Типы и характеристики штанговых скважинных насосов

 

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

 Основные типы насосов по стандарту API

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 5.3.1 - Вставной насос с верхним креплением по API (RHAM)

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

 Таблица 5.5.4

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              

 Р_шт×b₁³Р_тр ,                               (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.