Штанговая скважинная насосная установка

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Аннотация

В данном курсовом проекте рассматриваются основные типы и конструкции штанговых скважинных насосных установок и их основные узлы.

Целью курсового проекта является расчет ступенчатой колоны штанг определение их основных параметров для станка-качалки СКД 8-3,5-2200.

В данном проекте проведен полный анализ штанговых скважинных насосных установок, подобрано оборудование, отвечающее заданным исходным данным, обеспечивающим качественную работу станка-качалки, проведены необходимые расчеты элементов станка-качалки, приведены патентные исследования. Отмечены условия монтажа и ремонта элементов станков-качалок, условия их транспортирования и техника безопасности при работе со станками-качалками.

Курсовой проект выполнен на 62 листах.

Одним из наиболее распространенных механизированных способов эксплуатации скважин является способ с использованием скважинного насоса с приводом, расположенным на поверхности. Свыше 65 % действующего фонда скважин оснащены штанговыми скважинными насосными установками (ШСНУ). С помощью ШСНУ добывается около 30 % всей нефти.

Такое широкое распространение эксплуатации скважин штанговыми установками объясняется тем, что этот способ наиболее экономичный и гибкий в отношении регулирования отбора жидкости.

К преимуществам ШСНУ относится:

- простота конструкции,

- простота обслуживания и ремонта в промысловых условиях,

- удобство регулировки,

- возможность обслуживания установки работниками низкой квалификации,

- малое влияние на работу ШСНУ физико-химических свойств откачиваемой

жидкости,

- высокий КПД,

- возможность эксплуатации скважин малых диаметров.

Эффективность добычи нефти штанговыми насосами в основном зависит от правильного подбора оборудования и установления оптимальных режимов откачки жидкости. Различие нефтяных скважин по объему продукции и требуемой высоте ее подъема определяет необходимость иметь размерный ряд по мощности штанговых насосных установок. Разнообразие профилей скважин, состава продукции обуславливает необходимость иметь несколько конструктивных вариантов внутрискважинных элементов оборудования, наиболее приспособленных к условиям эксплуатации, и варианты исполнения этих элементов оборудования, соприкасающихся с продукцией, так же и по применяемым материалам, с тем чтобы обеспечить их наибольшую износостойкость, коррозионную стойкость и коррозионно-усталостную прочность в условиях воздействия различных сред.

Глобальной задачей проектирования оптимальных ШСНУ является создание не только отдельных типоразмеров, но и размерных рядов элементов оборудования ШСНУ, обеспечивающих минимизацию затрат при совокупности их применения.

За последние годы на промыслах появились новые станки-качалки типа СКД, усовершенствованные подъемные агрегаты, скважинные насосы, специальная техника, механизмы и инструменты.

Повсеместно проводится широкая работа по борьбе с коррозией нефтепромыслового оборудования и с отложениями солей и парафинов, а также по охране окружающей среды. Появились новые дозаторы, химические реагенты и технология их применения.

1. Анализ тенденций развития и постановка задачи проектирования

1.1 Общие сведения о штанговых насосах

Эксплуатация нефтяных скважин штанговыми насосами - наиболее распространенный способ добычи нефти, охватывающий более 65% действующего фонда скважин. Современными штанговыми насосными установками можно добывать нефть из одного или двух пластов скважин глубиной до 3500 м с дебитом жидкости от нескольких кубометров до нескольких сотен кубометров в сутки.

Штанговая насосная установка для эксплуатации одного пласта (рисунок 1) состоит из станка-качалки, устьевого сальника, колонны насосных штанг и насосно-компрессорных труб, а также вставного или не вставного скважинного насоса. Для закрепления в колонне насосно-компрессорных труб вставного скважинного насоса, спускаемого на колонне насосных штанг, применяется замковая опора. Цилиндры не вставных насосов спускаются в скважину на конце колонны насосно-компрессорных труб, а плунжер - на конце насосных штанг. Кроме того, подземное оборудование может включать различные защитные устройства (газовые и песочные якоря, хвостовики), присоединяемые к приемному патрубку ШСН и улучшающие его работу в осложненных условиях (песок, газ).

