Станок-качалка; 2 – устьевое оборудование; 3 – колонна НКТ; 4 – колонна насосных штанг; 5 – замковая опора; 6 – вставной штанговый насос; 7

Рисунок 10.41 – Штанговая насосная установка

Обычные скважинные насосы по принципу действию относятся к плунжерным насосам простого действия. Ниже приводится схема процесса работы скважинного насоса (рисунок 10.42).

Исходная ситуация: насос и насосно-компрессорная труба заполнены пластовой жидкостью; плунжер находится в верхней мертвой точке О.Т; нагнетательный клапан закрыт. Нагрузку столба жидкости над насосом принимают на себя насосные штанги.

При прекращении потока жидкости снизу через всасывающий клапан, последний закрывается под действием силы тяжести. Цилиндр полностью или частично заполнен жидкостью. При погружении плунжера в эту жидкость нагнетательный клапан открывается, вес жидкости воспринимается всасывающим клапаном и, следовательно, колонной насосно-компрессорных труб (НКТ) (рисунок 10.42, а). При дальнейшем ходе плунжера вниз (рисунок 10.42, б) верхняя штанга погружается в столб жидкости, вытесняя соответствующий ее объем, который подается во внутреннюю полость колонны насосно-компрессорных труб.

В случае применения плунжеров, диаметр которых равен диаметру верхней штанги или меньше его, подача жидкости в НКТ производится только во время хода плунжера вниз, в то время как при ходе плунжера вверх вновь набирается столб жидкости.

Как только плунжер начинает двигаться вверх, нагнетательный клапан закрывается, нагрузка жидкости снова передается на насосные штанги. Если пластовое давление превышает давление в цилиндре, всасывающий клапан открывается в момент отхода плунжера от нижней мертвой точки U.T. (рисунок 40.42, в). Поступление жидкости из пласта в цилиндр продолжается, пока ход плунжера вверх не закончится в позиции О.Т. (рисунок 10.42, г). Одновременно с поднятием столба жидкости над плунжером происходит всасывание равного количества жидкости.

На практике, однако, рабочий цикл насоса обычно сложнее, чем указано на этой упрошенной схеме. Работа насоса зависит в значительной мере от размера вредного пространства, содержания свободного газа в пластовой жидкости и от вязкости откачиваемой среды.

Кроме того, вибрации колонны насосно-компрессорных труб и насосных штанг, возникающие в результате непрерывной перемены нагрузки столба жидкости, и вибрации клапанов также влияют на цикл откачки.

Трубные штанговые скважинные насосы и вставные штанговые скважинные насосы классифицированы по API согласно стандарта 11АХ в зависимости от исполнения цилиндра и плунжера, а также от расположения замковой опоры, и имеют соответствующее условное обозначение. На рисунке 10.43 и в таблице 3 дается система обозначения по API. Также приводятся дополнительные объяснения и пример спецификации.

Полное обозначение скважинного насоса включает:

3. тип насоса, тип рабочего цилиндра, расположение и тип замка;

4. длину цилиндра в футах, или, соответственно, число втулок;

5. номинальную длину плунжера в футах (1 фут = 0,3048 м);

6. общую длину удлинителей, если такие применяются.

106 – 1¹/₁₆" (27,0 мм); 125 – 1¹/₄" (31,8 мм); 150 – 1¹/₂" (38,1 мм);

175 – 1³/₄" (44,5 мм); 178 – 1²⁵/₃₂" (45,2 мм); 200 – 2" (50,8 мм);

225 – 2¹/₄" (57,2 мм); 250 – 2¹/₂" (63,5 мм); 275 – 2³/₄" (69,9 мм).

– с металлическими плунжерами: W – тонкостенный;

– с плунжерами с мягким уплотнением: S – тонкостенный;

Вставной глубинный насос с толстостенным цилиндром длиной 16', металлическим плунжером длиной 4', Ø 1¹/₄", удлинителями 2', нижним замком манжетного типа, работающий в НКТ 2³/₈", обозначается следующим образом:

в) вид исполнения плунжера – ниппельного или муфтового типа;

г) вид исполнения и тип материала корпусов клапанов;

з) соединительные резьбы насосных штанг и насосно-компрессорных труб.

