Сведения о типах и характеристиках штанговых
скважинных насосах, выпускаемых по стандарту API
- До недавнего времени основным изготовителем ГШН для стран СНГ являлся Cуруханский машиностроительный завод г. Баку (бывший завод им. Дзержинского). Изготовление насосов производилось по ОСТ 26.16.06-86. По эксплуатационным качествам, конструктивному и материальному исполнению эти насосы не в полной мере удовлетворяли запросам нефтегазодобывающей отрасли, в связи с чем значительное количество насосов закупалось по импорту в США и Европе.
- Все основные производители ГШН в США и Европе изготавливают насосы в соответствии со стандартами Американского нефтяного института (API) - Спецификация 11АХ. По своим эксплуатационным качествам эти насосы значительно превосходят изготавливаемые по ОСТ26.16.06-86, а многообразие исполнения обеспечивает подбор насосов для любых скважинных условий.
Типы и обозначение насосов
Глубинные штанговые насосы в соответствии с классификацией
API подразделяются на 15 основных типов в зависимости от исполнения цилиндра и
плунжера, расположения замковой опоры (табл. 5.3.1)
Насосы состоят из цельного неподвижного цилиндра, подвижного металлического плунжера, одинарных всасывающего и нагнетательного клапанов и узла крепления насосов в HKТ. Схемы насосов приведены 5.3.1…5.3.3.
Таблица
5.3.1
Тип насоса
|
Маркировка насосов
Маркировка
насосов В |
||||
с
метал. плунжером |
с
манж. плунжером |
||||
толстостенный цилиндр |
цилиндр
втулки |
толстостенный
цилиндр |
|||
Вставные
штанговые: -стационарный
цилиндр с верхним креплением |
RHA |
RWA
|
RLA |
- |
RSA |
Стационарный
цилиндр с нижним креплением |
RHB
|
RWB
|
RLB |
- |
RSA |
Плавающий цилиндр
с нижним креплением |
RHT |
RWT |
RLT |
- |
RST |
Трубные насосы
|
ТН |
- |
TL |
TR |
- |
Рисунок 5.3.2 - Вставной насос с нижним креплением (RHBM)
Рисунок 5.3.3 - Насос трубный (ТНМ)
Справочные данные для подбора насосов
Таблица
5.4.1
Таблица соответствия размеров НКТ типоразмерам скважинных насосов
Тип
насоса |
Условный
размер насоса, Дпл., мм |
Условный
диаметр НКТ, мм |
Толщина
стенки, мм |
НСН1, НСН2,
НСН2В
НСН5
|
28 32 43 55 68 93 |
48 48 60 73 89 114 |
4,0 4,0 5,0 5,5 6,5 7,0 |
НСН2Т |
43 55 |
73 73 |
5,5 5,5 |
НСНД |
43 55 68 93 |
48 60 73 89 |
4,0 5,0 5,5 6,5 |
НСВ1, НСВ2, НСВ1В НСВ1П |
28 32 38 43 55 |
60 60 73 73 89 |
5,0 5,0 5,5 5,5 6,5 |
НСВГ |
55/43 |
89 |
6,5 |
Таблица
5.4.2
Зависимость
коэффициента расхода клапана от числа Рейнольдса
Таблица 5.4.2
Размеры
клапанов скважинных штанговых насосов
Тип насоса
|
Условный
диаметр насоса, мм |
Диаметр
отверстия седла клапана, мм |
|||
обычного |
с
увеличенным проходным отверстием |
||||
всасывающего
|
нагнетательного |
всасывающего |
нагнетательного |
||
Невставной |
28 32 43 55 68 93 |
11 14 20 25 30 40 |
11 14 20 25 30 40 |
14 18 22,5 30 35,5 48 |
14 18 22,5 30 35,5 48 |
Вставной |
28 32 38 43 55 |
20 20 25 25 30 |
11 14 18 20 25 |
22,5 22,5 30 30 35,5 |
14 18 20 22,5 30 |
5.5.