Штанговый скважинный насос состоит из длинного (2--4 м) цилиндра той или иной конструкции. На нижнем конце цилиндра укреплен неподвижный всасывающий клапан, открывающийся при ходе вверх. Цилиндр подвешивается на трубах. В нем перемещается поршень-плунжер, выполненный в виде гладко обработанной трубы длинной 1-1,5 м, имеющей нагнетательный клапан, также открывающийся вверх. Плунжер подвешивается на штангах. При движении плунжера вверх жидкость через всасывающий клапан под воздействием давления на приеме насоса заполняет внутреннюю полость цилиндра. При ходе плунжера вниз всасывающий клапан закрывается, жидкость под плунжером сжимается и открывает нагнетательный клапан. Таким образом, плунжер с открытым клапаном погружается в жидкость. При очередном ходе вверх нагнетательный клапан под давлением жидкости, находящейся над плунжером, закрывается. Плунжер превращается в поршень и поднимает жидкость на высоту, равную длине хода (0,6 - 6 м). Накапливающаяся над плунжером жидкость достигает устья скважины и через тройник поступает в нефтесборную сеть.

1 - станок-качалка; 2 - сальник устьевой; 3 - колонна НКТ; 4 - колонна насосных штанг; 5 - вставной скважинный насос; 6 - невставной скважинный насос; 7 - опора.

Рисунок 1 - Штанговая насосная установка

1.2 Анализ конструктивного исполнения станков качалок

Наземная часть установки состоит из станка-качалки и устьевого сальника. Станки-качалки - индивидуальный балансирный механический привод ШСН. Станки-качалки выполняются в двух исполнениях: СК, выпускаемые семи типоразмеров, и СКД, выпускаемые по ГОСТ 26-16-08 - 87 шести типоразмеров. В шифре, например, СКД8-3.5-2200, указано:

8 - наибольшая допускаемая нагрузка рmах на головку балансира в точке подвеса штанг, умноженная на 10кН;

3.5 - наибольшая длина хода устьевого штока, м;

2200 - наибольший допускаемый крутящий момент на ведомом валу редуктора, умноженный на 0,01кН · м. Дополнительно СК характеризуют числом n качаний балансира (двойных ходов), которое изменяется от 5 до 15 мин-1.

Техническая характеристика станков качалок приведена в приложениях.

5 - кривошип; 6 - редуктор; 7 - ведомый шкив; 8 - ремень; 9 - электродвигатель; 10 - ведущий шкив; 11 - ограждение; 12 - поворотная плита; 13 - рама;

14 - противовес; 15 - траверса; 16 - тормоз.

Рисунок 2 - Станок-качалка

Балансир изготавливают из профильного проката или сварной конструкции. В станках-качалках 1СК-ЗСК балансир выполнен с откидной головкой, а в 4СК-9СК - с поворотной. В рабочем положении поворотная головка фиксируется клином защелки, входящим в паз шайбы головки. Клин защелки соединен с рукояткой канатом. При освобождении головки клин при помощи рукоятки оттягивается назад. Головка балансира поворачивается после отсоединения с колонной штанг при текущем ремонте скважин. Головка балансира представляет собой дугу окружности, чем обеспечивается прямолинейность движения сальникового штока при качании балансира. В верхней части головки закреплен ролик, на который надет канат. К концам каната прикреплена канатная подвеска сальникового штока. На заднем плече балансира у станков-качалок с балансирным и комбинированным уравновешиванием устанавливают грузовые чугунные плиты.

Балансир связан с редуктором двумя параллельно работающими кривошипно-шатунными механизмами и поперечной траверсой. Траверса соединена с балансиром при помощи шарнирного соединения - опоры траверсы. Прочность балансира должна соответствовать изгибающему напряжению, возникающему от нагрузок в скважине и противовеса.

Опора балансира (рисунок 3) представляет собой в средней части ось квадратного сечения, концы ее покоятся на сферических роликоподшипниках. Подшипники установлены в чугунные корпуса, которые крепятся болтами к верхней плите стойки.

Балансир опирается на среднюю квадратную часть оси и закрепляется двумя скобами.

1- верхняя плита, 2 - балансир, 3 - скоба крепления балансира,

4 - корпус подшипника, 5 - установочный винт.

Рисунок 3 - Опора балансира

Опора траверсы обеспечивает шарнирное соединение балансира с траверсой и шатунами. В станках-качалках с комбинированным и кривошипным уравновешиванием ось опоры траверсы находится в клеммовых зажимах двух кронштейнов (рисунок 4). В станках-качалках с балансирным уравновешиванием осью опоры траверсы непосредственно является сама траверса.

1-кронштейн, 2-корпус подшипника, 3-крышка подшипника, 4-гайка установочная, 5-ось, 6-подшипник качения.