Таблица 3 – Система обозначения глубинных штанговых насосов по АPI

Скважинные насосы по ОСТ 26-16-06-86 выпускаются следующих типов: НВ1 – вставной с замком наверху; НВ2 – вставной с замком внизу; НН – невставной без ловителя; НН1 – невставной с захватным штоком; НН2 –невставной с ловителем.

2. Исполнение насоса по конструкции цилиндра и конструктивным особенностям самого насоса:

Б – безвтулочный, толстостенный цельный цилиндр;

И – износостойкое исполнение. Буква И ставится в конце обозначения насоса и означает, что насос предназначен для работы в средах с содержанием механических примесей от 1,3 до 3,5 г/л; если этой буквы нет, то насос предназначен для работы в средах с содержанием механических примесей до 1,3 г/л;

Т – насос с полым штоком. Данные насосы предназначены для работы с полыми штангами, причем подъем откачиваемой жидкости осуществляется по внутреннему каналу полых штанг; А - насос с автосцепом колонны штанг с плунжером. Применяется только для насосов НН;

Д1, Д2 – специальные двухплунжерные насосы для откачки высоковязких, газированных жидкостей или для утяжеления низа штанговой колонны при ходе плунжера вниз.

3. Условный диаметр насоса в миллиметрах. Стандарт предусматривает выпуск насосов условным диаметром 29, 32, 38, 44, 57, 70, 95 и 102 мм. Условный диаметр насоса определяется диаметром плунжера и может не совпадать с фактическим его значением. Например, насосы условным диаметром 32 мм будут иметь разброс фактических диаметров плунжеров от 31,9 до 32,425 с шагом 0,025 мм.

4. Максимальный ход плунжера в миллиметрах, уменьшенный в 100 раз.

5. Напор в метрах водяного столба, уменьшенный в 100 раз.

6. Группа посадки 0, 1, 2, 3 по степени увеличения зазора между плунжером и цилиндром.

Насос НН2Б-44-30-12-1 – насос невставной с ловителем, цилиндр цельный безвтулочный, условный диаметр 44 мм, максимальный ход плунжера 3000 мм, напор 1200 м, 1 группа посадки, нормальное исполнение.

Насос НВ1БТ-32-30-15-0И – насос вставной с замком наверху, цилиндр цельный безвтулочный, полый шток для подъема жидкости по полым штангам, условный диаметр 32 мм, максимальный ход плунжера 3000 мм, напор 1500 м, 0 группа посадки, износостойкое исполнение.

Насос НВ1БД 1-38/57-25-12-2 – насос вставной с замком наверху, цилиндр цельный безвтулочный, насос двухплунжерный специальный, один плунжер – верхний с условным диаметром 57 мм, другой – нижний 38 мм, максимальный ход плунжера 2500 мм, напор 1200 м, 2 группа посадки, нормальное исполнение.

Насос ННБА-95-45-08-2 – насос невставной, цилиндр цельный безвтулочный, с автосцепом и сливным устройством, условный диаметр 95 мм, максимальный ход плунжера 4500 мм, напор 800 м, 2 группа посадки, нормальное исполнение по стойкости к среде.

Выпускаются следующие типы скважинных насосов:

Изготовляются также специальные модели, предназначенные для применения в нестандартных условиях эксплуатации (например, высокое газонефтяное отношение, большой дебит, высоковязкая среда, большое содержание песка).

В пределах отдельных рядов типоразмеров возможны многочисленные варианты исполнения и комбинации деталей.

Поскольку у трубных насосов цилиндр насоса является неотъемлемой частью колонны НКТ, он должен быть встроен вместе с насосно-компрессорными трубами. Плунжер и нагнетательный клапан могут быть смонтированы на насосных штангах позже (рисунок 10.44). Всасывающий клапан устанавливается в нижней части насоса при помощи соответствующих устройств. Для разборки всасывающий клапан может быть захвачен и извлечен, в результате чего насосно-компрессорные трубы опорожняются. Всасывающие клапаны изготовляются также в неизвлекаемом исполнении. В таком случае допускается их исполнение более крупного размера, что имеет немаловажное значение при высоких дебитах. При применении неподвижно встроенного всасывающего клапана рекомендуется предусмотреть дополнительный дренажный клапан для НКТ. Ввиду того, что плунжер имеет точно обработанную поверхность, не разрешается его вводить в длинную, внутри необработанную колонну насосно-компрессорных труб.

