Борьба с вредным влиянием газа и песка на работу глубинного штангового насоса

Тип работы: Реферат
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 20 страниц
В избранное:

НОУ Высший инженерно-технологический колледж

Технологическое отделение

КУРСОВАЯ РАБОТА

Тема: Борьба с вредным влиянием газа и песка на работу глубинного
штангового насоса
Дисциплина: Эксплуатация нефтяных и газовых скважин

Выполнил:
Студент Кулиев М.
Группа ЭНГМ-942

Руководитель Таспихова Э. Ж.

Дата сдачи_________
Дата защиты__________
Оценка____________

Уральск 2021

Содержание
Введение ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..3
1 Штанговый глубинный насос ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .4
1.1 Общее представление о штанговом глубинном насосе ... ... ... ... ... ... ...4
1.2 Достоинства штангового глубинного насоса ... ... ... ... ... ... ... . ... ... .8
1.3 Недостатки штангового глубинного насоса ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ...9
1.4 Принцип работы штангового глубинного насоса ... ... ... ... ... ... ... . ..10
2 Влияние газа на штанговый глубинный насос ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... 14
2.1 Свободный газ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .14
2.2 Влияние песка на работу штангового глубинного насоса ... ... ... ... ... .18
2.3 Факторы влияющие на работу штангового глубинного насоса ... ... ... ..20
Заключение ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..21
Список использованной литературы ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... .22

Введение
Наиболее распространенным способом добычи является добыча нефти насосными установкам, а именно ГШН. Свыше 70 % действующего фонда нефтяных добывающих скважин оснащены штанговыми глубинными насосами. С их помощью добывается около 30 % нефти.
Штанговые скважинные насосные установки (ШСНУ) можно применять в самых различных условиях: при дебитах скважин от нескольких килограммов до сотен тонн в сутки и при глубинах более 2000 м. ШСН обеспечивают откачку из скважин жидкости, обводнённостью до 99 %, абсолютной вязкостью до 100 мПа·с, содержанием твердых механических примесей до 0,5 %, свободного газа на приеме до 25 %, объемным содержанием сероводорода до 0,1 %, минерализацией воды до 10 гл и температурой до 1300 [0]С.
Простота обслуживания и надежность скважинных насосов, высокий КПД, гибкость в регулирования режимов работы, жидкости с различных глубин, возможность их применения в осложненных горно-геологических условиях эксплуатации и ряд других преимуществ вывели этот способ на ведущее место в нефтедобывающей отрасли.
Такому широкому использованию этого способа добычи нефти способствуют небольшие затраты при его осуществлении, позволяющие экономически выгодно эксплуатировать даже очень малодебитные скважины (с дебитом менее 1 тсут.), а также простота оборудования и обслуживания скважин.
В ходе выполнения данного курсового проекта изучаются основные принципы и условия подбора оборудования по заданным параметрам скважины, выполняются необходимые основные расчеты параметров работы оборудования в процессе добычи, что позволяет правильно наладить процесс добычи углеводородов из скважины.

1 Штанговый глубинный насос
1.1 Общее представление о штанговом глубинном насосе
Глубинные насосы штангового типа, которые обозначаются аббревиатурой ШГН, представляют собой устройства, при помощи которых можно откачивать жидкие среды из скважин, характеризующихся значительной глубиной. Использование такого насосного оборудования является одним из наиболее популярных способов откачивания нефти: приблизительно 70 % действующих сегодня нефтеносных скважин обслуживают именно штанговые насосы.
Принцип работы глубинных штанговых насосов достаточно прост.
- При перемещении плунжера вверх в нижней части камеры насоса создается разрежение давления, что способствует всасыванию перекачиваемой жидкой среды через входной клапан.
- Когда плунжер начинает движение вниз, всасывающий клапан закрывается под действием давления перекачиваемой жидкой среды, и она через полый канал поршня и нагнетательный клапан начинает поступать в подъемные трубы.
- В ходе безостановочной работы штангового глубинного насоса перекачиваемая им жидкая среда начинает заполнять внутренний объем подъемных труб и в итоге направляется на поверхность.
Опускание в скважину вставных штанговых глубинных насосов, как и их извлечение из нее, осуществляется в собранном виде. Для того чтобы выполнить такую операцию, плунжер помещают внутрь цилиндра, и вся конструкция на насосных штангах опускается в шахту.
Вставные ШГН также подразделяются на устройства двух видов:
- вставные насосы с верхним расположением замка (НВ1);
- насосы, замок которых располагается в их нижней части (НВ2).
Вставные устройства используют преимущественно для обслуживания скважин большой глубины, характеризующихся также небольшим дебитом откачиваемой из них жидкой среды. Использование таких насосов ШГН, для извлечения которых достаточно осуществить подъем штанг.
Для того чтобы поместить в скважину штанговый глубинный насос невставного типа, необходимо выполнить более сложные действия. В скважину сначала помещают цилиндр, для чего используют НКТ, а только затем, используя штанги, в уже установленный цилиндр опускают плунжер с клапанами. Извлечение штангового глубинного насоса данного типа также осуществляется в два приема: в первую очередь из цилиндра насоса извлекается плунжер с клапанами, а затем из скважины поднимается цилиндр с НКТ.
Невставные устройства также подразделяются на несколько категорий:
- насосные установки без ловителя (НН);
- невставные глубинные насосы с захватным штоком (НН1);
- невставные насосы с ловителем (НН2).
Рис. 1.1 - Виды насосов

Глубинные штанговые насосы производятся различных типоразмеров и исполнений, в том числе по специальным заказам для работы в особых условиях.
Среди перечисленных выше видов невставного оборудования наиболее популярными стали устройства, оснащенные ловителем (НН2). Объясняется высокая популярность последних тем, что механизм их опорожнения отличается простотой конструкции и, соответственно, большей надежностью в эксплуатации.
Выбор оборудования той или иной модели осуществляется в зависимости от конкретных условий эксплуатации, а также от характеристик жидкой среды, которую планируется откачивать с его помощью.

Рис. 1.2. - Скважинный штанговый насос исполнения НН2Б

Работоспособность и эффективность использования глубинных насосов штангового типа определяют следующие элементы, присутствующие в их конструкции:
- цилиндры, которые могут быть цельными или составными;
- плунжеры (обыкновенные или типа пескобрей);
- клапанные узлы шарикового типа, запорными элементами которых выступают седло и шарик;
- якорные башмаки, используемые для закрепления в трубах НКТ штанговых глубинных насосов вставного типа (при установке таких элементов необходимо обеспечить герметизацию всасывающей полости насоса от нагнетательной).
Конечно, обязательным элементом конструкции штангового глубинного насоса является штанга - изготовленный из стали круглый стержень с высаженными концами. Основное назначение штанг, которые могут иметь различный диаметр (12, 16, 18, 22 и 25 мм), заключается в том, чтобы сообщать плунжеру возвратно-поступательное движение.

Рис. 1.3. - Насосная штанга и соединительная муфта

Поскольку в ходе работы глубинного насоса штанги испытывают серьезные нагрузки, для их производства используют высококачественные стали, а после изготовления подвергают нормализационному отжигу и закалке ТВЧ.
Штанговые насосные устройства в зависимости от конструктивных особенностей плунжера и цилиндра, а также от того, как расположен их якорный башмак, могут относиться к одной из 15 категорий.

1.2 Достоинства штангового глубинного насоса
У глубинных штанговых насосов есть целый ряд преимуществ перед другими насосными устройствами:
- высокое значение коэффициента полезного действия;
- возможность выполнения техобслуживания и ремонта в полевых условиях;
- применение двигателей различного типа;
- возможность использования для обслуживания пескопроявляющих скважин, а также для перекачивания нефти, в которой есть газовая составляющая и большое количество нефтяного воска.
Как и у любых других технических устройств, есть у штанговых насосов и минусы:
- ограничения по глубине скважин, для обслуживания которых они могут быть использованы (риск обрыва штанг тем выше, чем глубже скважина, в которую опускается насос);
- невысокое значение подачи, которую обеспечивают данные насосы;
- невозможность применения для обслуживания скважин, характеризующихся значительным наклоном и искривлениями шахты;
- невозможность откачивания при помощи таких глубинных насосов жидкой среды из скважин горизонтального типа.
Штанговый насос используется достаточно часто и хорошо знаком большей части персонала, занятого эксплуатацией и техническим обслуживанием. Он может применяться в широком диапазоне производительностей и на ограниченных скоростях и при ограниченных глубинах извлекать продукт из скважины вплоть до ее истощения. Штанговые насосы высоконадежны и легко поддаются диагностике с помощью ряда различных приемов: осмотра, динамометрии и зондирования скважины.
Данный метод позволяет добывать высокотемпературные или высоковязкие нефти, а проблемы коррозии и образование отложений легко разрешаются.

1.3 Недостатки штангового глубинного насоса
Среди недостатков штанговых насосов следует упомянуть их непригодность для искривленных скважин. Глубина и объем скважин, для которых они могут применяться, ограничены весом штанг и запасом прочности, а высокий газовый фактор скважины либо попадание песка и парафина в скважинные флюиды еще более ухудшают их эффективность.

Определенные физические характеристики установок также свидетельствуют против их использования. Большие размеры штанговых насосов загромождают городскую застройку и мешают работе врашаюшихся дождевальных машин в сельской местности. Суммарный вес и габариты могут помешать их применению на морских платформах. Для обслуживания внутрискважинного оборудования следует принимать во внимание дополнительное неудобство, связанное с необходимостью использования подъемных устройств.
- Невозможность использования в скважинах различной глубины. Возрастает риск обрыва штанг в зависимости от глубины скважины.
- Невысокий уровень подачи, обеспечиваемый данными насосами.
- Нельзя использовать для обслуживания различных скважин имеющих большой наклон и высокую степень искривления.
- Нельзя использовать для обслуживания источников, которые имеют горизонтальный тип.
Выбор подходящего штангового глубинного гидрооборудования зависит от многих факторов и параметров, которые во многом влияют на эффективность и долговечность его применения.
- ограничение по глубине спуска насоса (чем глубже, тем выше вероятность обрыва штанг);
- малая подача насоса;
- ограничение по наклону ствола скважины и интенсивности его искривления (неприменимы в наклонных и горизонтальных скважинах, а также в сильно искривленных вертикальных)
Глубинный штанговый насос в простейшем виде состоит из плунжера, движущегося вверх-вниз по хорошо подогнанному цилиндру.
1.4 Принцип работы штангового глубинного насоса
Штанговые скважинные насосы -- это распространенный вид оборудования, которое позволяет добывать из скважин пластовую жидкость. Этот тип промышленных установок широко применяется в сфере добычи нефти, его изготовление регулируется. Он эксплуатируется в наибольшей части фонда действующих скважин в сфере нефтедобычи.
Рис. 1.4. - Элементы насосных установок

- цельный цилиндр неподвижного типа, имеющий удлинители;
- подвижный насосный плунжер;
- клапаны, включая всасывающие и нагнетательные;
- замки.
Установка скважинного насоса находится под напряжением, поэтому для изготовления деталей для различных типов штанговых скважинных насосов или ШСН необходимы высоколегированные стали. От этих материалов зависит длительность и безотказность полезного использования насосного оборудования. Герметичность их посадки обеспечивается высокой точностью выпуска деталей для насосов. Это относится и к резьбовым соединениям. Все элементы установки отличаются полной взаимозаменяемостью. Среди основных элементов ее конструкции предусмотрена наземная часть, состоящая из следующих звеньев, представляющих собой:
- Колонну;
- Цепь с винтом натяжения;
- Противовес с упором;
- Подвески (канатная, устьевого штока);
- Узел канатных блоков;
- Муфта-зубчатая;
- Звездочки ведомую и ведущую;
- Ограничитель схода каната;
- Ограждение и купейную дверь;
- Кожух ременной передачи.
По своему конструктивному исполнению штанговые глубинные насосы могут быть:
вставными
невставными
Опускание в скважину вставных штанговых глубинных насосов, как и их извлечение из нее, осуществляется в собранном виде. Для того чтобы выполнить такую операцию, плунжер помещают внутрь цилиндра, и вся конструкция на насосных штангах опускается в шахту.

Оборудование имеет комплекс, представляющий собой наземный сегмент установки, который называется станком-качалкой. Элементы этой конструкции оставались неизменными долгие годы. Установка с дифференциальным преобразующим механизмом и редуктором оснащена клиноременной передачей, позволяющей приводить в действие станок-качалку.
Предприятия выпускали исключительно привод цепной штангового скважинного насоса. Устройства, заменившие насос ручной, находятся еще на стадии совершенствования с 2002 г.
ШГН предназначены для откачивания из скважин жидкостей с температурой не более 130 градусов, обводненностью не более 99% по объему, вязкостью до 0,3 Па*с, содержанием механических примесей до 350 мгл, свободного газа на приеме не более 25%.

В скважину на колонне подъемных труб спускают плунжерный насос, состоящий из цилиндрического корпуса 1 (цилиндра), внутри которого имеется пустотелый поршень 2 (плунжер). В верхней части плунжера установлен нагнетательный клапан 3. В нижней части неподвижного цилиндра устанавливается всасывающий клапан 4. Плунжер подвешен на колонне насосных штанг 5, которые передают ему возвратно- поступательное движение от специального механизма (станка-качалки), установленного на поверхности.
При ходе плунжера вверх жидкость из скважины поступает через всасывающий (приемный) клапан в цилиндр насоса, так как под плунжером создается давление намного меньше чем в скважине. При ходе плунжера вниз всасывающий клапан закрывается под действием давления жидкости под плунжером и объем жидкости из цилиндра через полый канал плунжера и открытый нагнетательный клапан, открытие которого происходит от давления жидкости, находящейся под плунжером и полом канале плунжера, поступает в подъемные трубы.
В процессе непрерывной работы насоса жидкость заполняет объем подъемных труб, а затем направляется на поверхность.
Наиболее широко распространены насосы двух видов: вставные и невставные (трубные).
Штанговые насосы используются для подачи жидкости из глубоких скважин. Чаще всего штанговый насос используют при добычи нефти.
В поршень штангового насоса установлен обратный клапан, пропускающий жидкость в одном направлении. Запорным элементом представленного клапана является шарик.
При движении поршня вниз шарик перемещается вверх, клапан открывается, пропуская жидкость через поршень.
При движении поршня вверх шарик прижимается к седлу, клапан под действием давления столба жидкости закрывается.

2 Влияние газа на штанговый глубинный насос
2.1 Свободный газ
Под влиянием свободного газа может произойти срыв подачи насоса, который заключается в том, что насос перестает засасывать из скважины газожидкостную смесь или пену, так как рабочая часть цилиндра целиком заполняется газом.
При ходе плунжера вниз газ сжимается, а при ходе вверх - расширяется. Давление газа в цилиндре при ходе вверх не становится ниже давления всасывания и поэтому приемный клапан не может открыться. Срыв подачи может происходить только от действия газа, оставшегося во вредном пространстве. Если вредное пространство полностью освобождается от газа к началу хода вниз, то срыва не может быть.
Это обстоятельство очень важно для практики, так как оно означает, что при отсутствии влияния вредного пространства работа насоса устойчива при любом даже самом низком коэффициенте наполнения.
Это достигается либо применением насоса с нагнетательным клапаном в нижней части плунжера (НСН- 2, НСВД), либо увеличением длины хода плунжера (длинноходовой насос, правильная посадка плунжера над всасывающим клапаном), либо одновременным увеличением длины хода плунжера при одновременном уменьшении диаметра насоса. Однако тип насоса всегда должен быть правильно подобран к условиям скважины.
Как понятно, низкое газосодержание на приеме насоса при откачке плунжерным способом характеризует нормальную работу штангового скважинного насоса. При повышении газосодержания эффективность насоса снижается, что отражается на коэффициенте подачи. Также, при значительном содержании свободного газа в откачиваемой смеси оказывается весьма сложно заранее обосновать оптимальное давление на приеме насоса.
В режиме эксплуатации скважин штанговыми глубинными насосами возникают специальные проблемы, связанные с наличием свободного газа и песка в откачиваемой жидкости. Содержание свободного газа в откачиваемой жидкодсти представляет собой одну из главных проблем при эксплуатации. Наличие свободного газа влияет ... продолжение

Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.