Файл: Основные сведения о разработке нефтяных и газовых залежей.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 17.03.2024
Просмотров: 132
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
части шатуны сочленяются с траверсой, в средней части которой располагается подшипник, соединяющий ее с балансиром. Он представляет собой массивную балку двутаврового сечения, опирающуюся на подшипник, установленный в верхней части пирамиды. На противоположном конце балансира располагается головка, на которой предусмотрен желоба для тросов канатной подвески. Дно желоба представляет собой часть цилиндрической поверхности, ось которой совпадает с осью вращения балансира. Благодаря этому возвратно-качательное движение балансира преобразуется в возвратно-поступательное движение канатной подвески, перемещающейся по вертикали.
Головка соединена с траверсой с помощью шарнира, позволяющего ей при освобождении специальной защелки поворачиваться в сторону (на станках-качалках новых конструкций) либо откидываться вверх (на старых конструкциях). Шарнирное соединение головки с балансиром обусловлено необходимостью освобождать пространство над устьем скважины для размещения оборудования при подземных ремонтах и беспрепятственного перемещения над устьем скважины талевого блока, крюка и элеватора, а также всех инструментов и приспособлений, применяемых при подземном ремонте.
Для изменения длины хода штанг в кривошипах имеется несколько отверстий, в которые в зависимости от требуемой длины хода вставляются пальцы кривошипов. Изменение числа качаний достигается изменением передаточного отношения клиноременной передачи — заменой шкивов на больший или меньший диаметр.
Параметры станков-качалок — максимальное усилие в точке подвеса, длина хода штанг, габариты и масса — регламентируются ГОСТ 5866—76.
Подвеска служит для удержания навесу колонны штанг и соединяет устьевой шток с головкой балансира станка-качалки. Она позволяет регулировать расположение штанг по высоте и служит для установки динамографа — прибора для исследования работы внутрискважинного оборудования.
Подвеска состоит из верхней и нижней траверс (рис. 11.5). На нижнюю траверсу усилие передается от тросов канатной подвески
34
Рис. 11.5. Канатная подвеска устьевого штока:
1— нижняя траверса; 2 — зажимы каната; 3 — винт; 4 — верхняя траверса; 5 — клиновой зажим; 6 — муфта; 7 — канатная петля
через их заделку. Нижний конец корпуса заделки упирается в верхнюю траверсу, в средней части которой через отверстие пропущен устьевой шток, зафиксированный с помощью клиновой подвески. Для изменения его положения относительно траверсы освобождают верхнюю гайку и перемещают подвеску вниз относительно предварительно зафиксированного устьевого штока. При этом плашки поднимаются и освобождают шток. По окончании регулировки положения штока закручивают гайку, при этом плашки опускаются вниз и захватывают его. Для обеспечения надежного контакта штока с плашками рабочая поверхность последних имеет специальную насечку, вершины зубцов которой при восприятии осевого усилия внедряются в поверхность штока. Два винта служат для подъема верхней траверсы при установке динамографа.
Оборудование устья скважины служит для удержания колонны насосно-компрессорных труб, отвода пластовой жидкости, поднимающейся по трубам в промысловую сеть, герметизации внутренней полости НКТ и затрубного пространства.
Одна из возможных конструкций (рис. 11.6) включает в себя фланец 1, навернутый на эксплуатационную колонну, к которому болтами присоединена планшайба 2. В планшайбе имеются каналы 3, соединяющие затрубное пространство с вентилем. Через центр планшайбы проходит насосно-компрессорная труба, ввернутая в муфту 4, на которой располагается тройник 5. Его боковое ответвление служит для отвода продукции скважины в нефтепромысловый коллектор, а на верхней части навинчен корпус сальника 6 устьевого штока 7.