Технология установки трубных насосов позволяет применять скважинные насосы, номинальный диаметр которых больше номинального диаметра НКТ. При одинаковом размере НКТ подача трубного насоса всегда будет больше подачи вставного скважинного насоса из-за большего диаметра цилиндра. Следовательно, трубные насосы применяются преимущественно для более крупных дебитов с небольшой глубины. Ограниченность глубины отбора обусловлена максимальной предельной нагрузкой на колонну НКТ. Как правило, срок службы трубного насоса больше, чем срок службы вставного насоса из-за больших размеров изнашивающихся деталей. Помимо ограниченности глубины отбора дополнительный недостаток заключается в том, что при каждой замене насоса необходимо извлекать всю колонну.

У втулочных трубных насосов (TL) в кожухе соосно зажаты втулки длиной в 1 фут каждая, по хонингованной поверхности которых перемещается плунжер. Втулки центрируются в кожухе при помощи калибра и фиксируются с обеих сторон кожуха навинченными стяжными муфтами. Одно из преимуществ данного типа насоса заключается в том, что имеется возможность доработки втулок и удобной их замены в случае необходимости.

Оптимальные антифрикционные свойства достигаются при применении стандартной комбинации твердохромированных плунжеров с втулками центробежного литья. Кроме того, имеются также закаленные и коррозионностойкие втулки и плунжеры с дополнительным твердым покрытием, которые пригодны для применения в условиях повышенной коррозии или абразива.

Указанные преимущества компенсируют незначительно большую стоимость втулочного насоса по сравнению с цилиндровым насосом.

Насосы типа ТН – это трубные насосы, оснащенные металлическим плунжером и толстостенным хонингованным цилиндром с цилиндрической наружной резьбой. Зазор между цилиндром и плунжером у насоса ТН больше, чем у насоса TL. Антифрикционные свойства цельнометаллического стального цилиндра хуже, чем антифрикционные свойства втулок центробежного литья у насосов типа TL. Однако эта менее оптимальная комбинация материалов влияет на износ лишь при значительном содержании воды в обводненной нефти. Все остальные части, как, например, плунжер или клапан, соответствуют исполнению насоса типа TL.

Выпускаются также насосы специального исполнения, например, для большой растягивающей нагрузки от длинной хвостовой трубы. Проходное сечение насоса ТН соответствует проходному сечению насоса TL.

Насосы типа ТР представляют собой трубные насосы, оснащенные плунжером с мягким уплотнением, движущимся в толстостенном цилиндре с конической наружной резьбой.

Применяются плунжеры с мягким уплотнением в различном исполнении, как например:

– с пластмассовыми кольцами, наполненными графитом;

– манжетные плунжеры (с манжетами различных типов);

– комбинации вышеназванных уплотняющих элементов.

При выборе уплотняющих элементов необходимо учитывать температуру, глубину посадки и степень обводнения откачиваемой среды.

Насосы ТР пригодны для применения в эксплуатационных скважинах с повышенной степенью обводненности при одновременном содержании незначительных количеств тонкозернистого песка в откачиваемой жидкости. Крупнозернистый песок, скапливающийся на уплотнительных элементах (мягких уплотнениях), приводит к быстрому износу цилиндра.

Применение плунжеров с мягким уплотнением не ограничивается лишь насосами типа ТР; такие плунжеры устанавливаются также в насосах других типов, в некоторых случаях также в сочетании с безнапорными пескосъемными комплектами.

Вставные насосы характеризуются тем, что монтаж комплектного насоса в колонну НКТ, а также демонтаж его осуществляется вместе с насосными штангами; при установке насос находится в стопорном седле (якорном башмаке) колонны насосно-компрессорных труб.

Благодаря разнообразию типов и многочисленным вариантам материалов, используемых для изготовления элементов насоса, вставные насосы могут быть оптимально адаптированы к условиям скважины. При одинаковом размере НКТ у вставных насосов диаметр плунжера меньше, проходное сечение меньше и, следовательно, объем подачи меньше, чем у трубных насосов.

В зависимости от того, осуществляется ли откачка перемещением плунжера или же перемещением цилиндра, различают следующие типы вставных насосов:

1. насосы с неподвижным цилиндром и подвижным плунжером;

насосы с неподвижным плунжером и подвижным цилиндром.

