Первое письменное упоминание о добычи нефти на территории России принадлежит к концу XIX века. В то время местные жители близь реки Ухта собирали «черное золото» и использовали в качестве смазочного материала для лечения.
В дальнейшем нефть и мазут стала использоваться как топливо для паровых котлов, а после появления двигателей внутреннего сгорания, в том числе дизелей, продукты переработки нефти стали широко применяться как топливо. Именно это вызвало быстрое развитие добычи и переработки нефти.
На сегодняшний день, развитие нефтяной и газовой промышленности характеризуется интенсивным внедрением в производство новой техники и технологии, средств автоматизации и автоматизированных систем управления производством (АСУП). Также необходимо обеспечение нефтегазодобывающей промышленности машинами и оборудованием необходимой номенклатуры, с нужными параметрами и характеристиками, высоконадёжных и в необходимом количестве.
Вместе с тем перед работниками нефтяной и газовой промышленности стоят ещё многие нерешённые проблемы по увеличению эффективности эксплуатации залежей нефти и газа. Сложнейшей задачей является повышение нефте- и газоотдачи пласта.
В последние годы доля участия нашей страны в мировом энергетическом рынке значительно возросла. Россия является активным поставщиком нефти и её производных продуктов для ряда стран Восточной и Западной Европы. Активно ведется разведка новых месторождений нефти и газа наряду с уже освоенными, на которых ведут добычу более 240 нефтегазодобывающих компаний.
На данный момент используются штанговые глубинные насосы (ШГН) и электроцентробежные насосы (ЭЦН). Так как УЭЦН имеет гораздо высокие добычные возможности по сравнению со штанговой, основной объем нефти в стране добывается с помощью установок ЭЦН (около 60% нефти всей страны).
Свыше 70% действующего фонда скважин оснащены глубинными скважинными насосами, а с их помощью в стране добывается около 30% нефти.
В виду того, что простота конструкция ШСНУ является наиболее ремонтопригодной во время практической эксплуатации именно такие установки используются на данный момент. А также положительными аспектами ШСНУ является удобство её регулировки, малое влияние на работу ШГНУ физико-химических свойств откачиваемой жидкости, относительно высоким КПД и возможностью эксплуатации скважин малых диаметров, по сравнению с другими установками и способами эксплуатации.
Однако добыча нефти с помощью ШСНУ производится на базе относительно старой технологии и техники добычи нефти, особенно это относится к скважинному и внутрискважинному оборудованию и технологическим операциям, проводимым с помощью этого оборудования.
Особенно актуальной становится разработка, изготовление и испытание нового оборудования.
Целью моего дипломного проекта является увеличение коэффициента наполнения штангового скважинного насоса, а также увеличение надёжности его работы после проведения ремонтов. Увеличение коэффициента наполнения ШСН достигается модернизацией клапанного узла, а увеличение надёжности - специальными методами ремонта, речь о которых пойдёт ниже.
Скважинный штанговый насос - одноплунжерный насос, который приводится в действие возвратно-поступательными движениями с помощью станка-качалки от двигателя, посредством движения колонны штанг.
Штанговые скважинные насосы предназначены для откачивания из нефтяных скважин нефтесодержащей жидкости.
Насосы представляют собой вертикальную плунжерную конструкцию одинарного действия с шариковыми клапанами, неподвижными цилиндрами и металлическими плунжерами; спускаются в скважину на колонне подъемных труб и насосных штанг. Возвратно-поступательное движение плунжеру передается станком-качалкой через колонну насосных штанг. Колонна штанг посредством канатной подвески подвешивается на головке балансира станка- качалки. Режим откачки (длина хода полированного штока и число двойных ходов станка-качалки) устанавливается в зависимости от количества поднимаемой жидкости.
Вставной насос спускается и извлекается из скважины на колонне насосных штанг. Для закрепления в колонне НКТ вставного насоса применяется специальная замковая опора, которая спускается перед спуском насоса на НКТ. Фиксируется корпус насоса пружинным якорем.
Что касается надежности ШСНУ, то наиболее нагруженными элементами конструкции скважинных штанговых насосов (СШН), определяющими долговечность их работы, являются цилиндр, плунжер и клапанный узел насоса.
Для начала насос проходит внешний осмотр. Если нет серьезных повреждений, ШСН отправляется на мойку, разборку и снова мойку, но уже отдельных деталей. Далее следует дефектовка промытых деталей (проверка резьб, уплотнительных торцов, основных геометрических размеров, прямолинейности и состояния рабочих поверхностей цилиндра и плунжера). После разборки, насос представляет цилиндр в сборе с всасывающим клапаном, плунжер в сборе с нагнетательным клапаном и замок со штоком.
