 |
1700 |
|
20 |
200о |
Таблица S
опускаемоеД со держанием ехани ческихпримесей |
- |
|
весупо в добывае жидкости,-мой % |
Я |
|
|
|
«5 |
|
|
8 |
|
|
л |
|
|
я |
|
|
о |
|
|
V |
|
| |
|
0,01 |
45 |
|
До 1 |
49 |
|
» |
1 |
49 |