Штанговый насос для перекачивания нефти: виды, конструкция, принцип действия

Штанговый глубинный насос (аббревиатура – ШГН) – оборудование, предназначенное для перекачивания жидкой среды из глубоких скважин вертикального и наклонного типа. Особенно распространены ШГН в промышленности, на нефтяных месторождениях. Различные типы скважинных насосов подходят для перекачивания жидкости с содержанием посторонних примесей и/или газового фактора. В зависимости от перекачиваемой жидкости подбирается конкретный тип СШН, каждый из которых имеет ряд преимуществ и недостатков.

Штанговые насосы, независимо от вида установки и назначения, состоят из двух частей: наземной (запускает процесс перекачивания жидкой среды) и подземной. Наружная часть включает в себя качалку, которая отвечает за равномерность движений насоса, и блок управления.

Подземная часть обеспечивает «захват» жидкой среды и её подачу на поверхность. Состоит из ключевых элементов:

• цилиндрический корпус (обеспечивает защиту от повреждений основным элементам);
• пустотелый поршень или плунжер (отвечает за передачу жидкости по шлангам);
• нагнетательный и всасывающий клапаны («захватывают» и передают жидкую среду на поверхность);
• насосные шланги (соединены с наружной частью ШГН – качалкой, которая обеспечивает движение всей конструкции).

Оборудование можно разделить на два вида: вставные и невставные (трубные). 

Конструкции вставного плана погружаются в скважину в уже собранном виде, к преимуществам их эксплуатации относят лёгкость ремонта при неисправности, обслуживания. Предварительный разбор СШН перед извлечением из скважины так же не требуется. Среди недостатков использования – возможность перекачивания жидкой среды с минимальным дебитом.

Вставные насосы разделяются на два вида:

• с верхним расположением замка (НВ1);
• с нижним расположением замка (НВ2).

Конструкция невставного типа погружается в скважину поэтапно: сначала на нужную глубину опускается цилиндр, после чего в него при помощи штанги монтируется пустотелый поршень (плунжер) с клапанами.

Основной недостаток – сборная конструкция, что усложняет ремонт, обслуживание: для устранения неисправностей требуется разобрать оборудование, после чего достать его на поверхность.

Трубные насосы разделяются на:

• установки без ловителя (НН);
• установки с ловителем (НН1);
• установки с захватным штоком (НН2).

Разновидности СШН трубного вида

Выбор СШН для перекачивания жидкости зависит от нескольких факторов. От условий эксплуатации: глубины скважины, её типа (горизонтальная, вертикальная, скважина с наклоном), температуры внутри. Стоит учитывать характеристики жидкой среды, для откачивания которой будет использоваться. Сюда относится степень вязкости, содержание примесей и процент газа.

Вставной с верхним расположением замка. Основное назначение– перекачивание жидкости с высокой степенью вязкости, с содержанием механических примесей до 1,3 г/л. Основные конструктивные элементы расположены попарно: верхний и нижний плунжеры, цилиндры, клапаны клапанного блока.

Основное назначение НВ 1 БД 1 – перекачивание высоковязкой нефти и другой жидкой среды. Верхний клапан закрытого типа создаёт внутри дополнительную нагрузку, что препятствует зависанию штанг, снижает риск механических повреждений, чрезмерных усилий трения.

Один из видов штанговых насосов с нижним расположением замка. Подходит для перекачивая жидкости с содержанием как механических примесей (до 1,3 г/л), так и свободного газа (до 25%). Основные конструктивные элементы расположены попарно: верхние и нижние пустотелые поршни (плунжеры), цилиндры, клапаны клапанного блока.

Зона между пустотелыми поршнями меньше зоны нижнего цилиндра, что способствует увеличению давления, позволяет перекачивать жидкую среду с содержанием газа. при движении плунжеров жидкая среда сжимается повторно, что препятствует блокировке системы, не позволяет удалить из состава газ.

Глубинный насос невставного типа. Возможна эксплуатация в искривлённых скважинах, скважинах с небольшим наклоном. Наличие кожуха обеспечивает дополнительную защиту от механических повреждений и повышенной нагрузки во время трения, что позволяет перекачивать нефть с высокой степенью вязкости и механическими примесями. 

Конструкция невставного типа, созданная для откачивания жидкой среды с содержанием механических примесей более 1,3 г/л, конструктивная особенность – наличие длинного плунжера с коротким цилиндром. Среди преимуществ – повышенная стойкость к механическим повреждениям, истиранию поверхности при контакте с большим количеством механических примесей, повышенная стойкость к коррозии, износу плунжера.

Длина плунжера значительно превышает размер цилиндра, что обеспечивает их постоянный контакт, обеспечивает повышенный срок эксплуатации.

