АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ПРИВОДОВ ШТАНГОВОГО ГЛУБИННОГО НАСОСА Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 622. 24

А.А. Петров

АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ПРИВОДОВ ШТАНГОВОГО ГЛУБИННОГО НАСОСА

Статья посвящена перспективам применения установок штанговых глубинных насосов в энергоэффективном исполнении. Одним из решений повышения энергоэффективности УШГН является замена традиционного привода станка-качалки на более современный, экономичный. Рассматриваются несколько видов приводов насосных установок: цепной, линейный, гидравлический. Каждый из рассмотренных приводов были представлены некоторые положительные и отрицательные стороны приводов ШГН.

Ключевые слова: Установка штангового глубинного насоса (УШГН), энергоэффективность, экономическая эффективность, нефть, малодебитовый фонд скважин, привод, межремонтный период (МРП).

Внедрение программ энергоэффективности и рационального использования ресурсов на предприятиях топливно-энергетического комплекса, привело к необходимости разработки методик уменьшения удельного расхода электроэнергии различных технологических процессов.

Известно, что самым энергоемким технологическим процессом на нефтедобывающих предприятиях является механизированная добыча нефти - на долю приводов скважинных насосов приходится до 60 % всей потребляемой предприятием электроэнергии [4].

Установки штанговых глубинных насосов (ШГН) используются в РФ достаточно широко, и нужно отметить, что, например, в США эксплуатация скважин при помощи ШГН является доминирующей.

Устаревшие на первый взгляд УШГН, в настоящее время широко подвергаются модернизации и выдерживают конкуренцию с ЭЦН и винтовыми насосами, в первую очередь за счет новых разработок в области приводов ШГН.[4] Исследования направлены на повышение энергоэффективности кинематических схем приводов установок штанговых глубинных насосов. Здесь следует отметить появление различных видов приводов: цепных приводов штанговых глубинных насосов, гидравлических и линейных.

Цель исследования: Анализ проблем приводов штанговых глубинных насосов.

Объект исследования: Привод установки штангового глубинного насоса.

Результаты и обсуждения:

Применение штанговых глубинных насосов нашло широкое применение при добыче малодебит-ных нефтяных скважин в РФ. В отличие от электрцентробежных и винтовых насосов, у ШГН меньше показатели по энергопотреблению. Принцип действия скважинной штанговой насосной установки заключается в следующем. Крутящий момент двигателя передается через трансмиссию механизму, преобразующему вращательное движение выходного вала двигателя в возвратно-поступательное движение колонны насосных штанг, и связанного с ними, плунжера насоса. При движении штанг вверх нагнетательный клапан закрыт, и плунжер поднимает вверх находящийся над ним столб жидкости, поступающей через боковой отвод устьевого сальника в выкидную линию скважины. Через открытый всасывающий клапан жидкость из скважины заполняет объем цилиндра насоса под плунжером.

При движении штанг вниз плунжер опускается в цилиндр насоса и всасывающий клапан под действием давления столба жидкости закрывается. Жидкость, содержащаяся в нижней част цилиндра, переходит через открытый нагнетательный клапан в верхнюю часть и, соответственно, в насосно -компрессорные трубы. Затем описанный цикл повторяется.

Наибольшей эффективности работы любой машины и оборудования возможно достигнуть при минимальной потере энергии при преобразовании. В ШГН подомным узлом можно считать привод. [4]

Безбалансирные длинноходовые приводы (Цепные) УШГН

© Петров А.А., 2018

Научный руководитель: Терентьев Алексей Николаевич - кандидат технических наук, доцент кафедры ТДУ, Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова, Россия.

1 - рама; 2 - э/двигатель;

3 - редуктор; 4,5 - звездочки, 6 - цепь; 7- каретка, 8- уравновешивающий груз; 9 - корпус;

10 - тормоз; 11 - канатная подвеска; 12 - канат; 13устьевой шток; 14 - сальник;

15 - устьевая арматура; 16-НКТ; 17 - штанг; 18 - насос; 19 -станция управления.

Рис. 1. УШГН с цепным приводом ЦП 60-3-0,5/2,5 [2]

Характерная особенность структурной схемы длинноходовых безбалансирных(ЦП) приводов - это отсутствие жесткой связи между силовым приводом и устьевым штоком в виде балансира. В длинноходовых приводах, в качестве замкнутых гибких звеньев применяют приводные роликовые цепи. [2]

Отмеченные особенности длинноходовых цепных приводов позволяют успешно использовать штанговые насосы при эксплуатации скважин с высоковязкой продукцией, высоким и средним дебитом. [6]

Все же цепной привод имеет свои недостатки [2]:

- Сложность подготовки привода для постановки на ремонт.

- Установка на ролики и откат ЦП происходит вручную.

- Большая сложность при обслуживании и ремонте привода.

