При частичном закрытии диаметра труб отложениями карбонатных солей их удаляют прокачкой пресной воды, а отложения сульфатных солей удаляют, прокачивая щелочную воду. Применение горячей воды повышает эффективность работ по удалению солей из скважины.
Борьба с отложениями парафина проводится так же, как и при эксплуатации фонтанных скважин. Также оборудуют скважину автоматическими скребками или плунжерным лифтом. Периодичность прокачки горячих теплоносителей или спуска скребка в скважину определяется индивидуально для каждой скважины в зависимости от интенсивности отложения парафина на стенках труб. Для предупреждения отложения парафина в процессе эксплуатации скважины в воздушные трубы малыми дозами закачивают углеводородные растворители или растворы поверхностно-активных веществ. В результате изменяется структура газожидкостной смеси и исключается возможность отложения парафина.
При определенных условиях в процессе эксплуатации обводненных газлифтных скважин могут образоваться стойкие эмульсии, обладающие высокой вязкостью.
Для борьбы с эмульсией проводят внутрискважинную деэмульсацию введением в воздушные трубы деэмульгатора. В качестве деэмульгатора применяют нейтрализованный черный контакт (НКЧ) или какое-либо другое эффективное ПАВ.
В случае накопления воды на забое происходит уменьшение депрессии на пласт и ограничение отбора нефти из скважины. Для борьбы с водой подъемные или воздушные трубы спускают до верхних перфорационных отверстий.
16. Принцип действия штанговой насосной установки
Принцип действия насоса следующий. При движении плунжера вверх всасывающий клапан под давлением жидкости открывается, в результате чего жидкость поступает в цилиндр насоса. Нагнетательный клапан в это время закрыт, так как на него действует давление столба жидкости, заполнившей насосные трубы.
При движении плунжера вниз всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный клапан открывается и жидкость из цилиндра переходит в пространство над плунжером,
Таким образом, при ходе плунжера вверх одновременно происходят всасывание жидкости в цилиндр насоса и подъем ее в насосных трубах, а при ходе вниз--вытеснение жидкости из цилиндра в полость труб. Эти признаки характеризуют штанговый (глубинный) насос как насос одинарного действия. При каждом последующем ходе плунжера в цилиндр поступает почти одно и то же количество жидкости, которая затем переходит в трубы и постепенно поднимается к устью скважины.
17. Вставные штанговые насосы
Штанговые (глубинные) насосы по конструкции и способу установки разделяются на две основные группы: невставные и вставные. В каждой из этих групп насосы изготовляют различных типов, отличающихся конструктивными особенностями, габаритами, устройством плунжера.
Вставной насос спускают в скважину в собранном виде (цилиндр вместе с плунжером) на насосных штангах и извлекают его на поверхность также в собранном виде путем подъема этих штанг. Насос устанавливают и закрепляют при помощи специального замкового приспособления, заранее спускаемого в скважину на трубах. В результате этого для смены вставного насоса (при необходимости замены отдельных узлов или насоса в целом) достаточно поднять на поверхность только насосные штанги, насосные же трубы остаются постоянно в скважине; их извлекают лишь при необходимости исправления замкового приспособления, что на практике бывает редко. Таким образом, смена вставного насоса требует значительно меньше времени, чем невставного, кроме того, при использовании такого насоса меньше изнашиваются насосные трубы, так как нет необходимости их спускать и поднимать, а также отвинчивать и завинчивать при каждой смене насоса.
Эти преимущества вставного насоса имеют особое значение при эксплуатации глубоких скважин, в которых спуско-подъемные операции при подземном ремонте занимают много времени.
18. Невставные штанговые насосы
Штанговые (глубинные) насосы по конструкции и способу установки разделяются на две основные группы: невставные и вставные. В каждой из этих групп насосы изготовляют различных типов, отличающихся конструктивными особенностями, габаритами, устройством плунжера.
Невставные насосы характерны тем, что их основные узлы (цилиндр и плунжер) спускаются в скважину раздельно: цилиндр--на насосных трубах, а плунжер в сборе с всасывающим и нагнетательным клапанами--на штангах.
Подъем невставного насоса из скважины также осуществляется в два приема: сначала извлекают штанги с плунжером и клапанами, а затем трубы с цилиндром.