Рисунок 4 - Клеммовый зажим

Шатуны, соединительное звено между кривошипом и траверсой, выполняют из стальной трубы ГОСТ 8732-70. В верхнюю часть шатуна вварена головка для соединения с траверсой, а к нижней части приваривают опорный башмак, к которому крепится нижняя головка шатуна.

Верхняя головка шатунов (рисунок 5) в станках-качалках 1СК- 3СК при помощи клеммового соединения прикрепляется к самой траверсе, а в сынках 4СК--9СК -- к пальцу. Палец в свою очередь шарнирно соединен с траверсой. Нижняя головка, прикрепляемая двумя болтами к опорному башмаку, состоит из корпуса сферического шарикоподшипника в станках-качалках 1СК--2СК и сферического роликоподшипника в станках ЗСК--9СК. Подшипники насаживают на палец кривошипа, выступающий конец которого вставляется в кривошип.

1 - шатун, 2 - траверса, 3 - ось шатуна, 4 - втулка

Кривошипы в станках-качалках по ГОСТ 5866-66 изготавливают со ступенчатым и с бесступенчатым (плавным) изменениями длины хода. Длину хода точки подвеса штанг регулируют изменением радиуса вращения пальца нижней головки шатуна, закрепленного в кривошипе.

В кривошипах с бесступенчатым изменением длины хода выступающий из нижней головки шатуна палец кривошипа, оканчивающийся плитой со скосами типа «Ласточкин хвост», обеспечивает плавное и направленное перемещение в специальных направляющих кривошипа. Для надежной фиксации пальцев на кривошипах предусмотрены клиновые зажимы, соединенные с пальцами специальными болтами. Палец перемещается по кривошипу при изменении длины хода точки подвеса штанг при помощи ходового винта с трапецеидальной резьбой. Один конец пальца закреплён в подшипнике, а другой заканчивается головкой квадратного сечения под торцовый ключ. При перемещении пальца вдоль кривошипа необходимо последний установить в горизонтальное положение, ослабить болт клинового зажима и торцовым ключом придать вращение ходовому винту в нужном направлении.

1 - палец; 2 - шатун; 3 - корпус подшипника; 4 - шпонка, 5 - кривошип

Рисунок 6 - Нижняя головка шатунов:

После установки пальца в требуемом месте против соответствующего деления на кривошипе затягивают болтом клин. В кривошипах ступенчатого изменения длины хода конец кривошипного пальца конической формы закрепляется в отверстии кривошипа корончатой гайкой. При перестановке пальцев в кривошипных отверстиях освобождаются болты, соединяющие шатун с нижней головкой. Для уравновешивания станков-качалок (с кривошипным уравновешиванием) в процессе их эксплуатации на кривошипах может быть установлено до восьми противовесов. Кривошип, насаженный па ведомый вал редуктора, преобразует вращательное движение вала в возвратно-поступательное, которое передается колонне насосных штанг через промежуточные звенья - шатуны, траверсу, балансир и подвеску сальникового штока. Канатная подвеска сальникового штока, выполняющая роль гибкого звена между колонной насосных штанг и станком-качалкой, состоит из верхней траверсы с втулкой клинового зажима сальникового штока и нижней с двумя втулками клинового зажима каната. Верхняя траверса опирается на втулки зажимов каната. В зазор между траверсами вводятся рычаги динамографа для снятия динамограммы работы глубинного насоса. При этом вследствие увеличения расстояния между траверсами, создаваемого съемными домкратами, верхняя траверса опирается не на втулки, а на рычаги динамографа, которые воспринимают всю нагрузку, передаваемую на балансир станка-качалки. В качестве гибкого звена служит канат, диаметр которого подбирается в зависимости от нагрузки в точке подвеса штанг. Подвески сальникового штока имеют шифр ПСШ-3, ПСШ-5 и ПСШ-15 в зависимости от грузоподъемности (3, 5 и 15 т).

1 - нижняя траверса; 2 - плашки каната; 3 - пружина плашек; 4 - винт опорный, 5 - верхняя траверса; 6 - плашка штока; 7 - пружина плашек штока;

8 - сальниковый шток; 9 - канат

Рисунок 7 - Канатная подвеска сальникового штока

В последние годы широко внедряется телединамометрирование, при котором реже приходится прибегать к контролю работы глубинного насоса динамографами. При этом применяется канатная подвеска с одной верхней траверсой. Нижняя траверса является съемной и применяется только в процессе динамометрирования гидравлическим динамографом. Тормоз (рисунок 8) станка-качалки двухколодочный.