Затем происходит ремонт других деталей (калибровка резьб, восстановление уплотнительных торцов, покрытие седла клапанного узгла и др.), сборка отремонтированного насоса и в конечном итоге испытания собранного СШН.
Усовершенствованный клапан в бакалаврской работе позволяет значительно увеличить площадь поперечного сечения седла клапана и, следовательно, уменьшить его гидравлическое сопротивление. Чем меньше гидравлическое сопротивление клапана, тем меньше вероятность появления дополнительного усилия при ходе штанг вниз.
Долговечность использования шариковых клапанов объясняется притиранием шарика в седле в процессе работы и относительно большой активной поверхностью шарика.
Представленный клапан позволяет повысить надежность, вследствие чего уменьшается отказ насоса, который может возникнуть из-за срыва узла всасывающего клапана потоком откачиваемой жидкости или непреднамеренного его захвата плунжером.
1 Пути дальнейшего совершенствования штанговых скважинных насосных установок - А.Г. Молчанов. 2014 г. Журнал «Бурение и нефть» - Издательство: ООО «Бурнефть» - Москва
2 Основы нефтегазовой инженерии - В.В. Тетельмин, В.А. Язев. - САЙНС-ПРЕСС - 2009 г. - 344 с.
3 Справочник по нефтепромысловому оборудованию - Е.И. Бухаленко, Э.С. Ибрагимов, Н.Г. Курбанов, А.Т. Раси-Заде, Ш.Т. Джафаров, Н.М. Байков, В.В. Вершковой - Издательство «Недра» - 1983 Г.-399 с.
4 Эксплуатация скважин штанговыми насосами - [Электронный ресурс] - Режим доступа: Ейр://1екыа.сот/1х4258.й1т1
5 ГОСТ Р 51896-2002 Насосы скважинные штанговые - Введ. 30.05.2003.
- ИПК Издательство стандартов - Москва
6 Идельчик И. Е. - Справочник по гидравлическим сопротивлениям/ Под ред. М. О. Штейнберга.— 3-е изд., перераб. и доп.— М. / Машиностроение, 1992.— 672 с: ил.
7 Пат. 1590651. Клапанный узел скважинного штангового насоса/ А. В. Сергиевский// Бюллетень изобретений. - 1990. - №33.
8 Молчанов Г. В., Молчанов А. Г. Машины и оборудование для добычи нефти и газа. - М.: Недра, 1984. - 464 с.
9 Штанговые скважинные насосы ШСН - [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://mfo-neft.ru/mdex.php?actюn=fu11_artic1e&id=80
10 Эксплуатация оборудования для бурения скважин и нефтегазодобычи
- В.Н. Протасов, Б.З. Султанов, С.В. Кривенков - ООО «Недра-Бизнесцентр» - 2004 г. - 691 с.
11 Ишемгужин Е. И. Теоретические основы надёжности буровых и нефтепромысловых машин. - Уфа: Изд-во УНИ, 1981. - 84 с.
12 Результаты испытаний перспективных приводов штанговых скважинных насосных установок - Д.И. Шишлянников, М.М. Тяктев - 2016г. -
Журнал «Актуальные проблемы повышения эффективности и безопасности эксплуатации горношахтного и нефтепромыслового оборудования» - Издательство: Пермский национальный исследовательский политехнический университет (Пермь).
13 Чиняев И. А. - Поршневые насосы / М.: Машиностроение / 1966. — 188 с.
14 Краснов В. И., Жильцов А. М., Набережнев В. В - Ремонт центробежных и поршневых насосов нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий / Справ, изд. -М.: Химия / 1996. — 320 с. ил.
15 Улучшение эксплуатации скважины штанговыми насосами -
[Электронный ресурс] - Режим доступа:
http://www.megadomoz.ru/article/1158/274
16 А. Е. Леонов. / Насосы гидравлических систем станков и машин. / М.- К.: Машгиз / 1960. 226 стр.
17 Механические вакуумные насосы/Е. С. Фролов, И. В. Автономова, В. И. Васильев и др. — М.: Машиностроение / 1989. — 288 с: ил.
18 Альтернативное применение и моделирование вентильного электропривода в штанговых скважинных насосных установках - А.В. Егоров, А.С. Улюмджиев - РГУ нефти и газа им. ИМ. Губкина - 2012 г.
19 Пат. 2235903 Российская Федерация, F04B47/00 / F04B53/10 / Коршунов В.Н. (RU), Машков В.А. (RU), Щапин В.М. (RU)/ 2001-06-13 / публикация патента: 10.09.2004
20 Пат. 2011092 Российская Федерация, F16K15/02 / Вагапов
Ю.Г., Султанов Б.З., Вагапов С.Ю. / подача заявки: 1990-11-26 / публикация патента: 15.04.1994