Данный тип установки используется исключительно на нефтяных месторождениях. Перекачивать нефть с содержанием до 25% газа в составе позволяет наличие дополнительного разгрузочного клапана: он предотвращает блокировку насоса при всасывании жидкой среды. 

Штанговый насос дифференциального типа был создан для перекачивания нефти из «сложных скважин» - например, горизонтального типа, с наклоном. Эксплуатация других типов СШН в данном случае невозможна – велик риск разрыва шланг. НН2СП подходит для работы с нефтью высокой степенью вязкости. 

Независимо от вида СШН и характеристик перекачиваемой жидкости, принцип работы выглядит схожим образом:

1. Блок управления, расположенный на поверхности, после движения качалки обеспечивает действие подземных элементов.
2. Пустотелый поршень (плунжер) начинает движение вверх – открывается всасывающий клапан, через который внутрь поступает жидкость из скважины. Разрежение давления, вызванное движением плунжера, снижает силу трения, позволяет перекачивать нефть с содержанием газового фактора.
3. При смене положения качалки пустотелый поршень опускается, способствуя движению жидкости по подъёмным трубам к поверхности. Всасывающий клапан при этом закрывается.
4. Через нагнетательный клапан нефть поступает наружу.

Смена положения качалки обеспечивает равномерные движения пустотелого поршня вверх-вниз в едином темпе, за счёт чего перекачиваемая жидкость постепенно заполняет внутренний объём.

Понять, какой тип насосной установки подойдёт для перекачивания конкретной жидкой среды, можно по маркировке. Маркировка наносится на корпус устройства в формате «ХХХХ Х-ХХ-ХХ-ХХ-Х» и содержит основные сведения о технических характеристиках, условиях использования, мощности, размерах СШН.

Какие параметры ШГН обозначены в маркировке:

1. ХХХХ – к какому типу относится данная модель глубинного штангового прибора: вставного (НВ1, НВ2) или невставного (НН, НН1, НН2).
2. ХХ – условный диаметр пустотелого поршня (плунжера). Для современных ШГН характерны следующие значения: 29 мм, 32 мм, 38 мм, 44 мм, 57 мм, 70 мм, 95 мм, 102 мм.
3. Х – максимально возможный ход пустотелого поршня (измеряется в мм). Для определения максимального расстояния, на которое способен перемещаться плунжер, данное значением требуется разделить на сто.
4. ХХ – максимальный напор (измеряется в метрах водяного столба). Для определения максимальной мощности пустотелого поршня данное значение требуется разделить на сто.
5. Х – группа посадки, указывает на степень увеличения расстояния между пустотелым поршнем и внутренними стенками цилиндра во время работы. Для современных устройств характерны следующие значения: 0, 1, 2, 3.

Дополнительное оборудование обеспечивает дополнительную защиту от повреждений, а также увеличивает срок их эксплуатации. Наличие оборудования также делает возможной эксплуатацию ШГН в усложнённых условиях.

К дополнительному оборудованию относится:

• защитные устройства (фильтр с регулировкой зазора, камера трубной оскалины, газопесочный якорь);
• клапаны (промывочные, для глушения скважины, со сбивным штырём, сливные мембранные);
• опоры (предназначены для фиксации оборудования после установки);
• автосцепы (устройства автоматического захвата, предназначенные для соединения насосного плунжера с колонных насосных штанг при монтаже цилиндра с плунжером).

Штанговые насосы получили широкое распространение в местах добычи нефти, используются на 30% всех нефтяных месторождений в мире. К их преимуществам относят высокую эффективность конструкции, устойчивость элементов к повреждениям, истиранию, что делает возможным перекачивание нефти с содержанием примесей. Также отличаются высокой степенью ремонтопригодности, простым обслуживанием.

Среди недостатков выделяют невысокий уровень подачи, обеспечиваемый данным видом оборудования, а также невозможность перекачивания нефти из скважин с большим наклоном или высокой степенью искривления. Также невозможна эксплуатация ШГН в скважинах с различной степенью глубины: в этом случае велик риск разрыва шлангов.

ШГН – оборудование, предназначенное для перекачивания жидкости из глубоких скважин (в том числе горизонтальных, с разной степенью наклонности). В зависимости от типа СШН, возможно перекачивание жидкой среды с содержанием посторонних примесей или газового фактора, а также разной степени вязкости. Разделяются на вставные и невставные (трубные).

Подобрать оборудование под конкретные характеристики перекачиваемой жидкой среды можно при помощи маркировки: на ней расположена основная информация о СШН, условия эксплуатации, показатели мощности и совместимость с другими элементами. Маркировка располагается на корпусе в формате «ХХХХ Х-ХХ-ХХ-ХХ-Х.