Насосные штанги
Таблица 5.5.1
Технические характеристики штанг
Штанга |
Номинальный
диаметр штанги (по телу) dо, мм |
Номинальный
диаметр резьбы штанги (наружный) d, мм |
Диаметр
опорного бурта D, мм |
Диаметр опорного бурта D1,
мм |
Размеры квадратной части головки штанги, мм |
|
l1 |
s |
|||||
ШН16 |
16 |
23,824 |
34 |
32 |
35 |
22 |
ШН19 |
19 |
26,999 |
38 |
37 |
35 |
27 |
ШН22 |
22 |
30,174 |
43 |
38 |
35 |
27 |
ШН25 |
25 |
34,936 |
51 |
46 |
42 |
32 |
Таблица
5.5.2
Штанга |
Масса
штанг (в кг) при длине Lш, мм |
|||||
1000 |
1200 |
1500 |
2000 |
3000 |
8000 |
|
ШН16 |
2,07 |
2,39 |
2,86 |
3,65 |
5,23 |
12,93 |
ШН19 |
2,89 |
3,25 |
3,92 |
5,03 |
7,26 |
18,29 |
ШН22 |
3,71 |
4,3 |
5,2 |
6,7 |
9,68 |
24,5 |
ШН25 |
5,17 |
5,85 |
7,12 |
9,08 |
12,93 |
31,65 |
Таблица 5.5.3
Показатель
|
Величина
показателя для штанг диаметром, мм |
|||
16 |
19 |
22 |
25 |
|
Площадь сечения,
см2 |
2,0 |
2,8 |
3,8 |
4,9 |
Вес 1 погонного
метра в воздухе, Н |
17,15 |
23,05 |
30,78 |
40,18 |
Диаметр штанговой
муфты, мм |
34 |
42 |
46 |
55 |
Средний вес одного погонного метра насосных штанг в воздухе в ступенчатых колоннах
Комбинация штанг, диаметром, мм |
Процент штанг в ступенчатой колонне диаметром, мм |
Вес 1 погонного метра, Н |
|||
25 |
22 |
19 |
16 |
||
25+22+19 |
30 |
30 |
40 |
- |
32,0 |
25+22 |
30 |
70 |
- |
- |
35,0 |
25 |
100 |
- |
- |
- |
40,2 |
22+19+16 |
- |
30 |
30 |
40 |
24,0 |
19+16 |
- |
30 |
70 |
- |
27,0 |
22 |
- |
100 |
- |
- |
30,8 |
19+16 |
- |
- |
35 |
65 |
19,7 |
19 |
- |
- |
100 |
- |
23,1 |
16 |
- |
- |
- |
100 |
17,2 |
Таблица 5.5.5
Средние значения длины ступеней штанг (в процентах) от общей длины штанговой
колонны
( верхние цифры отвечают верхним толстым штангам;
нижние – тонким)
Диаметр штанги, мм |
Длина ступени штанг, %, при диаметре плунжера насоса, мм |
||||||||
28 |
32 |
38 |
43 |
50 |
57 |
63 |
68 |
93 |
|
22+19+16 |
20 25 55 |
22 26 52 |
25 30 45 |
27 33 40 |
30 40 30 |
35 45 20 |
40 50 10 |
40 50 10 |
- |
25+22+19 |
- |
20 20 60 |
22 23 55 |
23 25 52 |
25 30 45 |
30 30 40 |
30 35 35 |
35 40 25 |
40 50 10 |
25+22 |
- |
22 78 |
23 77 |
25 75 |
30 70 |
30 70 |
33 67 |
35 65 |
50 50 |
22+19 |
25 75 |
25 75 |
30 70 |
30 70 |
35 65 |
40 60 |
40 60 |
45 55 |
70 30 |
19+16 |
30 70 |
30 70 |
35 65 |
40 60 |
45 55 |
50 50 |
55 45 |
65 35 |
- |
Таблица 5.5.6
Область применения штанг
Сталь марки |
Вид
термической обработки |
Область
применения штанг |
Допускаемое
приведенное напряжение в штангах, МПа, не > |
|
Условия
эксплуатации по коррозионности продукции
скважины |
Диаметр
скважинных насосов (от– до), мм |
|||
40 |
Нормализация Нормализация с
последующим поверхностным упрочнением нагревом ТВЧ |
Некоррозионные |
28-95 28-43 55-95 |
70 120 100 |
20Н2М |
Нормализация Нормализация
с последующим поверхностным упрочнением нагревом ТВЧ |
Некоррозионные Коррозионные с
влиянием Н2S Некоррозионные Коррозионные без
влияния Н2S Некоррозионные Коррозионные |
28-95 28-43 55-95 |
90 60 130 110 |
20Н2М |
Объемная
закалка и высокий отпуск |
|
28-95 28-95 |
100 100 70 |
15Н3МА |
Нормализация
с последующим поверхностным упрочнением нагревом ТВЧ |
Некоррозионные Коррозионные
с влиянием Н2S |
28-43 55-95 28-95 |
170 150 120 |
15Х2НМФ |
Закалка и высокий отпуск
или нормализация и высокий отпуск |
Некоррозионные Коррозионные
без влияния Н2S |
28-95 |
100 90 |
Выбор конструкции штанговой колонны
Производят предварительный выбор конструкции одноступенчатой
штанговой колонны, её проверяют на ''зависание'' и усталостную прочность.