Конструкцией предусмотрено три типа узла соединения тормоза с редуктором: колодки установлены под углом относительно вертикальной оси и нижним расположением ходового винта; колодки установлены симметрично относительно вертикальной оси; колодки установлены под углом относительно вертикальной оси с верхним расположением ходового винта.

Рисунок 8 - Тормоз станка-качалки

Поворотная рама-салазки (рисунок 9) под электродвигатель обеспечивает быструю смену и натяжение клиновых ремней. Выполнена она в виде рамы, которая в станках-качалках 1СК-7СК шарнирно укреплена на конце станины в трех точках, а в станках 8СК-9СК в четырех точках. К раме прикреплены болтами салазки, на которые устанавливается электродвигатель. Рама с салазками поворачивается вращением ходового винта.

Привод станка-качалки осуществляется от асинхронного короткозамкнутого электродвигателя с повышенным пусковым моментом, специального исполнения, типа АОП2 по ГОСТ 183-66 со скоростью вращения вала 750, 1000 и 1500 об/мин. Станки-качалки небольшой мощности (до 3 кВт) поставляются с электродвигателем по ГОСТ 13859--68.

Кинематическая схема станка-качалки (рисунок 10) включает двигатель 1, клиноременную передачу 2, зубчатый редуктор 3 и шарнирно четырехзвенный механизм 4 с балансиром 5, преобразующим движение ведомого (выходного) вала редуктора в возвратно-поступательное движение точки подвеса штанг.

1-электродвигатель;2-клиноременная передача;3-редуктор;4-шарнирный четырехзвенный механизм; 5-балансир

Рисунок 10 - Кинематическая схема станка-качалки

По расположению кривошипного центра О относительно прямой В1В2, проходящей через точки сочленения шатуна с балансиром в крайних верхнем В1 и нижнем В2 положениях, различают три вида кривошипно-коромыслового шарнирно четырехзвенного преобразующего механизма обычных станков-качалок:

1. Аксиальный механизм OABCD с расположением кривошипного центра О на прямой В1 В2 .

2. Дезаксиальный механизм с положительным дезаксиалом с расположением кривошипного центра О и центра качания балансира С по обе стороны от прямой В1В2.

3. Дезаксиальный механизм с отрицательным дезаксиалом с расположением кривошипного центра О и центра качания балансира С по одну сторону от прямой В1В2.

У станков-качалок с аксиальным исполнением одинаковое время хода штанг вверх и вниз. Это достигается благодаря наличию зависимости между звеньями преобразующего шарнирно четырехзвенного механизма при максимальной длине хода точки подвеса штанг.

В дезаксиальных шарнирных четырехзвенных преобразующих механизмах средняя скорость движения точки подвеса штанг в каждом полуцикле (ходах вверх и вниз) в зависимости от направления вращения кривошипа изменяется. Например, для механизма с положительным дезаксиалом при одинаковых направлениях вращения кривошипа и балансира ход штанг вверх происходит быстрее хода вниз; при разных направлениях вращения кривошипа и балансира ход вверх происходит медленнее хода вниз.

Конструирование станков-качалок в дезаксиальном исполнении позволяет уменьшить высоту, сократить размеры и массу отдельных элементов и, в конечном счете, значительно снизить их металлоемкость. В нашей стране в основном выпускались аксиальные станки-качалки. Выпуск дезаксиальных станков-качалок СКД с небольшим положительным дезаксиалом начался в 1987 г. По типу привода наибольшее распространение в промышленности получили механические приводы скважинного насоса. Известны индивидуальные механические приводы и групповые приводы для эксплуатации нескольких скважин. Приводы первого типа включают двигатель, трансмиссию - преобразующий механизм и обеспечивают движение только одной колонны насосных штанг. В настоящее время почти все приводы ШСН относятся к этому типу. Приводы второго типа служат для эксплуатации группы (240) скважин, расположенных близко друг от друга и имеющих сопоставимые параметры. В индивидуальном механическом приводе трансмиссия уменьшает частоту вращения вала двигателя до числа оборотов, соответствующего числу двойных ходов точки подвеса штанг. По видам преобразующих элементов механические приводы делятся на 2 группы: балансирные и безбалансирные. В первых - возвратно-поступательное движение точки подвеса штанг достигается использованием качающегося рычага-балансира, который соединяется с выходным валом трансмиссии посредством кривошипно-шатунного механизма. Существуют также безбалансирные механические приводы (рисунок 11). Наиболее близкой к таким установкам является станок-качалка, в котором балансир и шатун заменяются канатом, переброшенным через шкив, причем один конец его соединяется с кривошипом, а второй - с устьевым штоком. Кривошипы безбалансирных станков-качалок имеют V-образную форму, обеспечивающую уравновешивание привода.