Насосы с подвижным плунжером и неподвижным цилиндром (RWA, RWB) по компоновке клапанов (большой всасывающий клапан, малый нагнетательный клапан) и по режиму потока отличаются более выгодными показателями выделения и интерференции газа. Они обеспечивают хорошие условия сжатия и этим самым высокий объемный коэффициент полезного действия.

Насосы с неподвижным плунжером и подвижным цилиндром (RWT) всегда имеют нижнее крепление, неподвижный плунжер и перемещающийся цилиндр.

По типу конструкции этих насосов неизбежны нижнее расположение замка, наличие длинного всасывающего канала (через полый плунжер и соединительный трубопровод к замку) и невыгодные размеры клапанов (малый всасывающий клапан, большой плунжерный клапан).

Насосы с подвижным цилиндром непригодны для применения в усложненных газовых условиях. Потери давления на стороне всасывания способствуют интерференции газа, в результате чего уменьшается объемный коэффициент полезного действия.

Установкой второго всасывающего клапана в зоне замка можно уменьшить проблемы всасывания, в особенности при низком уровне жидкости.

Различные виды исполнения вставных насосов отличаются:

– насосы с замком в нижней части насоса, рисунок 5, а;

– насосы с замком в верхней части насоса, рисунок 5, б;

– насосы с замками в нижней и верхней частях насоса, рисунок 5, в (редко).

Все три указанных замка выполняются в виде манжетных или механических замков. В некоторых случаях применяются также комбинации этих двух вариантов.

Применяются тонкостенные и толстостенные цилиндры с металлическими плунжерами или плунжерами с мягким уплотнением. Возможно также исполнение с кожухом и цилиндрическими втулками. Речь идет о вставных насосах типа RLA, RLB и RLT.

На рисунке 10.46 показана схема насоса с подвижным цилиндром.

Цилиндры скважинных насосов выполняются самых различных конструкций.

Толстостенные цилиндры для всех длин хода изготовляются из холоднотянутых бесшовных труб различных материалов. Благодаря большой толщине стенок они почти не деформируются, но их внутренний диаметр меньше, чем у тонкостенных цилиндров, что отрицательно сказывается на эффективной площади плунжера.

Тонкостенные цилиндры изготовляются из цельнотянутых труб или сварных труб с продольным швом. Из-за небольшой устойчивости к деформации длина цилиндров ограничена. Кроме того, этот вид исполнения с тонкой стенкой чувствителен в отношении высоких перепадов давления. Для повышения износостойкости рекомендуется закалка или твердое хромирование рабочих поверхностей.

У трубных насосов применяются рабочие цилиндры следующих видов исполнения:

– толстостенный хонингованный цилиндр, предназначенный
для применения в комбинации с плунжером с мягким уплотнением.

Этот вид исполнения одинаковый для насосов TL (трубных насосов) и RL (вставных насосов).

Принципиально различают цельные втулки (употребляются редко) – рисунок 10.47 – и секционные втулки. Секционные втулки представляют собой соосно расположенные в кожухе цилиндрические втулки (длиной в 1 фут каждая), фиксируемые стяжными муфтами с обоих концов кожуха. Преимущество данной конструкции заключается в том, что в таких цилиндрах имеется возможность доработки или замены отдельных втулок. Имеются также специальные втулки с увеличенной толщиной стенки. Втулки изготовляются из термически улучшенных или закаленных труб центробежного литья. Внутренняя поверхность (рабочая поверхность плунжера) точно хонингована с очень узкими допусками.

Отличные антифрикционные свойства дает комбинация втулки центробежного литья с твердохромированным плунжером, в особенности при откачке некорродирующих и неабразивных смесей.

– Толстостенный прецизионно хонингованный цилиндр для трубных насосов (ТН)

Цилиндр интегрирован в колонну НКТ. Учитывая общую нагрузку на глубине установки насоса (собственный вес, температура, винтообразный изгиб, изменение длины, растягивающее напряжение от соответствующих пакеров или трубных якорей), толщина стенок должна быть больше (1¹/₄"), чем у вставных насосов. Внутренняя (рабочая) поверхность цилиндра точно хонингована, потому что для металлического плунжера желательно иметь минимальные допуски. У цилиндра наружная цилиндрическая резьба по АНИ спец. 11 АХ, тип С31 (рисунок 10.48, а).