В процессе работы балансирного станка-качалки может нарушиться соосность канатной подвески и устьевого сальника вслед-
Рис. 11.6. Оборудование устья скважины, эксплуатируемой ШСН
Рис. 11.7. Сальник устьевой: 1 — ниппель; 2 — гайка накидная; 3 — втулка; 4 — крышка шаровая; 5 —крышка головки; 6 — втулка верхняя; 7 — коль
цо нажимное; 8, 10 — манжеты; 9 — головка шаровая; 11 — кольцо стопорное; 12 — втулка нижняя; 13 — кольцо; 14 — гайка; 15 — тройник; 16 — болт откидной; 17 — палец
А-А
Муфта соединительная
Рис. П.8. Штанга насосная с муфтой
ствие неточности изготовления головки балансира, монтажа станка-качалки, постепенного смещения станка-качалки относительно устья скважины и т. п. При этом нарушается герметичность устьевого сальника. Для уменьшения последствий от нарушения соосности применяют устьевые сальники с самоустанавливающейся головкой (рис. 11.7), имеющей шарнирное соединение корпуса сальника с тройником. Зазор между корпусом и устьевым штоком уплотняется набором разрезных манжет, поджимаемых нажимным кольцом. По мере износа манжет при появлении утечки сальник подтягивается вращением крышки головки. Во время регулировки уплотнения не следует чрезмерно затягивать его, поскольку при увеличении контактного давления между уплотнением и поверхностью устьевого штока ухудшаются условия их смазки и уплотнение будет перегреваться.
Для подъема пластовой жидкости на поверхность и удержания штангового скважинного насоса применяют насосно-компрессор-ные трубы, используемые для фонтанной или газлифтной эксплуатации.
Насосно-компрессорные трубы в скважинах, эксплуатируемых с помощью штанговых скважинных насосов, несут большую нагрузку, чем при фонтанном или компрессорном способах эксплуатации. Помимо растягивающих усилий, обусловленных собственным весом, они подвержены нагрузке от веса заполняющей их жидкости, а в случае обрыва штанг и от веса оборванной части колонны. В искривленных скважинах трубы подвергаются трению штанговых муфт и сами трутся об эксплуатационную колонну.
Для обеспечения высокой долговечности труб необходимо их свинчивать со строго определенным крутящим моментом.
Условный диаметр трубы, мм . . Крутящий момент, Н • м. . . . .
48 60 73 89 102 114
500 800 1000 1300 1600 1700—2000
Наиболее часто при штанговой эксплуатации используют трубы с условным диаметром 60, 73, 89 мм.
Для привода плунжера скважинного насоса используют штанги длиной 8 м четырех номинальных диаметров тела штанги: 16, 19, 22 и 25 мм (рис. 11.8). Концы штанг имеют утолщенные головки с квадратным сечением для захвата специальными ключами
при их свинчивании и развинчивании. Штанги соединяются специальными штанговыми муфтами.
Кроме штанг нормальной длины выпускают укороченные штанги длиной 1; 1,2; 1,5; 2; 3 м для регулировки длины всей колонны, которая должна обеспечивать перемещение плунжера в цилиндре скважинного насоса в заданных пределах. В противном случае при подходе к нижнему положению плунжер будет ударяться о дно цилиндра, подходя к верхнему — выскакивать из цилиндра или же выдергивать весь насос из замка (в зависимости от конструкции насоса). Верхний конец колонны штанг заканчивается устьевым штоком — штангой большого диаметра, поверхность которой обработана с высоким классом чистоты. Устьевой шток проходит через устьевой сальник и соединяется с канатной подвеской.
В зависимости от условий эксплуатации применяют штанги с различными прочностными характеристиками. Для их изготовления используются стали марки 40 или легированные хромом, никелем, молибденом с термообработкой и последующим поверхностным упрочнением токами высокой частоты.
Штанги, расположенные в верхней части колонны, более нагружены, и в скважинах, оборудованных скважинными насосами малых диаметров, их обрывы наиболее часты в верхней части колонны. При использовании насосов больших диаметров штанги в нижней части колонны при ходе их вниз сжимаются и теряют прямолинейную форму. В результате этого увеличивается частота раз-] рушений колонны в нижней части, появляются самоотвороты резьбовых соединений. В подобных случаях прибегают к установке нескольких тяжелых штанг или труб, вес которых выбирают таким образом, чтобы усилия в любом сечении колонны штанг были, растягивающими.