Известны другие индивидуальные механические приводы, включающие также двигатель, трансмиссию и преобразующий механизм. Для привода с одноплечным балансиром характерно расположение опоры на закрепленном конце балансира, а точки соединения шатуна с балансиром -- между головкой балансира и опорой. Уравновешивание может быть как грузовым, так и пневматическим за счет сжатия воздуха в пневмоцилиндре с гидравлическим затвором. Подкачка воздуха в систему уравновешивания обеспечивается небольшим компрессором. В балансирных СК с увеличением длины хода точки подвеса штанг возрастают габаритные размеры отдельных узлов и всей установки. Значительные массы качающегося балансира создают большие инерционные нагрузки, ухудшающие устойчивость станка.

рама, 2 - стойка, 3 - сальниковый шток, 4 - канатный шкив, 5 - траверса и шатуны, 6 - кривошипы, 7 - редуктор, 8 - тормоз, 9 - электродвигатель, 10 - клиноременная передача

Рисунок 11 - Схема безбалансирного станка-качалки

В безбалансирных приводах возвратно-поступательное движение штанг осуществляется с помощью цепи или, как правило, канатов, перекинутых через шкивы-звездочки, укрепленные на наклонной к устью скважины стойке-опоре, т. е. в них отсутствует качающийся балансир. Безбалансирный станок позволяет увеличить длину хода устьевого штока. Он работает в отличие от балансирного СК по симметричному циклу, что улучшает условия работы узлов редуктора станка, а также колонны насосных штанг. Безбалансирные станки выпускаются серийно под шифрами СБМ 3-1, 8-700; СБМ 6-3-2500 и СБМ 12-5-800. Здесь: С - станок; Б - безбалансирный; М -- механического действия; цифры обозначают то же, что и в шифре балансирного СК. Частота движения точки подвеса штанг. Для них соответственно составляет 5--15; 6--15 и 5--10 мин-1. В нашей стране были разработаны ШСНУ с гидроприводом типа АГН (А. Г. Молчанов). Отличительная особенность АГН - использование НКТ в качестве уравновешивающего груза в сочетании с объемным гидроприводом высокого давления. Установка монтируется в виде моноблока непосредственно на фланце колонны обсадных труб, т. е. без сооружения специального фундамента. В качестве силового органа используются длинные гидравлические цилиндры с движущимися в них поршнями. Поршень одного цилиндра соединен с колонной НКТ, а другого - с колонной штанг. Возвратно-поступательное движение поршней достигается путем переключения золотниковым устройством нагнетаемой поверхностным силовым насосом жидкости в полости цилиндров. При движении плунжера вниз цилиндр скважинного насоса перемещается вверх и происходит всасывание жидкости-. Колонны НКТ и ШН перемещаются в противоположных направлениях, а для этого требуется устанавливать два сальниковых уплотнения на устье.

По виду уравновешивающего устройства механические балансирные станки-качалки снабжаются грузовым или пневматическим уравновешивающим устройством. Существуют следующие способы размещения уравновешивающего груза: на балансире, на кривошипе, на балансире с кривошипом, на шатуне. Соответственно приводы называют: станки - качалки с балансирным, роторным, комбинированным и шатунным уравновешиванием. Действующими в настоящее время стандартами предусмотрено изготовление станков-качалок первых трех типов. Станки-качалки с одноплечным балансиром выполняются по кинематической схеме на которой расположена опора на закрепленном конце балансира, а точки соединения шатуна с балансиром - между соединением штанг с балансиром и опорой. Станки-качалки с одноплечным балансиром уравновешиваются грузовым или пневматическим аккумулятором. В первом случае груз может монтироваться на балансире, кривошипе или одновременно на балансире и кривошипе. Пневматическое уравновешивающее устройство выполняется в виде моноблока - пневмоцилиндрический гидрозатвор, ресивер, компрессор, масляный насос, КИП. В нашем хозяйстве станки-качалки с одиночным балансиром распространения не получили. В используемых конструкциях установок сочленение балансира с устьевым штоком колонны штанг обеспечиваются канатной подвеской, взаимодействующей с дуговой головкой.

Новые СК имеют только роторное уравновешивание, двухступенчатые редукторы с шевронными зубчатыми колесами с зацеплением Новикова (кроме СК2 и СКЗ, для которых допускается эвольвентное зацепление).