- Устройство смазки цепи привода нуждается в доработке.

Линейный привод УШГН

Важным решением системы является применение новой кинематической схемы реечной передачи с непосредственным приводом на реверсивный асинхронный электродвигатель, обеспечивающий возвратно-поступательное движение штока насоса в широком диапазоне заданных параметров. [5]

Линейный привод УШГН разработанная в США компанией Unico Inc нашел применение во многих зарубежных нефтедобывающих компаниях. Установка линейного привода ШГН впервые в РФ была смонтирована на одной из скважин Красноярского месторождения ОАО «Оренбургнефть».

Устройства с линейным приводом выбирают для установки на новые скважины, для замены старых станков качалок, для скважин со снижающимся дебитом и скважин, на которых уменьшается эффективность УЭЦН.

штангодержател зуфчагал рейка

доачша

шестерки и ось

тщ

imnoummip

масляная ванна пшироаашйшгс*

асжцшьй элект^лвигатель

Рис. 2. Схема линейного привода ЬКР

Первые испытания линейного привода в Красноярском месторождении показали как преимущества, так и его недостатки. Основным преимуществом данного вида привода по сравнению со станком-качалкой является высокая мобильность обусловленная относительно малым размером, а также способом установки данного привода. Линейному приводу совершенно не нужен фундамент. Данный вид привода устанавливается прямо на устье скважины, что приводит к экономии затрат на обустройство фундамента, что нельзя сказать о традиционном приводе. На сооружение фундамента традиционного привода, станка-качалки, приходится примерно 20-30% от общей стоимости данного привода.

Интеллектуальный алгоритм контроллера станции управления, работающий на анализе ватметро-грамм, показал способность выдерживать режим наибольшей подачи насоса в границах технических характеристик подземного и наземного оборудования. Способность станции управления передавать не только текущую информацию, но и историю событий в режиме реального времени позволила оптимизировать процесс закачки химреагента для разрушения эмульсии.[5]

Также великолепные результаты система линейного привода показывает на скважинах с меняющимся притоком жидкости, при низких показателях заполняемости насоса, на скважинах с пескопрояв-лениями и с большим количеством ремонтов и коротким МРП. [6]

Основным и довольно серьезным недостатком является малая длина хода привода, по причине которой приходится применять режимы с повышенным числом качаний и увеличенным диаметром плунжера насоса. Такой режим снижает ресурс эксплуатации. [5]

Гидравлический привод ШСНУ

Принцип работы гидравлического привода основан на применении гидроцилиндра в качестве исполнительного механизма (Рисунок 3).

Рис. 3. Обустройство скважины гидроприводом УШГН «Гейзер»

Преимущества гидравлического привода: высокая мобильность, то есть возможность установки сразу после получения информации о новом коэффициенте продуктивности по результатам тестирования скважины после ГТМ, возможность регулирования производительности насоса в относительно широком диапазоне, что важно при несоответствии фактического дебита жидкости и планируемого после ГТМ, способность автоматической поддержки оптимальных параметров эксплуатации скважины и оборудования в условиях снижения притока жидкости из пласта. [3,6]

Заключение:

В условиях Удмуртской Республики основной фонд нефтяных скважин относится к низкодебито-вым и поэтому, применение энергоэффективного оборудования имеет существенное значение. Подбор и реализация экономных скважинных установок является приоритетной задачей. Применение одной из перечисленных проводов приведет значительному уменьшению потребления электроэнергии, металлоёмкости, а также повышению производительности труда.

Библиографический список

1.Валиулин Р.Н., Болтнева Ю.А. Применение пневмогидравлического привода ШГН В сборнике: Достижения, проблемы и перспективы развития нефтегазовой отрасли материалы Международной научно-практической конференции. Альметьевский государственный нефтяной институт. 2018. С. 383-389.

2.Валовский В.М., Валовский К.В. Цепные приводы штанговых скважинных насосов. - М.: ОАО «ВНИИО-ЭНГ», 2004. - 480с.

3.«Гидропривод штангового глубинного насоса». Патент № 2344319/ Кушин В.Т.. Публикация патента: 20.01.2009.

4.Ивановский В. Н. Энергетика добычи нефти: основные направления оптимизации энергопотребления // Инженерная практика. 2011. № 6. С. 18-26.

5. Линейный привод штангового насоса — LRP [Электронный ресурс]. URL: http://www.unicorus.com/ produc-tion/privodyi-shtangovyix-nasosov/lrp.html.

6. Эксплуатация штанговых насосных установок: Учебное пособие для вузов/Бикбулатова Г.И., Думлер Е.Б. -Альметьевск - Альметьевский государственный нефтяной институт, 2008. - 116 с

ПЕТРОВ АНДРЕЙ АНАТОЛЬЕВИЧ - магистрант, Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова, Россия.