19. Оборудование штанговых скважинных насосов
Рабочий цилиндр собирается из отдельных чугунных или стальных втулок длиной по 300 мм. Втулки, изготовленные из модифицированного серого чугуна, применяют для трубных насосов с диаметром цилиндра более 32 мм, а втулки из легированной стали--для всех вставных насосов и для трубных насосов диаметрами 28 и 32 мм.
С целью повышения износостойкости и твердости рабочей поверхности втулки подвергают специальной термической обработке.
В зависимости от назначения и типа насоса в цилиндр устанавливают от 2 до 29 втулок.
Плунжеры штанговых насосов изготовляют длиной--1200, 1600 или 1800 мм из цельнотянутых стальных труб. Толщина стенок плунжера в зависимости от его диаметра составляет от 5 до 9,5 мм. На обоих концах плунжера нарезана внутренняя резьба для присоединения узлов: клапанов, переводников. Наружная поверхность плунжера шлифуется, покрывается слоем хрома толщиной 70 мкм для повышения износостойкости и антикоррозийной устойчивости, затем полируется.
Плунжеры изготовляются в трех исполнениях: с гладкой поверхностью, с кольцевыми канавками на наружной поверхности и с цилиндрической расточкой и фаской на внутренней поверхности (типа пескобрей).
Рис. 107. Плунжеры
Плунжеры с гладкой внешней поверхностью (рис. 107, а) устанавливают только в насосах, предназначенных для откачки жидкости, не содержащей механических примесей. Если же в откачиваемой жидкости имеется песок, то при эксплуатации глубинных насосов возникают серьезные осложнения. Частицы песка, проникая в зазоры между плунжером и цилиндром, повреждают их рабочие поверхности и преждевременно выводят насос из строя.
При большом скоплении песка в зазорах часто происходит заклинивание плунжера в цилиндре, поэтому приходится поднимать насос вместе с плунжером при закрытом всасывающем клапане, в результате этого около устья разливается жидкость, заполняющая трубы. Во избежание такого осложнения в работе глубинных насосов применяют плунжеры с канавками--ловушками для песчинок, попавших в зазоры между плунжером и цилиндром (рис. 107,б). В этом случае вероятность заклинивания плунжера значительно сокращается, а рабочие поверхности деталей насоса повреждаются песком меньше, чем в насосе с гладким плунжером. Применение канавок улучшает также условия смазки трущихся поверхностей плунжера и цилиндра.
В скважинах с большим содержанием песка в откачиваемой жидкости рекомендуется применять насосы с плунжером типа «пескобрей» (рис. 107,в), имеющим следующие конструктивные особенности. На верхнем конце плунжера сделана внутренняя цилиндрическая расточка глубиной 25--30 мм с конической фаской, скошенной внутрь, в результате чего толщина стенки уменьшена до 2 мм. Вместо верхнего нагнетательного клапана в плунжер ввинчивается специальная клетка.
При работе насоса утонченная стенка плунжера несколько расширяется от действия давления столба жидкости и плотно прижимается к стенкам цилиндра. Осевший на стенках цилиндра песок при ходе плунжера вверх срезается его заостренней кромкой и, попадая внутрь плунжера, выносится струёй жидкости.
На поверхности плунжера типа «пескобрей» имеются кольцевые канавки, расположенные на равном расстоянии друг от друга.
Для эксплуатации скважин с различной геолого-технической характеристикой и различной глубиной подвески насосы в зависимости от зазора между плунжером и цилиндром имеют 4 группы посадки:
0 -- Зазор от 0,000 до 0,045 мм на диаметр;
I --зазор от 0,020 до 0,070 мм на диаметр;
II--зазор от 0,070 до 0,120 мм на диаметр;
III--зазор от 0,120 до 0,170 мм на диаметр (такие насосы изготовляют по требованию заказчика).
Насосы с тугой пригонкой плунжера, т. е. с группой посадки 0 или I, рекомендуется применять в скважинах с легкой, маловязкой нефтью при значительном глубине подвески насоса. Насосами IIгруппы посадки оборудуется большая часть скважин при самой различной глубине их подвески. Насосы III группы посадки (со слабой пригонкой плунжера) применяют в основном при откачке вязкой нефти, а также в обводнившихся скважинах.