Тихоходный нал редуктора имеет два шпоночных паза, расположенных под углом 90°. Это позволяет переставлять кривошип на 90° и перераспределять зону износа зубьев редуктора на менее изношенные участки. Такая мера увеличивает сроки службы редуктора. Новые СК изготавливаются при более жестких технических требованиях к балансировке деталей, точности их изготовления и центровки плоскостей балансира, кривошипов и вертикальности движения канатной подвески. Предусмотрено механизированное плавное перемещение кривошипных противовесов, при котором достигается лучшее уравновешивание СК.

Изменение длины хода балансира достигается перестановкой пальца шатуна на кривошипе, а изменение числа качаний достигается сменой шкива на валу электродвигателя на другой размер.

Особенности кинематики балансирного станка-качалки: механическая трансмиссия и четырехзвенный преобразующий механизм предопределяют однозначную связь между законами движения ведущего и ведомого звеньев. При этом каждое положение точки подвеса штанг характеризуется вполне определенными скоростями и ускорениями, которые зависят только от размеров или же от соотношения размеров отдельных звеньев трансмиссии, преобразующего механизма. К кинематическим особенностям станка-качалки относится влияние направления вращения кривошипа на скорости и ускорения точки подвеса штанг. При повороте кривошипа на один и тот же угол по часовой или против часовой стрелки ускорения различны и в первом случае меньше, чем во втором. Отечественные станки-качалки выпускаются с соблюдением условия Vвн=Vн.

При рассмотрение зарубежных аналогов балансирных станков качалок стоит прежде всего рассмотреть продукцию фирмы “LS Petrochem “. Конструктивно фирма выпускает станки качалки трех типов, С балансирным, кривошипным и шатунным уравновешиванием. При этом стоит отметить что наиболее распространенным является шатунное уравновешивание. Конструктивно станки качалки американского производства, схожи с станками качалками отечественного производства . Главное различие же состоит в особой конструкции редуктора.

В станках качалках Российского производства используются редукторы типа Ц3НШ-450-28, Ц3НШ-450-40 специальный цилиндрический, трехступенчатый с шевронными зубчатыми передачами с зацеплением Новикова, с симметричным расположением колес относительно опор, предназначен для увеличения крутящего момента и уменьшения частоты вращения.

В Установках же фирмы “LS Petrochem “, устанавливается редуктор снабженный Double Circular Arc (DCA) gear , шестерней с двойным окружным зацеплением. Особенностью данного вида зацепления являться, то что благодаря двух ступенчатой форме зуба (рисунок 12), вращение передается двум шестерёнкам разных диаметров, благодаря этому данная передача эквивалентна передаче с двумя парами шестеренок. К тому же в данном виде передач используются шевронные или косозубые зубчатые колеса. Пример зацепления показан на рисунке 13.

Рисунок 12 - Форма зуба в DCA редукторе

Рисунок 13 - Схема зацепления зубьев в DCA редукторе

Так же особенности данных станков качалок по заявлению производителя является установка подшипников с максимально возможной грузоподъемностью. все редукторы что устанавливаются на станки качалки фирмы реверсивные. А так же возможность разворачивания вала редуктора в сборе, для равномерного износа зубьев шестерен.

Стоит отметить что на редукторах производящихся на территории России так же существует подобная практика. В связи с чем выходной вал редуктора имеет на выходных концах два шпоночных паза, расположенных под углом 90°, что позволяет устанавливать кривошипы в новое положение, при износе шпоночных пазов, или переводе работы выходного колеса на менее изношенный сектор зубчатого венца для увеличения срока службы редуктора.

Таблица 4 - Техническая характеристика станков-качалок по ГОСТ 26-16-08-87

2. Расчет ступенчатой колонны штанг

2.1 Выбор основных параметров

Исходные данные: СК8-3,5-2200. Глубина подвески насоса 2200 м.

Рисунок 12 - Диаграмма А.Н.Адонина

Исходя из диаграммы А.Н. Адонина, принимаем дебит скважины равным 35 м3/сут, диаметр плунжера скважинного насоса принимаем 32 мм.

Длина хода плунжера S- 3,0м;

Также принимаем:

плотность пластовой жидкости с=850 кг/м3;

число качаний n=8 кач/мин.

При больших значениях n силы инерции будут оказывать значительное влияние на работу установки, для S=3,0м предельное число качаний составляет 12 кач/мин

штанги колонны изготовлены из стали марки Сталь 20НМ, закаленная ТВЧ, с максимальным приведенным напряжением [упр] = 90 МПа;

Для заданной нам глубины спуска насоса 2200 м, а так же по выбранной нами стали принимаем по таблице IV.9 [3] , диаметр насоса , и диаметры штанг .

