Установка штанговая скважинная насосная. Курсовая работа.

Доклад
Вашему вниманию предоставлен курсовой проект на тему «Установка штанговая скважинная насосная».
В настоящее время наиболее распространенным видом механизированной добычи нефти являются установки штанговых скважинных насосов (ШСНУ). Установка состоит из подземного оборудования, оборудования устья скважины и привода (станка–качалки).
Станок–качалка с помощью четырехзвенника (балансира, шатунов, кривошипов и неподвижной опоры) преобразует вращательное движение вала редуктора в возвратно–поступательное движение головки балансира, а следовательно штанг и плунжера насоса.
Оборудование устья насосных скважин предназначено для герметизации внутренней полости и подвешивания колонны насосно-компрессорных труб. В настоящее время для герметизации устья скважины применяется устьевой сальник. При работе установки происходит износ сальниковой набивки. Для компенсации износа сальниковой набивки её необходимо поджимать. В случае отсутствия подачи штангового насоса, происходит работа сальниковой набивки без смазки, что приводит к полной потери герметичности.
Поэтому при эксплуатации штанговой насосной установки необходимо производить ежедневный контроль состояния сальниковой набивки в устьевом сальнике. Эту работу выполняет оператор по добыче нефти, который ежедневно производит визуальный осмотр и проверку поджатия сальниковой набивки.
В данном дипломном проекте предложено в качестве герметизирующего устройства устья скважины использовать плунжерную пару.
Основанием для этого послужили результаты исследований, проведенные на кафедре НГПО, которые показали на ничтожно малую утечку жидкости через плунжерную пару, а также возникновение незначительных сил трения в паре.
Конструктивно она состоит из плунжера и сборного цилиндра. Цилиндр состоит из корпуса цилиндра, втулок, верхнего и нижнего переводника. Плунжер соединяется с колонной штанг при помощи штанговой муфты. Корпус цилиндра присоединяется к корпусу тройника при помощи переводника. Соединение корпуса тройника с колонной насосно-компрессорных труб осуществляется переводником. Цилиндр вместе с колонной насосно-компрессорных труб соединяется с фланцем, который крепится при помощи болтов к колонной головке. Для уплотнения неподвижного соединения колонны головки и фланца используется стальное кольцо. Уплотнение корпуса тройника и переводника осуществляется при помощи уплотнительного кольца, а уплотнение переводника с корпусом цилиндра производит резиновое кольцо.
При использовании плунжерной пары уплотнение внутренней полости происходит за счёт образования минимального диаметрального зазора в паре «плунжер–цилиндр» при большой длине плунжера. Для обеспечения данного требования необходима высокая чистота и точность изготовления рабочей поверхности пары «плунжер–цилиндр».
В расчётной части проекта выполнен прочностной и проверочный расчет разработанных деталей. Кроме этого выполнен расчёт энергетических затрат при работе установки. Потери мощности при работе установки составляют:
в подземном оборудовании – 26%;
в устьевом сальнике – 11%;
в поверхностном приводе – 63%.
Также в расчётной части представлен расчёт потерь мощности на трение в устьевом сальнике и в плунжерной паре. Сравнивая потери, мы видим, что они снизились в 3 раза.

2 ПАТЕНТНАЯ ПРОРАБОТКА И ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР ЗАМКОВОЙ
ОПОРЫ ВСТАВНОГО СКВАЖИННОГО НАСОСА
2.1 Патентная проработка