Условие движения
штанг вниз без ''зависания'' записывается
в виде
Ршт×b1³Ртр
, (5.6.1)
где b1 –
коэффициент, учитывающий потерю веса штанг в жидкости.
Для определения этих параметров используются следующие
зависимости:
Если вследствие большой величины сил гидродинамического
трения оказывается невозможным обеспечить нормальный ход вниз без зависания, то
переходят к штангам большего диаметра.
В случае невыполнения предыдущего
условия преступают к расчету двухступенчатой или трехступенчатой колонны
насосных штанг. Данные расчеты относительно трудоемки, поэтому ниже приведены
табличные данные по определению рациональной конструкции штанговой колонны.
Теоретическая производительность насосов при работе
станков качалок Таблица
5.7.1
Теоретическая подача штанговых насосов (в м3/сут) при десяти
двойных ходах в минуту и коэффициенте подачи h = 1 (насосы отечественного производства)
Длина хода полированного штока, мм |
Диаметр плунжера, мм |
|||||||
28 |
32 |
38 |
43 |
56 |
68 |
82 |
93 |
|
300 |
2,7 |
3,5 |
4,8 |
6,2 |
- |
- |
- |
- |
450 |
4,0 |
5,2 |
7,5 |
9,4 |
- |
- |
- |
- |
600 |
5,5 |
7,0 |
10,0 |
12,5 |
20,5 |
- |
- |
- |
900 |
8,0 |
10,5 |
15,0 |
19,0 |
31,0 |
47,0 |
- |
- |
1200 |
11,0 |
14,0 |
20,0 |
25,0 |
41,0 |
63,0 |
90,4 |
- |
1500 |
13,5 |
17,5 |
24,5 |
31,5 |
51,5 |
78,5 |
113,2 |
- |
1800 |
16,0 |
21,0 |
29,5 |
38,0 |
62,0 |
94,5 |
137,0 |
176,0 |
2100 |
19,0 |
24,5 |
34,5 |
44,0 |
72,0 |
110,0 |
160,0 |
205,5 |
2400 |
21,5 |
28,0 |
39,5 |
50,5 |
82,5 |
125,5 |
182,5 |
235,0 |
2700 |
24,0 |
31,5 |
44,0 |
56,7 |
93,0 |
141,0 |
205,0 |
265,0 |
3000 |
27,0 |
35,0 |
49,0 |
63,0 |
103,0 |
157,0 |
228,5 |
293,5 |
3600 |
32,0 |
42,0 |
59,0 |
75,5 |
123,5 |
188,5 |
274,0 |
352,5 |
4200 |
- |
49,0 |
69,0 |
88,0 |
144,0 |
220,0 |
319,5 |
411,0 |
5100 |
- |
- |
83,5 |
107,0 |
174,5 |
267,0 |
388,0 |
499,0 |
6000 |
- |
- |
98,0 |
125,5 |
205,5 |
314,0 |
456,5 |
587,0 |
Таблица 5.7.2
Теоретическая подача штанговых насосов (в м3/сут) при десяти
двойных ходах в минуту и коэффициенте подачи h = 1 (насосы по стандарту API)
Длина хода полированного штока, мм |
Диаметр плунжера, мм |
||||||
27,0 |
31,8 |
38,1 |
44,5 |
57,2 |
69,9 |
95,25 |
|
300 |
2,5 |
3,4 |
4,9 |
6,7 |
- |
- |
- |
450 |
3,7 |
5,1 |
7,3 |