Диаметр насоса Dн = 32 мм ,

диаметр штанг d=25,22,19 мм;

вес 1 метра штанг в воздухе для диаметра штанг 19 мм, 2,35 кг, для диаметра 22 мм, 3,15 кг и для 25 мм 4,10 кг соответственно.

2.1.2 Определяем длину ступеней колонны штанг

Так как расчет ступенчатой колонны штанг связан с достаточно сложными и громоздкими вычислениями. Эта задача значительно облегчается применением специальной номограммы, составленной Я.А. Грузиновым 

Пользуемся уже известными нам данными упр max = 9 кгс/мм2, диаметр насоса D = 32 мм, глубина спуска L - 2200 м, число ходов в минуту n - 8, длина хода S0 = 3,0.

Назначим диаметр нижней, т. е. первой ступени колонны 19 м и определим ее длину. Для этого соединим точку 0 номограммы с точкой 19, находящейся на пунктирной линии, соответствующей насосу 32 мм, а точку 2500 с точкой 8-3,0 системы II . Через точку а пересечения линий 0-19 с вертикалью 2200-а проводим прямую, параллельную линии 2500-(8-3,0), до пересечения ее в точке с с горизонталью 9, соответствующей максимальному допустимому значению напряжений. Из этой точки опускаем перпендикуляр cd, равный по высоте отрезку bd'' между переводной линией 0-(19-22) и осью ординат. Через точку d отрезка cd снова проводим прямую, параллельную линии 2500-(8-3,0), до пересечения в точке с" с горизонталью 9. Продолжая аналогичное построение до пересечения линий fb с осью ординат, получим число ступеней, равное 3, а длины l1 = 2200 - 1360 = 840, l2 = 1360 - 640 = 720, l3 = 640.

2.2.1 Определяем режим работы ШСНУ в соответствии с критерием Коши:

, (1)

где - глубина спуска насоса, м.,

а - скорость звука в колонне штанг, для трехступенчатой штанговой колонны а=5300м/с.;

- угловая скорость вращения кривошипа, рад/с.:

;

.

Т.к. , то режим работы станка-качалки статический, можно пользоваться упрощенными формулами.

2.2.2 Определяем максимальную нагрузку в точке подвеса штанг в соответствии с формулой И.А.Чарного

, (2)

где - вес штанг, Н

, (3)

где q1 - вес одного метра штанг данной ступени;

l1 - длина данной ступени штанг;

q1=23,03Н, для штанг диаметром 19 мм;

q2=30,9Н, для штанг диаметром 22 мм;

q3=40,22Н, для штанг диаметром 25 мм;

Нм;

Нм;

Нм;

Нм;

, (4)

где давление на выходе насоса, МПа

давление в цилиндре при всасывании, МПа

площадь плунжера, см 2:

Н;

S - ход штока, S=3,0 м;

n - число качаний, n=8 кач./мин;

коэффициент плавучести:

, (5)

где - плотность пластовой жидкости, 850 кг/м3;

- плотность материала штанг, 7850 кг/м3:

;

Н.

, (6)

Н.

2.3.1 Определяем максимальное напряжение цикла по формуле

, (7)

где максимальное напряжение в точке подвеса штанг;

средневзвешенная площадь поперечного сечения штанг:

;

;

МПа

, (8)

где минимальное напряжение в точке подвеса штанг;

МПа

2.3.2 Находим амплитудное напряжение цикла

; (9)

МПа.

2.3.3 Вычисляем приведенное напряжение цикла

(10)

МПа;

Так как допускаемое приведенное напряжение для принятой колонны штанг из углеродистой стали МПа, а расчетное МПа, то выполняется условие, т.е. колонна выбрана правильно.

3. Монтаж шСНУ

3.1 Монтаж насоса

Перед отправкой на скважину внешним осмотром проверяют основные узлы насоса и плавность хода плунжера в цилиндре. Для этого насос устанавливают на козлах (верстаке) и закрепляют трубным зажимом. При обнаружении дефектов резьбы, кривизны патрубка-удлинителя и механических повреждений кожуха насос отправляют на ремонт. Для проверки состояния плунжера и узла всасывающего клапана и извлекают наружу при помощи рыма (короткие штанги с резьбой на одном конце и рукояткой на другом). Если при осмотре обнаружится, что рабочие поверхности плунжера, конуса-наконечника и седел клапанов имели царапины, риски, вмятины или следы интенсивной коррозии, а шток захватного приспособления изогнут, то насос бракуют.