При спуске колонны штанг резьбовые соединения должны строго соответствовать рекомендуемым.
Диаметр штанг, мм 16 19 22 25
Крутящий момент, Н-м. . . . 300 500 700 1000
Свинчивание штанг с меньшим крутящим моментом приводит
к увеличению вероятности самоотвинчивания, с большим моментом — к преждевременному выходу из строя резьбы и учащению обрывов по резьбе.
Диаметр колонны штанг подбирают исходя из расчета на прочность, в основу которого положено сравнение действующих в колонне напряжений с допускаемыми для используемого материала штанг при заданных условиях их эксплуатации. Напряжение, действующее в штангах, равно отношению силы, растягивающей их, к площади поперечного сечения.
Допускаемые напряжения для штанг определяются, как правило, опытным путем и зависят не только от марки стали, из которой они изготовлены, технологии их производства, по и от условий их эксплуатации •— прежде всего состава пластовой жидкости, содержания в ней коррозионно-активных компонентов и т. п.
38
Разрушение штанг происходит в результате совместного воздействия на них переменных по величине (а иногда и по направлению) усилий и коррозионного действия химически активных веществ, содержащихся в пластовой жидкости.
Конструкцию штанг все время совершенствуют — изыскивают способы повышения их прочности в резьбовой части и переходной части — от головки к телу штанги. Это достигается улучшением качества заготовок, обеспечением соосности тела штанги и ее головки, накаткой резьбы и снабжением ее разгрузочной канавкой. Разрабатывают принципиально новые колонны, состоящие из одной непрерывной штанги, наматываемой на барабан при подъеме насоса, что исключает такие операции, как свинчивание-развинчивание, укладка на мостки и т. д.
Долговечность штанг может быть увеличена за счет их квалифицированной эксплуатации. Сюда относится, в частности, выполнение всех правил при работе со штангами во время подземных ремонтов: соблюдение правил, предъявляемых к технологии перевозки штанг, выполнение погрузочно-разгрузочных работ только с использованием специальных транспортных средств; правильный выброс штанг на мостки при подъеме колонны, применение исправного инструмента при спуско-подъемных операциях, обеспечение требуемых крутящих моментов при свинчивании резьбо
Головка соединена с траверсой с помощью шарнира, позволяющего ей при освобождении специальной защелки поворачиваться в сторону (на станках-качалках новых конструкций) либо откидываться вверх (на старых конструкциях). Шарнирное соединение головки с балансиром обусловлено необходимостью освобождать пространство над устьем скважины для размещения оборудования при подземных ремонтах и беспрепятственного перемещения над устьем скважины талевого блока, крюка и элеватора, а также всех инструментов и приспособлений, применяемых при подземном ремонте.
Для изменения длины хода штанг в кривошипах имеется несколько отверстий, в которые в зависимости от требуемой длины хода вставляются пальцы кривошипов. Изменение числа качаний достигается изменением передаточного отношения клиноременной передачи — заменой шкивов на больший или меньший диаметр.
Параметры станков-качалок — максимальное усилие в точке подвеса, длина хода штанг, габариты и масса — регламентируются ГОСТ 5866—76.
Подвеска служит для удержания навесу колонны штанг и соединяет устьевой шток с головкой балансира станка-качалки. Она позволяет регулировать расположение штанг по высоте и служит для установки динамографа — прибора для исследования работы внутрискважинного оборудования.