– Толстостенный хонингованный цилиндр для трубных насосов (ТР)

Данный цилиндр применяется в комбинации с плунжером с мягким уплотнением. Поскольку для плунжеров данного вида требуются менее узкие допуски, чем для металлического плунжера, поверхность цилиндра достаточно подвергать простому хонингованию.

В этом случае соединительные резьбы цилиндра – конические, по АНИ спец. 11 АХ, тип В1 (рисунок 10.48, б).

– толстостенные прецизионно хонингованные цилиндры;

– тонкостенные прецизионно хонингованные цилиндры;

– тонкостенные хонингованные цилиндры, сочетаемые с плунжером с мягким уплотнением.

– Толстостенный прецизионно хонингованный цилиндр для вставных насосов (RH)

При диаметре 1¹/₄" и 1¹/₂" толщина стенки составляет ³/₁₆", при более крупном диаметре – ¹/₄". На торцах цилиндрических резьб цилиндр имеет металлическую уплотняющую поверхность (определенный вращающий момент!). Длину хода плунжера можно увеличить при помощи навинчиваемых удлинителей (рисунок 10.48, в).

– Тонкостенный прецизионно хонингованный цилиндр для вставных насосов (RW).

В данных цилиндрах работают плунжеры максимального диаметра, чем достигается максимальный дебит. Но малая толщина стенки (¹/₈") ограничивает глубину посадки насоса. Цилиндр имеет внутренние цилиндрические резьбы (рисунок 10.48, г).

– Тонкостенный хонингованный цилиндр для вставных насосов (RS)

Аналогично типу ТР в этом цилиндре работает плунжер с мягким уплотнением, благодаря чему расширяется диапазон внутреннего допуска. Толщина стенки и исполнение резьбы – как у насоса RW.

Для обеспечения наиболее экономичного режима эксплуатации скважин в отношении коррозии и износа необходимо выбрать наиболее подходящий по качеству материал и наиболее выгодную комбинацию материалов, из которых изготовлены цилиндры и плунжеры.

Металлические плунжеры выполняют уплотняющую функцию без дополнительных уплотняющих элементов за счет выбора минимальных зазоров между плунжером и цилиндром.

Скопление жидкости в кольцевых пазах желобчатых плунжеров служит для улучшения смазки плунжера. Наличие кольцевых пазов не влияет на уплотняющую функцию. При осаждении в пазах значительного количества песка или металлических частиц, не уносимых смазывающей откачиваемой нефтью, имеет место повышенный износ или, в аварийных случаях, заклинивание плунжера.

Зазор между плунжером и рабочим цилиндром выбирается в зависимости от свойств откачиваемой среды.

В зависимости от вида употребляемых элементов уплотнения различают плунжеры:

– с комбинацией из уплотнительных колец и манжет.

В зависимости от свойств откачиваемой жидкости применяются уплотняющие элементы из кожи, прорезиненной ткани, различных пластмасс. Плунжеры с мягким уплотнением, как правило, применяются до глубины подвески максимум 1500 м. Перепады давления, действующие на плунжер и повышающиеся с увеличением глубины установки насоса, приводят к деформациям, которые в свою очередь увеличивают износ уплотняющих элементов. Кроме того, оседание песка в уплотняющих элементах также может привести к преждевременному износу этих элементов или же к повреждению рабочего цилиндра. При выборе материала плунжера и цилиндра необходимо следить за тем, чтобы выбираемые для них материалы соответствовали условиям эксплуатации.

Клапаны скважинных насосов в большинстве случаев выполнены в виде шариковых клапанов.

В зависимости от откачиваемой среды применяются клапаны из различных комбинаций материалов, различных классов твердости и различных конструкций.

По виду исполнения различают „открытые” (рисунок 10.50, a; 10.50, в) и „закрытые” корпуса (рисунок 10.50, б).

„Открытый” корпус обозначает, что жидкость всасывается в открытый сбоку корпус и затем вытекает через эти же отверстия, в то время как при „закрытом” корпусе жидкость выходит из корпуса не сбоку, а сверху. Корпуса клапанов стандартного исполнения изготовляются цельнометаллическими; для абразивных условий эксплуатации имеются резиновые направляющие шарика или коррозионностойкие вставки.

Все детали изготовлены из коррозионностойкой легированной стали. Сменная вставка подвергается специальной термической обработке, благодаря чему ее срок службы удлиняется.