Цилиндр перед проверкой протирают чистой салфеткой и смазывают веретенным маслом. Смазанный маслом плунжер соединяют с рымом, вставляют в цилиндр и прогоняют 2-3 раза по всей длине усилием не более двух рабочих с одновременным вращением. При этом плунжер должен двигаться плавно, без рывков и стука. Если плунжер останавливается, проходит с большим трудом или движется без всякого усилия, это свидетельствует о смещении и неправильном подборе втулок, а следовательно - непригодности насоса для эксплуатации.

Во вставных насосах дополнительно проверяют состояние опорного конуса: качество сборки, крепление резьбовых соединений и посадочную поверхность замковой опоры. Плунжер вставного насоса извлекают после отвинчивания упорного ниппеля замка. Во время проверки запрещается ослаблять или крепить резьбовые соединения цилиндра насоса, так как это может привести к смещению втулок или нарушению герметичности цилиндра. Перед проведением спускоподъемных операций на скважине рабочая площадка и мостики должны быть очищены от грязи и приведены в исправное состояние.

При спуске невставного насоса сначала нужно спустить защитное приспособление, потом цилиндр с патрубком и муфтой под элеватор, насосно-компрессорные трубы до заданной глубины. После посадки планшайбы на фланец колонны (или на тройник) на штангах спускаются плунжер и узел всасывающего клапана (для НН2). После спуска труб бросать конус сверху запрещается.

Вставной насос спускается в следующей последовательности: защитное приспособление (газовый якорь, хвостовик, фильтр), замковая опора, насосные трубы; при этом следует учитывать необходимость соответствия резьб переводника замковой опоры и насосных труб, а также то, что насос с длиною хода плунжера 1800 мм и выше требует установки рубашки опоры большей длины. После посадки планшайбы на фланец колонны следует спустить глубинный насос и посадить его в замковую опору. При спуске и подъеме насосов необходимо пользоваться элеватором для вставных насосов. В случаях обрыва или отворота штока от переводника вставные насосы нужно ловить колоколом, не прибегая к подъему труб.

Внутренние поверхности спускаемых в скважину труб не должны иметь отложений солей, парафина, окалины, грязи. Проверяются они при помощи специального шаблона (металлической скалки) сплошного или полого сечения. При глубине подвески насоса свыше 1000 м наружный диаметр шаблона для труб диаметром 60 мм должен быть 49 мм, для 73 мм - 60,5 мм, длина - 1250 мм.

Спуск труб большего диаметра, чем определено характеристикой насоса, не рекомендуется. Резьбовые соединения должны быть смазаны графитной смазкой и обеспечивать герметичность колонны.

Резьбовые соединения штанг должны предотвращать их самоотвинчивание при работе насоса. Запрещается спускать грязные, кривые и с поврежденными поверхностями штанги. При отсутствии специальной люстры для подвешивания штанги спускаются и поднимаются только по одной. Последние три-четыре штанги необходимо спускать плавно, не допуская удара штанг о замковую опору или плунжера невставного насоса об узел всасывающего клапана.

В насосах НН2 клапана освобождается при помощи ловителя плавной посадкой наконечника - конуса в седло с последующим (с байонетом) вращением колонны влево и приподниманием штанг, а при ловителе шарнирного (цангового) типа - аналогично, но без вращения штанг. Захват приемного клапана производится опусканием плунжера до упора байонета в шток ловителя с последующим вращением вправо и подъемом штанг, а при ловителе шарнирного типа - аналогично, но без вращения.

Практика показала неработоспособность байонетного ловителя, который из-за конструктивных недостатков и отложения парафина в его фигурных пазах не обеспечивает захват и подъем конуса насоса.

На рисунке 13 приведен усовершенствованный ловитель штангового невставного насоса, который благодаря наличию двух пластин, изменению конфигурации пазов байонета и наличию фигурного выреза на конце корпуса по всему его периметру обеспечивает надежный захват и подъем всасывающего клапана без поворота колонны штанг.

Рисунок 13 - Усовершенствованный ловитель штангового насоса

Правильность посадки вставного насоса в замковой опоре, узла всасывающего клапана НН2 в седле конуса и герметичность труб проверяют заливкой колонны водой. В случае негерметичности за счет попадания в клетку посторонних предметов необходимо промыть узел всасывающего клапана.

Вставной насос поднимают отдельно. Колонну НКТ извлекают только по каким-либо техническим причинам (чистка или промывка забоя, устранение утечек в трубах или дефекта замковой опоры и др.).