Сущность изобретения: содержит посадочный ниппель и двухступенчатый корпус крепления. Посадочный ниппель снабжен эластичной манжетой односторонне¬го действия установленной в его верхней части и воспринимающей перепад давления, направленный вверх. Корпус крепления выполнен двухступенчатым, причем диаметр нижней части больше диаметра верхней части. Посадочный ниппель, эластичная манжета и корпус крепления образуют герметичную камеру, заполненную жидко¬стью. При пуске насоса в работу, при движении корпуса крепления вверх, камера уменьшается в объеме и в результате сжатия жидкости в ней повышается давление. Избыточное давление в камере, действующее на кольцевую площадь между ступенями, создает силу удержания. При необходимости подъема насоса, размыкание замковой опоры происходит в процессе вытягивания насоса за штанги в течение определенного проме¬жутка времени в результате утечки жидкости из камеры через зазоры.
Технической задачей поставленной в настоящем изобретении является обеспечение фиксации замковой опоры при любых погружениях насоса под уровень жидкости, причем без создания перепада давления между полостью НКТ и приемом насоса. Кроме того, в настоящем изобретении поставлена задача повышения надежности устройства, путем исключения из его конструкции пружинного элемента.
Это достигается тем, что большая часть ступень корпуса крепления установлена ниже малой ступени и сопряжена с посадочным ниппелем по цилиндрической поверхности, образуя подвижную плунжер¬ную пару, а верхняя (малая) ступень корпуса крепления подвижно уплотнена эластичной манжетой, закрепленной в верх¬ней части посадочного ниппеля, причем эластичная манжета, корпус крепления и внутренняя поверхность посадочного ниппеля образуют замкнутую камеру, заполненную жидкостью. Кроме того, в полости посадоч¬ного ниппеля ниже манжеты выполнена расточка, диаметр и длина которой превы¬шают наружный диаметр и длину большой (нижней) ступени корпуса крепления.
Известна замковая опора вставного скважинного насоса, содержащая посадочный ниппель и корпус крепления с элементами уплотнения, причем корпус выполнен двух¬ступенчатым с герметизирующими элемента¬ми, установленными на обеих ступенях, а посадочный ниппель снабжен сквозным каналом с обратным клапаном.
Недостатком данной конструкции опоры является недостаточная надежность крепле¬ния насоса в момент установки при небольшом погружении последнего под уро¬вень жидкости. В этом случае можно увеличить требуемое усилие крепления (около 3000 Н), увеличив кольцевую площадь между ступенями корпуса. Однако возможности в этом направлении ограничены следующими обстоятельствами:
- наибольшая площадь поперечного сече¬ния большой ступени корпуса крепления ограничена просветом колонны насосных труб;
наименьшая площадь поперечного сечения малой ступени корпуса крепления ограничена, во-первых, необходимостью иметь в ней канал, обеспечивающий прием¬лемый уровень гидравлических сопротивле¬ний на приемке насоса, во-вторых, поперечным размером цилиндра насоса, если опора верхнего исполнения.
Наиболее близким к заявляемому устрой¬ству является конструкция, замковой опоры, содержащая закрепленный на нижнем конце колонны насосно-компрессорных труб поса¬дочный ниппель, двухступенчатый корпус крепления, эластичную подпружиненную манжету, установленную на верхней - большой ступени корпуса крепления, кото¬рые вместе с посадочным ниппелем образуют верхнюю замковую опору. Нижняя - малая ступень корпуса крепления известного уст¬ройства с посадочным ниппелем стыкованы в виде конусной уплотнительной пары и образуют нижнюю замковую опору. Однако указанному известному устройству присущ тот же недостаток, о котором сказано выше при описании первого аналога в начале нашей заявки, то есть для фиксации обеих его опор, в полости НКТ в начале работы вставного насоса над ним, необходимо создавать избыточное давление, превышаю¬щее давление на глубине подвески насоса. Величина такого перепада давления, по крайней мере, должна быть не меньше силы поджатия подпружиненной эластичной ман¬жеты, так как полость под указанной манжетой с началом ее перемещения вверх (вместе с корпусом крепления) немедленно сообщается с забоем скважины в результате размыкания конусной пары нижней опоры устройства. Кроме того, имеется следующий недостаток известного устройства, связанный с наличием в его конструкции пружины. Дело в том, что хотя из его нижней опоры исключена якорь-пружина, в верхней опоре все же содержится спиральная пружина, которая, несмотря на более высокую надеж¬ность по сравнению с плоским якорем-пру¬жиной, склонна к отказам в определенных условиях, например, когда в откачиваемой среде содержится значительное количество сероводорода и углекислоты.
В известной конструкции фиксирование насоса от перемещения вверх обеспечивается за счет заранее соединенного избыточного давления в полости колонны насосных труб над манжетой. Новым в принципе действия предлагаемой опоры является то, что в ней фиксирование насоса осуществляется за счет избыточного давления, под манжетой, при¬чем это давление возникает в рабочей камере самого устройства в процессе его работы в результате перемещения корпуса крепления вверх относительно посадочного ниппеля и его манжеты. Отмеченные особенности при¬дают техническому решению новые свойства - возможность надежного крепления насоса при малых величинах его погружения под уровень жидкости в НКТ, без специального заполнения последних жидкостью. Кроме того, выполненная в верхней части посадоч¬ного ниппеля расточка позволяет уменьшить износ эластичного элемента.

2.2 Литературный обзор
2.2.1 Крепление штанговых глубинных насосов

Смонтированный на насосных штангах вставной насос вводится в НКТ и
устанавливается в предусмо¬тренной 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.
а) крепление манжетами;
б) крепление механического типа;
в) комбинированное крепление фрикционным кольцом и манжетами;
г) комбинированное крепление фрикционным кольцом и механическим замком;
д) комбинированное крепление манжетного и механического типа.

2.2.1.1 Крепление извлекаемых всасывающих клапанов в вставных насосах

Посадка, и извлечение всасывающих клапанов трубных насосов осуществляется при помощи насосных штанг и байонетного соединения на плунжере.
По виду крепления всасывающего клапана трубных насосов различают:
- механическое крепление
Механический замок передает удерживаю¬щие силы насоса за счет силового и гео¬метрического замыкания. Всасывающий клапан, оснащенный многосекционной или односекционной оправкой, сидит в конической расточке в верхней части якорного башмака, причем пружинящие пальцы нижней части оправки, заскакиваю¬щие, а расточку нижней части якорного башмака, удерживают всасывающий клапан о нужном положении.
Конструкция и принцип действия механи¬ческого замка трубного насоса соответст¬вуют конструкции и принципу действия нижнего механического замка вставного насоса.
 - манжетное крепление
Две манжеты, смонтированные на якорной оправке, фиксируют всасывающий клапан в якорном башмаке. Для извлечения" всасы¬вающего клапана — в комплекте с замком — через цилиндр насоса (или втулки) на-ружный диаметр манжет меньше номиналь¬ного диаметра плунжера.









































Рисунок 2.1 – Верхнее механическое крепление


2.2.1.2 Крепление (замки) вставных насосов

Вставные насосы с неподвижным цилиндром выпускаются с замками :
- в верхней части насоса;
- в нижней части насоса;
-в верхней и нижней частях насоса.
Насосы с подвижным цилиндром выпускаются исключительно с замками в нижней части насоса.
По виду крепления вставных насосов различают:
- верхнее механическое крепление (рисунок 2.1)
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 пружина замка можно извлечь через уплотнительное кольцо.
- нижнее механическое крепление (рисунок 2. 2)
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.
Рисунок 2.2 – Нижнее механическое крепление

Манжетное крепление (рисунок 2.3).
У вставных насосов функция удерживания выполняется тремя манжетами. Якорная оправка вталкивается 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.
Крепление фрикционным кольцом
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 коррозивными жидкостями его применение не рекомендуется. Дело о том. что для обеспечения необходимого фрикционного замыкания фрикционное кольцо изготовляется из деформируемого материала (латуни), непригодного для применения в условиях коррозии.

Рисунок 2.3 – Манжетное крепление