УДК 66.02.071.7.

Досжанов М.Ж., Агайдаров Н.К., Юсупова Л.Е.

Кызылординский государственный университет им. Коркыт Ата

Республика казахстан

Анализ некоторых типов конструкции штанговых скважинных насосных установок с механическим приводом

Аннотация. Теоретические и экспериментальные исследования возможности использования канатов в качестве колонны штанг, посвященные изучению жесткости и удлинения канатов в зависимости от прикладываемых к ним нагрузок. Проведен анализ существующих видов тягового органа ДНУ и различных технических решений, которая позволяет провести их классификацию по конструктивным признакам. С использованием гибкого резинотросового тягового органа и лебедочного привода значительно проще решается проблема ремонта скважинных насосов.

Ключевые слова: скважина, колонна, штанга, процесс, канат, насос, установка, лента, цепь, плунжер, обрыв, отворот, износ, гибкий тяговый орган, гидравлическое сопротивление.

Наша стратегическая задача занять достойное место в числе конкурентоспособных стран мира. Они отражены в Послании главы государства Н.А.Назарбаева 2012 года «Стратегия «Казахстан – 2050»: новый политический курс состоявшегося государства».

Казахстан должен войти в число эффективно развивающихся стран мира, создавая высокие стандарты жизни для своих граждан. Сейчас инфраструктура индустриально-инновационного развития уже сформирована.

В настоящее время основная часть общего фонда скважин нефтяных месторождений Казахстана на поздней стадии разработки эксплуатируется с помощью штанговых скважинных насосных установок (ШСНУ) со станком-качалкой. Анализ показывает, что на месторождениях с интенсивной системой вторичного воздействия на пласт возникает необходимость отбора больших объемов жидкости из скважины.

Одним из путей решения проблемы увеличения отбора жидкости из скважины, эффективности и надежности работы глубиннонасосных установок является создание длинноходовых насосных установок (ДНУ) с длиной хода плунжера, значительно превышающей существующие, что достигается за счет использования гибкого тягового органа, наматываемой на барабан привода. Известны конструкции ДНУ с различными гибкими тяговыми органами, такими как непрерывная гибкая стальная штанга, стальной канат в полимерном покрытии, пластинчатая цепь, стальная лента, неметаллическая лента из синтетических материалов, а также комбинация обычной колонны штанг со стальным канатом и др.

Из механизированных способов добычи нефти наибольшее распространение (до 70 % общего фонда скважин) получили штанговые скважинные насосные установки (ШСНУ). Одним из главных недостатков ШСНУ является циклический характер ее работы с большим числом и малым периодом цикла, что является причиной возникновения дополнительных динамических нагрузок, отрицательно влияющих на работу установки.

Как свидетельствует опыт эксплуатации, основными видами отказа ШСНУ являются обрыв или отворот штанг, износ пары цилиндр-плунжер, утечки через клапан, причем разрушения колонн штанг происходят в результате поломок в теле штанг, в резьбе и соединительных муфт. Чем больше длина колонны, тем больше число обрывов в теле штанг.

Другой существенный недостаток ШСНУ – высокая затратная стоимость подземного ремонта скважин.

Этот недостаток, связанный с подземным ремонтом скважин, можно уменьшить, если использовать непрерывно наматываемый тяговый орган (колонну) [3].

Анализ различных технических решений показывает, что существенное повышение отбора жидкости из скважины, эффективности и надежности насосной эксплуатации возможно за счет увеличения длины хода плунжера скважинного насоса. Именно поэтому в настоящее время большое внимание уделяется созданию и совершенствованию длинноходовых скважинных насосных установок (ДНУ) с длиной хода плунжера, значительно превышающей существующие, что достигается за счет использования гибкого тягового органа, наматываемой на барабан привода.

Целесообразность увеличения длины хода плунжера с целью повышения эффективности работы скважинного насоса отмечалась в работах А.Н. Адонина [1], А.Г. Бабукова, А.С. Вирновского [2], А.М. Пирвердяна [4], К.С. Аливердизаде [5] и др.

Особое место занимают теоретические разработки бакинской школы исследователей в области механизированной добычи нефти содержащая исследования зависимости между параметрами длинноходовой насосной установки с помощью предложенной математической модели, описывающей динамические процессы в канатной подвеске, наматываемой на барабан привода установки с грузовым типом уравновешивания.

В РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина систематические исследования рабочего процесса ДНУ с гибкой штангой проводятся с 1984 г. Разработка общей теории рабочего процесса включает в себя несколько этапов, отличающихся сложностью модельных представлений и их математического описания.

Теоретические и экспериментальные исследования возможности использования канатов в качестве колонны штанг, посвященные изучению жесткости и удлинения канатов в зависимости от прикладываемых к ним нагрузок, изложены и в других работах отечественных и зарубежных ученых.

Анализ существующих видов тягового органа ДНУ позволяет провести их классификацию по конструктивным признакам (рис. 1) [3].

Рис. 1.- Классификация различных типов тягового органа ДНУ по конструктивным признакам

В мировой практике известны конструкции, в которых используются тросы в качестве армирующих и несущих элементов. Это резинотросовые транспортерные ленты, резинотросовые канаты, резинотросовые шины для снегоходов и т.д. Резинотросовые канаты или резинотросовые ленты широко применяются в шахтном подъеме.

Опыт показывает, что ДНУ с гибким плоским резинотросовым тяговым органом на основе РТК или РТЛ имеют следующие преимущества:

- устраняется основная причина отказов штанговых колонн, связанных с поломками в резьбовых соединениях, соединительных муфтах и высаженных концах насосных штанг;

- уменьшается масса колонны, устраняются дополнительные трения и гидравлические сопротивления в скважине;

- повышенный предел прочности на разрыв позволяет создать исключительно легкую непрерывную тяговую колонну, а также снизить усилие на наземный привод и потребность в энергии;

- возможность использования для наматывания непрерывного резинотросового каната барабана небольшого диаметра, что облегчит транспортировку и может снизить потребность в рабочей силе для обслуживания скважин;

- небольшая линейная плотность и высокая усталостная прочность РТК позволяют вводить в эксплуатацию более глубокие скважины.

Вывод

Таким образом, использование гибкого резинотросового тягового органа позволяет в процессе работы установки регулировать в широких пределах длину хода, верхнее и нижнее положения плунжера и закон его движения. Это обеспечивается применением современных средств автоматизации, контроля и управления технологическим процессом. Кроме того, с использованием гибкого резинотросового тягового органа и лебедочного привода значительно проще решается проблема ремонта скважинных насосов.

Литература

1. Адонин А.Н. Добыча нефти штанговыми насосами. – М.: Недра, 1979.

2. Вирновский А.С. Теория и практика глубиннонасосной добычи нефти. Избранные труды. – М.: Недра, 1974.

3. Зайцев Ю.В., Захаров Б.С., Новиков Л.А. и др. Длинноходовые скважинные насосные установки с гибкой штангой. – Обзорная информация. Сер. «Насосостроение». – М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1988.

4. Пирвердян А.М., Локсин В.Ш. Определение массы утяжеленного низа при использовании стального каната вместо колонны штанг. Азербайджанское нефтяное хозяйство, 1984. - № 10.

5.Аливердизаде Т.К. Механические безбалансирные приводы штанговых глубиннонасосных установок. – М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1976.