9,9 |
- |
- |
- |
600 |
5,0 |
6,9 |
9,9 |
13,6 |
22,2 |
- |
- |
900 |
7,4 |
10,3 |
14,8 |
20,1 |
33,2 |
49,6 |
- |
1200 |
9,9 |
13,7 |
19,7 |
26,8 |
44,3 |
66,2 |
- |
1500 |
12,3 |
17,1 |
24,6 |
33,5 |
55,4 |
82,7 |
- |
1800 |
14,8 |
20,5 |
29,5 |
40,2 |
66,4 |
99,3 |
184,6 |
2100 |
17,3 |
23,9 |
34,4 |
46,9 |
77,5 |
115,8 |
215,4 |
2400 |
19,7 |
27,3 |
39,4 |
53,6 |
88,6 |
132,4 |
246,1 |
2700 |
22,2 |
30,8 |
44,3 |
60,3 |
99,7 |
148,9 |
276,9 |
3000 |
24,7 |
34,2 |
49,2 |
67,0 |
110,8 |
165,4 |
307,7 |
3600 |
29,6 |
41,0 |
59,1 |
80,4 |
132,9 |
198,5 |
369,2 |
4200 |
- |
47,8 |
68,9 |
93,8 |
155,1 |
231,6 |
430,7 |
5100 |
- |
- |
83,7 |
113,9 |
188,3 |
281,3 |
523,0 |
6000 |
- |
- |
98,4 |
134,0 |
221,5 |
330,9 |
615,3 |
5.8. Выбор типа станка – качалки (СК)
Выбор СК ведется путем сравнения расчетных величин
максимальной нагрузки, крутящего момента на валу редуктора и скорости откачки
рассматриваемого варианта компоновки оборудования с паспортными данными СК
нормального ряда.
В начале для каждого типоразмера СК последовательно
проверяется условие по максимальным нагрузкам:
Потери в подземной части ШСНУ обусловлены наличием утечек в насосе, потерей напора в узлах клапанов, наличием трения штанг о трубы и жидкость, а в наземной части ШСНУ потери мощности вызваны отклонениями от норм работы СК и электродвигателя.
Потери мощности, обусловленные утечками жидкости, учитываются с помощью специального коэффициента:
Таблица 5.9.1
Технические характеристики электродвигателей
станков-качалок
Тип двигателя |
Номинальная мощность, кВт |
Для условий номинальной нагрузки |
|
КПД,%
|
доли ед. |
||
АОП-41-4
АО2-22-4 АОП-42-4 АО2-31-4 АОП-51-4 АОП2-41-4 АОП2-42-4 АОП-52-4 АОП2-51-4 АОП-62-4 АОП2-52-4 АОП-63-4 АОП2-61-4 АОП-72-4 АОП-71-4 АОП-73-4 АОП2-72-4 АОП-84-4 АОП2-81-4 АОП2-82-4 |
1,7 2,2 2,8 3,0 4,5 4,0 5,5 7,0 7,5 10,0 10,0 14,0 13,0 20,0 22,0 28,0 30,0 40,0 46,0 55,0 |
81,0 82,5 83,0 83,5 84,5 85,0 87,0 86,0 88,0 86,5 88,0 87,5 88,0 88,0 89,5 89,0 90,0 90,0 91,0 92,0 |
0,82 0,83 0,84 0,84 0,85 0,81 0,82 0,86 0,83 0,87 0,83 0,87 0,84 0,87 0,85 0,87 0,85 0,88 0,89 0,89 |
После
окончания расчетов выбирается ближайший более мощный электродвигатель,
обеспечивающий требуемую (с коэффициентом запаса 1,3) мощность.