Подвеска состоит из верхней и нижней траверс (рис. 11.5). На нижнюю траверсу усилие передается от тросов канатной подвески
34
Рис. 11.5. Канатная подвеска устьевого штока:
1— нижняя траверса; 2 — зажимы каната; 3 — винт; 4 — верхняя траверса; 5 — клиновой зажим; 6 — муфта; 7 — канатная петля
через их заделку. Нижний конец корпуса заделки упирается в верхнюю траверсу, в средней части которой через отверстие пропущен устьевой шток, зафиксированный с помощью клиновой подвески. Для изменения его положения относительно траверсы освобождают верхнюю гайку и перемещают подвеску вниз относительно предварительно зафиксированного устьевого штока. При этом плашки поднимаются и освобождают шток. По окончании регулировки положения штока закручивают гайку, при этом плашки опускаются вниз и захватывают его. Для обеспечения надежного контакта штока с плашками рабочая поверхность последних имеет специальную насечку, вершины зубцов которой при восприятии осевого усилия внедряются в поверхность штока. Два винта служат для подъема верхней траверсы при установке динамографа.
Оборудование устья скважины служит для удержания колонны насосно-компрессорных труб, отвода пластовой жидкости, поднимающейся по трубам в промысловую сеть, герметизации внутренней полости НКТ и затрубного пространства.
Одна из возможных конструкций (рис. 11.6) включает в себя фланец 1, навернутый на эксплуатационную колонну, к которому болтами присоединена планшайба 2. В планшайбе имеются каналы 3, соединяющие затрубное пространство с вентилем. Через центр планшайбы проходит насосно-компрессорная труба, ввернутая в муфту 4, на которой располагается тройник 5. Его боковое ответвление служит для отвода продукции скважины в нефтепромысловый коллектор, а на верхней части навинчен корпус сальника 6 устьевого штока 7.
В процессе работы балансирного станка-качалки может нарушиться соосность канатной подвески и устьевого сальника вслед-
Рис. 11.6. Оборудование устья скважины, эксплуатируемой ШСН
Рис. 11.7. Сальник устьевой: 1 — ниппель; 2 — гайка накидная; 3 — втулка; 4 — крышка шаровая; 5 —крышка головки; 6 — втулка верхняя; 7 — коль
цо нажимное; 8, 10 — манжеты; 9 — головка шаровая; 11 — кольцо стопорное; 12 — втулка нижняя; 13 — кольцо; 14 — гайка; 15 — тройник; 16 — болт откидной; 17 — палец
А-А
Муфта соединительная
Рис. П.8. Штанга насосная с муфтой
ствие неточности изготовления головки балансира, монтажа станка-качалки, постепенного смещения станка-качалки относительно устья скважины и т. п. При этом нарушается герметичность устьевого сальника. Для уменьшения последствий от нарушения соосности применяют устьевые сальники с самоустанавливающейся головкой (рис. 11.7), имеющей шарнирное соединение корпуса сальника с тройником. Зазор между корпусом и устьевым штоком уплотняется набором разрезных манжет, поджимаемых нажимным кольцом. По мере износа манжет при появлении утечки сальник подтягивается вращением крышки головки. Во время регулировки уплотнения не следует чрезмерно затягивать его, поскольку при увеличении контактного давления между уплотнением и поверхностью устьевого штока ухудшаются условия их смазки и уплотнение будет перегреваться.
Для подъема пластовой жидкости на поверхность и удержания штангового скважинного насоса применяют насосно-компрессор-ные трубы, используемые для фонтанной или газлифтной эксплуатации.
Насосно-компрессорные трубы в скважинах, эксплуатируемых с помощью штанговых скважинных насосов, несут большую нагрузку, чем при фонтанном или компрессорном способах эксплуатации. Помимо растягивающих усилий, обусловленных собственным весом, они подвержены нагрузке от веса заполняющей их жидкости, а в случае обрыва штанг и от веса оборванной части колонны. В искривленных скважинах трубы подвергаются трению штанговых муфт и сами трутся об эксплуатационную колонну.
Для обеспечения высокой долговечности труб необходимо их свинчивать со строго определенным крутящим моментом.
Условный диаметр трубы, мм . . Крутящий момент, Н • м. . . . .
48 60 73 89 102 114
500 800 1000 1300 1600 1700—2000
Наиболее часто при штанговой эксплуатации используют трубы с условным диаметром 60, 73, 89 мм.