Клапаны. В скважинных штанговых насосах применяют шариковые клапаны: с одним шариком--со сферической фаской седла и двумя шариками--со ступенчато-конусной фаской. В последней конструкции один из шариков рабочий, а второй--вспомогательный, служащий для принудительной посадки первого шарика в седло.
Шарик и седло шарика изготавливают из нержавеющей стали и подвергают термической обработке для повышения их твердости и износостойкости. С целью повышения надежности скважинных насосов, работающих в неблагоприятных условиях (большое содержание песка в откачиваемой жидкости), применяют седла клапанов, изготовленные из твердого сплава.
Во избежание пропуска жидкости через зазоры в клапанах шарик должен плотно прилегать к седлу, что достигается притиркой шарика к рабочей поверхности седла.
Всасывающие клапаны невставных насосов состоят из наконечника-конуса и клапанной клетки, соединенных между собой на резьбе. Седло шарика плотно прижато торцами этих деталей. Клапанная клетка ограничивает перемещение шарика вверх и имеет боковые окна для выхода жидкости.
В верхнюю часть клетки ввинчивается шток ловителя или захватный шток (рис. 108,а).
В клапанах вставных насосов (рис. 108,б) вместо клапанной клетки устанавливают две детали: цилиндрический корпус клапана и внутри него стакан, который выполняет роль клапанной клетки. В клапанах с двумя шариками (рис. 108, в, г) седло клапана выполнено в виде втулки. Наружная поверхность седла имеет коническую форму с углом конуса 10°. Седло прижимается к своему посадочному месту только под действием давления столба жидкости, находящегося над ним.
Замковая опора вставного насоса (рис. 109). Узел замковой опоры состоит из переводника 1, посредством которого этот узел крепится к низу колонны насосных труб, опорного кольца 2, пружинного якоря (замка) 3 и опорной муфты 4. Опорное кольцо и пружинный якорь размещены в опорной муфте и зажимаются в ней переводником 1 при ввинчивании его в опорную муфту.
Опорное кольцо имеет тщательно обработанные торцовые и коническую поверхности. Коническая поверхность кольца служит опорой насоса, а якорь удерживает насос от перемещения при рабочем движении плунжера.
Патрубок 5, называемый рубашкой опоры, и направляющая муфта 6 не позволяют насосу во время работы раскачиваться и нарушать уплотнение в конусе.
Пружинный замок опоры представляет собой полый усеченный конус с шестью продольными разрезами, которые образуют на конусе лепестковые пластинчатые Пружины. При спуске в скважину насос раздвигает своим нижним концом пружину замка и проходит через нес вниз до тех пор, пока конус насоса не сядет на седло. В этот момент концы пружин замка оказываются напротив конического буртика на корпусе цилиндра и упираются в него, задерживая насос в замковой опоре.
Пружины замка раздвигаются при усилии около 2000 Н (200 кгс), поэтому для установки насоса на место достаточно приложить к нему часть веса штанг.
Рис. 109. Замковая опора насоса НСВ1
Рис. 108. Клапанные узлы:
а -- всасывающий клапан насоса НСН2: 1 -- захватный шток; 2--клетка; 3--шарик; 4--седло; 5 -- конус-наконечник; б--всасывающий клапан насоса НСВ1: 1--корпус; 2--стакан клапана; 3 -- шарик; 4 -- седло; 5 -- наконечник; в, г -- клапанные узлы насосов НСН1 и НСН2 с двумя шариками: 1 -- клапанные клетки; 2 -- вспомогательные шарики; 3 -- шарики; 4 -- седла; 5 -- соответственно ниппель наконечника и наконечник-конус.
Для подъема насоса также не требуется создавать большого усилия, так как концы пружин находятся на конусной поверхности буртика и при небольшом натяжении легко раздвигаются им.
При нормальной работе вставного насоса плунжер перемещается по цилиндру, не изменяя его положения в трубах; насос работает как обычный трубный насос.
Большая часть деталей и узлов глубинных насосов однотипны или одинаковы и взаимозаменяемы. В частности, почти у всех насосов одинаковое устройство имеют рабочие цилиндры, плунжеры, узлы клапанов.
НАСОСНЫЕ ШТАНГИ
Насосные штанги предназначены для передачи движения от станка-качалки к плунжеру глубинного насоса. Они представляют собой стальные стержни круглого сечения (рис. 110).