На рисунке 10.51 представлены основные виды исполнения седла клапана. Применяемые ранее седла с ребрами теперь заменены седлами АНИ с гладкими кольцами.

Седла с гладкими кольцами и уменьшенным диаметром шарика применяются преимущественно во вставных корпусах клапанов; в некоторых случаях такие седла применяются также в клапанах традиционного исполнения для повышения пропускной способности клапана. Седла с ребрами могут быть поставлены также со вставками из карбида вольфрама с обеих сторон.

Практика показала, что различные материалы седел и шариков, а также их комбинации обеспечивают оптимальный срок службы в любых условиях эксплуатации.

Материал, применяемый для изготовления седел клапанов, выбирается на основе долголетнего опыта в области разработки и производства коррозионностойких специальных сплавов со специальной термообработкой и твердых металлов „BOHLERIT” (вольфрам-карбидных сплавов). Каждое отдельное седло перед поставкой подвергается заключительным гидравлическим испытаниям и испытаниям в вакууме.

Смонтированный на насосных штангах вставной насос вводится в НКТ и устанавливается в предусмотренной для этой цели гильзе колонны насосно-компрессорных труб.

Применяются крепления следующих типов, состоящие из посадочного элемента (на корпусе насоса) и гильз, относящихся к колонне НКТ – так называемого башмака:

в) комбинированное крепление фрикционным кольцом и манжетами;

г) комбинированное крепление фрикционным кольцом и механическим замком;

д) комбинированное крепление манжетного и механического типа.

Крепление извлекаемых всасывающих клапанов в трубных насосах

Посадка и извлечение всасывающих клапанов трубных насосов осуществляется при помощи насосных штанг и байонетного соединения на плунжере (рисунок 10.52).

По виду крепления всасывающего клапана трубных насосов различают:

Механический замок передает удерживающие силы насоса за счет силового и геометрического замыкания.

Всасывающий клапан, оснащенный многосекционной или односекционной оправкой, сидит в конической расточке в верхней части
якорного башмака, причем пружинящие пальцы нижней части оправки, заскакивающие в расточку нижней части якорного башмака, удерживают всасывающий клапан в нужном положении.

Конструкция и принцип действия механического замка трубного насоса соответствуют конструкции и принципу действия нижнего механического замка вставного насоса.

Две манжеты, смонтированные на якорной оправке, фиксируют всасывающий клапан в якорном башмаке. Для извлечения всасывающего клапана в комплекте с замком через цилиндр насоса (или втулки) наружный диаметр манжет меньше номинального диаметра плунжера.

Крепления (замки) вставных скважинных насосов

Вставные глубинные насосы с неподвижным цилиндром выпускаются с замками:

Насосы с подвижным цилиндром выпускаются исключительно с замками в нижней части насоса.

По виду крепления вставных глубинных насосов различают:

– верхнее механическое крепление (рисунок 10.53)

При встройке насоса пружина замка проталкивается через уплотнительное кольцо якорного башмака, пока якорная оправка не будет прижата к конусу уплотнительного кольца. Пальцы разжимаются, и насос зафиксирован.

При разборке насоса пальцы снова сжимаются аксиальным натяжением, в результате чего пружину замка можно извлечь через уплотнительное кольцо.

–

нижнее механическое крепление (рисунок 10.54)

Исполнение этого типа замка соответствует исполнению верхнего механического замка (причем якорная оправка имеет не переходник, а наконечник), или же исполнению механического нижнего замка трубных насосов.

У вставных насосов функция удерживания выполняется тремя манжетами. Якорная оправка сталкивается при встройке насоса в якорный башмак до упора. Якорный башмак одинаковый для верхнего и нижнего замков. У верхнего замка на рабочий цилиндр или удлинительный ниппель навинчен переходник, у нижнего замка на якорную оправку навинчен наконечник. Манжетные замки трубных и вставных насосов отличаются друг от друга только количеством манжет.

Фрикционное кольцо применяется в качестве якорного элемента в комбинации с манжетным или механическим замком. Замок, как правило, оснащен 1 – 3 (или больше) фрикционными кольцами. Этот вид крепления дает наиболее высокие значения удерживающей силы. В скважинах с коррозийными жидкостями его применение не рекомендуется. Дело в том, что для обеспечения необходимого фрикционного замыкания фрикционное кольцо изготовляется из деформируемого материала (латуни), непригодного для применения в условиях коррозии.