Для привода плунжера скважинного насоса используют штанги длиной 8 м четырех номинальных диаметров тела штанги: 16, 19, 22 и 25 мм (рис. 11.8). Концы штанг имеют утолщенные головки с квадратным сечением для захвата специальными ключами
при их свинчивании и развинчивании. Штанги соединяются специальными штанговыми муфтами.
Кроме штанг нормальной длины выпускают укороченные штанги длиной 1; 1,2; 1,5; 2; 3 м для регулировки длины всей колонны, которая должна обеспечивать перемещение плунжера в цилиндре скважинного насоса в заданных пределах. В противном случае при подходе к нижнему положению плунжер будет ударяться о дно цилиндра, подходя к верхнему — выскакивать из цилиндра или же выдергивать весь насос из замка (в зависимости от конструкции насоса). Верхний конец колонны штанг заканчивается устьевым штоком — штангой большого диаметра, поверхность которой обработана с высоким классом чистоты. Устьевой шток проходит через устьевой сальник и соединяется с канатной подвеской.
В зависимости от условий эксплуатации применяют штанги с различными прочностными характеристиками. Для их изготовления используются стали марки 40 или легированные хромом, никелем, молибденом с термообработкой и последующим поверхностным упрочнением токами высокой частоты.
Штанги, расположенные в верхней части колонны, более нагружены, и в скважинах, оборудованных скважинными насосами малых диаметров, их обрывы наиболее часты в верхней части колонны. При использовании насосов больших диаметров штанги в нижней части колонны при ходе их вниз сжимаются и теряют прямолинейную форму. В результате этого увеличивается частота раз-] рушений колонны в нижней части, появляются самоотвороты резьбовых соединений. В подобных случаях прибегают к установке нескольких тяжелых штанг или труб, вес которых выбирают таким образом, чтобы усилия в любом сечении колонны штанг были, растягивающими.
При спуске колонны штанг резьбовые соединения должны строго соответствовать рекомендуемым.
Диаметр штанг, мм 16 19 22 25
Крутящий момент, Н-м. . . . 300 500 700 1000
Свинчивание штанг с меньшим крутящим моментом приводит
к увеличению вероятности самоотвинчивания, с большим моментом — к преждевременному выходу из строя резьбы и учащению обрывов по резьбе.
Диаметр колонны штанг подбирают исходя из расчета на прочность, в основу которого положено сравнение действующих в колонне напряжений с допускаемыми для используемого материала штанг при заданных условиях их эксплуатации. Напряжение, действующее в штангах, равно отношению силы, растягивающей их, к площади поперечного сечения.
Допускаемые напряжения для штанг определяются, как правило, опытным путем и зависят не только от марки стали, из которой они изготовлены, технологии их производства, по и от условий их эксплуатации •— прежде всего состава пластовой жидкости, содержания в ней коррозионно-активных компонентов и т. п.
38
Разрушение штанг происходит в результате совместного воздействия на них переменных по величине (а иногда и по направлению) усилий и коррозионного действия химически активных веществ, содержащихся в пластовой жидкости.
Конструкцию штанг все время совершенствуют — изыскивают способы повышения их прочности в резьбовой части и переходной части — от головки к телу штанги. Это достигается улучшением качества заготовок, обеспечением соосности тела штанги и ее головки, накаткой резьбы и снабжением ее разгрузочной канавкой. Разрабатывают принципиально новые колонны, состоящие из одной непрерывной штанги, наматываемой на барабан при подъеме насоса, что исключает такие операции, как свинчивание-развинчивание, укладка на мостки и т. д.
Долговечность штанг может быть увеличена за счет их квалифицированной эксплуатации. Сюда относится, в частности, выполнение всех правил при работе со штангами во время подземных ремонтов: соблюдение правил, предъявляемых к технологии перевозки штанг, выполнение погрузочно-разгрузочных работ только с использованием специальных транспортных средств; правильный выброс штанг на мостки при подъеме колонны, применение исправного инструмента при спуско-подъемных операциях, обеспечение требуемых крутящих моментов при свинчивании резьбо