9. Основные показатели, характеризующие работу шсну

Основными показателями, характеризующими работу ШСНУ, являются: размер насоса, режим откачки, глубина спуска, глубина погружения насоса под уровень жидкости, герметичность клапанов насоса, герметичность НКТ, профиль ствола скважины и так далее.

Рассмотрим некоторые из основных показателей.

Суточная производительность определяется выражением:

,

где Q_теор – теоретическая производительность, м³/сут;

,

где F_н – площадь сечения плунжера насоса, м²;

S₀ – длина хода полированного штока, м;

n – частота качаний, мин^-1;

К_под – коэффициент подачи.

Коэффициент подачи учитывает различие в длине хода плунжера насоса и устьевого штока вследствие деформации штанг и НКТ, степень заполнения цилиндра насоса, утечки в насосе, влияние газа на запаздывание открытия нагнетательного клапана насоса, утечки в НКТ, изменение объема нефти при ее подъеме на поверхность в результате выделения газа и др.

В общем случае:

,

где К₁ – коэффициент, учитывающий утечки в НКТ;

К₂ – коэффициент, характеризующий изменение объема нефти при подъеме на поверхность (для безводных девонских нефтей значение этого коэффициента может быть принято равным 0,87, а для каменноугольных 0,96);

К₃ – коэффициент, учитывающий утечки в насосе. На эту величину в свою очередь оказывают влияние следующие показатели: высота подъема жидкости, группа посадки, кинематическая вязкость откачиваемой продукции, длина плунжера, диаметр плунжера, длина хода плунжера;

К₄ – коэффициент, учитывающий различие в длине хода устьевого штока и плунжера насоса.

K_нап – коэффициент наполнения насоса, равный отношению объема жидкости, поступившей в цилиндр насоса, к объему, описываемому плунжером при ходе вверх. Данная величина соответственно зависит от следующих факторов: газосодержание добываемой продукции, величина мертвого пространства, давление на приеме и выкиде насоса и др.

Совершенно очевидно, что практически все вышеперечисленные показатели зависят от физико-химических свойств добываемой продукции и кривизны ствола скважины. Утечки в насосе увеличиваются, а коэффициент подачи снижается с увеличением высоты подъема продукции и зазора в плунжерной паре насоса. Обратное влияние оказывает вязкость продукции, диаметр плунжера и скорость откачки, характеризуемая произведением длины хода на частоту качаний.

Относительная величина потерь хода плунжера насоса из-за деформации штанг увеличивается при увеличении диаметра насоса, глубины его подвески, снижении динамического уровня жидкости в скважине, уменьшении диаметра штанг и уменьшается с увеличением длины хода точки подвеса штанг. Для всех скважин предпочтительным являются режимы откачки с максимальной длиной хода. Увеличение числа качаний ведет в свою очередь к увеличению нагрузки на колонну штанг и выходу ее из строя по причине обрыва штанг.

10.Ответы на вопросы по самоподготовке.

1. Назначение скважинных штанговых насосов.

Глубиннонасосная эксплуатация нефтяных скважин применяется в тех случаях, когда естесвенной энергии пласта недостаточно для фонтанирования скважины.

2. Устройство наземного оборудования.

К наземному оборудованию относится привод (станок-качалка), устьевая арматура. Станок-качалка является индивидуальным приводом штангового скважинного насоса, опускаемого в скважину и связанного с приводом гибкой механической связью – колонной штанг.

3. Принцип действия скважинных штанговых насосов.

Для приведения в движение плунжера глубинного насоса над устьем скважины устанавливают специальный шатунно-кривошипный механизм, называемый станком-качалкой, который служит для преобразования вращательного движения вала электродвигателя в возвратно-поступательное прямолинейное движение колонны насосных штанг через канатную подвеску, полированный шток и колонну штанг.

При ходе плунжера вверх действием давления столба жидкости, находящейся в колонне насосно-компрессорных труб (НКТ), нагнетательный клапан закрывается, столб жидкости выше плунжера поднимается по НКТ, а часть поступает в выкидную линию. При этом под давлением столба жидкости, находящейся в затрубном пространстве между НКТ и обсадной колонной, всасывающий клапан открывается и жидкость заполняет цилиндр насоса.

При ходе плунжера вниз под действием веса столба жидкости в цилиндре и собственного веса всасывающий клапан закрывается. По мере движения плунжера вниз давление в цилиндре возрастает; когда оно становится выше давления столба жидкости, находящейся в НКТ, нагнетательный клапан открывается и жидкость из цилиндра перетекает в насосно-компрессорные трубы.

4. Преимущества и недостатки вставных и невставных насосов.

Применение НСН целесообразно в скважинах с большим диаметром, небольшой глубиной спуска и большим межремонтным периодом. Для смены насоса (цилиндра) необходимо извлекать штанги и трубы.

Для извлечения вставного насоса с целью ре­монта или замены достаточно извлечь только штанги, вместе с которыми поднимается и весь насос. Это является основным преимуществом вставных насосов перед невставными, поэтому глубина их спуска может быть значительно выше, чем у невставных насосов. В то же время, при одном и том же диаметре НКТ подача у вставных насосов всегда меньше, чем у невставных, так как диаметр вставного насоса меньше, чем диаметр невставного насоса. Это приво­дит к уменьшению производительности насоса.

5. В чем заключается принципиальное отличие вставных насосов от невставных?

6. Какие типы плунжеров производятся и каково их назначение?

Плунжеры насосов представляют собой стальную бесшовную трубу и могут быть нескольких типов:

7. с гладкой поверхностью;

8. с кольцевыми канавками;

9. с винтовой канавкой;

10. «пескобрей» с кольцевыми канавками и цилиндрической расточкой со скошенными концами в верхней части плунжера;

11. с накатной поверхностью;

12. манжетные.

Длина плунжеров для всех типов (кроме манжетных) равна 1200 мм.

Гладкие плунжеры предназначены для откачки жидкости, в которой не содержится песок. Если в жидкости содержится незначительное количество песка, то применяются плунжеры с кольцевыми и винтообразными канавками. Выносимый с жидкостью песок попадает в эти канавки и его истирающее действие на поверхность плунжера становится слабее.

В случае значительного содержания песка в откачиваемой жидкости применяют плунжер - «пескобрей», у которого нагнетательный клапан расположен в нижней части. Песок, оседающий на поверхности цилиндра, удаляется острой верхней кромкой плунжера, попадает во внутреннюю полость плунжера и в дальнейшем выносится потоком жидкости.

В настоящее время для эксплуатации нефтяных скважин применяют 3 вида плунжеров, использование которых зависит содержания в газожидкостной смеси различных механических примесей и песка:плунжер с гладкой внешней поверхностью для нефтей без механических примесей; плунжер с кольцевыми канавками-ловушками для нефтей с небольшим количеством песка; плунжер типа «пескобрей» для нефтей с большим содержанием песка .

7. Назначение кольцевых и винтовых канавок на плунжерах.

Если в жидкости содержится незначительное количество песка, то применяются плунжеры с кольцевыми и винтообразными канавками. Выносимый с жидкостью песок попадает в эти канавки и его истирающее действие на поверхность плунжера становится слабее.

8. Что такое «плунжер-пескобрей» и как он работает?

В случае значительного содержания песка в откачиваемой жидкости применяют плунжер - «пескобрей», у которого нагнетательный клапан расположен в нижней части. Песок, оседающий на поверхности цилиндра, удаляется острой верхней кромкой плунжера, попадает во внутреннюю полость плунжера и в дальнейшем выносится потоком жидкости.

9. Что такое "вредное пространство" и каково его влияние на производительность насоса?

Когда плунжер находится в нижней мертвой точке, между двумя клапанами остается значительное пространство, заполненное газированной жидкостью. С началом хода плунжера вверх всасывающий клапан от­крывается не сразу и часть цилиндра заполняется газом, выделяющимся из жидкости, уменьшая тем самым коэффициент наполнения насоса жидкостью. Это пространство называется вредным пространством. Наличие большого вредного пространства и является одним из основных недостатков насосов НСН1. Поэтому эти насосы применяются в скважинах, в продукции которых содержится незначи­тельное количество газа и песка.

10. С какой целью в некоторых насосах устанавливают по два

нагнетательных клапана?

Насосы НСВД эти насосы отличаются наличием на нижнем конце нижнего цилиндра дополнительного всасывающего кла­пана, что создает дополнительную камеру для сжатия газированной жидкости. Наличие такой камеры позволяет уменьшить вредное вли­яние газа на работу насоса и увеличить коэффициент наполнения нижнего цилиндра. Насосы НСВД применяются для откачки нефти с повышенным содержанием газа из средних и глубоких скважин.