Он включает и определение утечек жидкости между плунжером и цилиндром, и гидравлического сопротивления нагнетательного и всасывающего клапанов.

Количество жидкости, вытекшее из полости q_Σ над плунжером в полость под плунжером при его движении вверх, определяется разностью объема утечек через зазор q₁ и объема q₂ жидкости, увлеченной плунжером за собой:

где с – относительный эксцентриситет с = е/δ; е –абсолютный эксцентриситет осей плунжера и цилиндра; δ – радиальный зазор при концентричном расположении плунжера и цилиндра; D – диаметр плунжера; g – ускорение силы тяжести; Н – перепад напора на длине плунжера; v – кинематическая вязкость откачиваемой жидкости; l – длина плунжера; и – скорость перемещения плунжера относительно цилиндра.

Поскольку при движении плунжер может занимать любое возможное положение относительно цилиндра, то обычно в расчетах эксцентриситет принимают равным среднему возможному значению с = 0,5. Кольцевые канавки на плунжере уменьшают длину рассчитываемого зазора, а гидравлические сопротивления, обусловленные резким изменением профиля поперечного сечения клапана, практически не оказывают влияния. В то же время канавки на плунжере позволяют избежать его гидравлического заклинивания, когда гладкий плунжер прижимается давлением откачиваемой жидкости к одной стороне цилиндра, а возникающие при этом силы сухого трения препятствуют его движению. Поэтому при наличии каналов в формулу следует подставлять приведенную длину плунжера 1_пр = 1 – an, где а – ширина кольцевой канавки; п – число канавок.

Потери напора в клапанах определяется по формуле

где μ – коэффициент расхода, определяемый для каждого типа клапана экспериментально; f, f₀– площадь плунжера и отверстия седла клапана; и – скорость движения плунжера относительно цилиндра.

Расчет на прочность деталей скважинного насоса

Цилиндр насоса подвергается действию внутреннего давления, изменяющегося от нуля до максимального значения, под действием которого в теле насоса возникают тангенциальные и радиальные напряжения. Максимальные напряжения можно определить в зависимости от соотношения внутреннего r₂ и наружного r₁ радиусов цилиндра:

где р₂ – внутреннее давление; r – текущее значение радиуса.

Условие прочности цилиндра имеет вид σ_экв≤ [σ].

Величину σ_экв определяют по третьей теории прочности. Расчет втулок проводят аналогичным образом, но с учетом касательных напряжений, действующих при сборке насоса.

Крутящий момент, который необходимо приложить при сборке насоса, определяется исходя из условия обеспечения требуемой плотности стыков между втулками.

Плунжер насоса рассчитывается на растяжение от действия столба жидкости. Опасным сечением является впадина первого витка резьбы.

Седло и шарик клапана на прочность не рассчитываются. Как правило, их размеры определяются исходя из опыта работы применяемых конструкций.

Рассмотренные элементы в конструкции плунжерных насосов являются, по своему, уникальными. Технология изготовления плунжеров, цилиндров, клапанов, узла крепления в каждом конкретном случае сложная. Несмотря на кажущуюся простоту конструкции скважинного насоса, она является не простой, учитывая в каких условиях и при каких нагрузках он работает. От его работоспособности зависит нормальное транспортирование скважинной жидкости к устью скважины.

1. Молчанов Г.В., Молчанов А.Г. Машины и оборудование для добычи нефти и газа. Учебник для вузов. – М.: Недра, 1984. – 464 с.

Необходимость увеличения отбора жидкости до 500—700 м³/сут из скважин со средней глубиной подвески 1000—1300 м привела к применению для этой цели центробежных насосов, которые наилучшим образом обеспечивают максимальные, по сравнению с насосами других типов, подачу и напор. Эти насосы не требуют промежуточных передач для уменьшения частоты вращения вала по сравнению с частотой вращения приводного двигателя, у них отсутствуют периодически работающие всасывающие и нагнетательные клапаны, нет пар трения, детали которых движутся возвратно-поступательно.

Поэтому погружные центробежные насосы находят все большее применение при эксплуатации высокодебитных обводненных (до 99 % воды) и наклонных скважин.

Особо широкие масштабы применения этот способ добычи нефти получил на промыслах бывшего Советско

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: