Добывать нефть начали примерно 7000 лет назад. Первые нефтяные промыслы были открыты археологами по берегам Нила и Евфрат и датированы примерно 5000-ым годом до нашей эры. Уже тогда ее применяли в качестве топлива, а ее производные для строительства дорог и бальзамирования усопших.

В современной истории первые упоминания о нефти можно встретить во времена Бориса Годунова, и называлась тогда нефть «густа», т.е. горючая вода. Но, до второй половины 19-го века ее добывали только в глубоких колодцах. Когда же доказали, что из нефти можно делать керосин для освещения, стали разрабатываться методы , используя для добычи нефти насосы.

1 Виды нефтяных насосов

Среди современных способов добычи и переработки нефти можно выделить несколько основных видов насосов для перекачки нефтепродуктов:

• эрлифт;
• газлифт;
• УЭЦН – установки электроцентробежных насосов;
• УЭВН – насосов;
• ШСН – установки штанговых скважинных нососов.

1.1 Эрлифт

1.2 Газлифт

В отличие от эрлифта, в газлифт закачивают не воздух, а газ, поэтому, это так называемый самовсасывающий газовый насос. Дальнейший принцип действия тот же: по трубе газ накачивается в башмак, смешивается с нефтью, и поднимается вверх на разнице образованного давления.

Достоинство газлифта: гораздо больший по сравнению с эрлифтом КПД. Недостаток: обязательные установки для подогрева нагнетаемого газа (ППГ-1), чтобы избежать проблем и избыточным гидратообразованием.

1.3 УЭЦН

Центробежные насосы для нефтяной промышленности по своей конструкции практически ничем не отличаются от обычной центробежной техники. Откачка нефти и откачка воды происходят по одинаковым принципам.

Погружные нефтяные центробежные насосы – это так называемые ПЦЭН, которые представляют из себя многоступенчатую (до 120 ступеней в 1-ом блоке) технику, с двигателями специальной погружной модификации.

Погружной насос для нефтепродуктов можно достраивать до 400 ступеней. Глубинные нефтяные насосы для нефтепродуктов состоят из:

• центробежного аппарата;
• узла гидрозащиты;
• погружного электродвигателя;
• компенсатора.

Вариация УПЦЭН – это установки с меньшим количеством металлических деталей, по сравнению с ПЦЭН, но с большей производительностью. УПЦЭН может перекачивать до 114 тонн в сутки.

Маркировка условных обозначений аппаратов УЭЦН М(К)/5А/250/1000 означает, что это:

• установка, на которой стоит центробежный электронасос;
• модульный;
• коррозийностойкий;
• 5А – это характеристика поперечных габаритов обсадной колонны;
• нефтяной насос справляется с подачей 250 кубических метров в сутки;
• и напором в 1000 метров.

1.4 УЭВН

Винтовые насосы для добычи нефти бывают двух видов: ЭВН и ВНО.

ЭВН входит в состав установки, которая состоит из станции управления и трансформатора, которые располагаются на поверхности. Добывающий скважинный погружной аппарат, оснащенный асинхронным маслонаполненным двигателем, может добывать пластовую жидкость повышенной вязкости.

ВНО входит в состав установки которая состоит из станции управления и электрического привода. В нефтяной промышленности его используют для труб, у которых внутренний диаметр не менее 121,7 мм.

Главной особенностью винтовых нефтяных насосов является так называемый червячный винт. Винт вращается в резиновой обойме, полости заполняются жидкостью и она проходит вверх вдоль оси винта. Причем, второй отличительной особенностью этих установок стало вдвое сниженное количество оборотов вращения двигателя (в сравнении с ПЦЭН).

1.5 ШСН

Штанговые насосы для нефтегазовой промышленности – это комплексы из наземных и подземных установок . Подземное оборудование – это сам штанговый напорный аппарат с неподвижным всасывающим клапаном в нижнем торце цилиндра и подвижным клапаном для нагнетания в верху плунжерного поршня, трубопроводы, штанга и защитные якоря или хвостовики.

Наземная аппаратура этого комплекса – это так называемый станок-качалка. Качалка состоит из закрепленных на одной раме в бетонном фундаменте, пирамиды, редуктора и электродвигателя. На пирамиде закреплен балансир, который качается на поперечнике, соединен с кривошипом и размещен по обе стороны от редуктора. Балансир и кривошип удерживаются в нужном положении тормозным аппаратом, а вся установка уравновешивается противовесами.

Есть разные модели качалок – одноплечие и двуплечие. Разделение происходит по типу установленного на них балансира. Глубина, которую способны освоить качалки – от 30-ти метров до 3, а иногда и 5 км.

1.6 Как работает ШГН? (видео)

2 Магистральные насосы для перекачки нефти

Нефтеперерабатывающий промышленный комплекс включает в себя не только добычу и переработку, но и транспортировку нефтепродуктов. При этом перекачиваемый продукт может быть разной степени вязкости и температуры.

Магистральная гидравлическая техника должна обеспечивать производство высокими показателями стабильной работы и надежности, давать хорошие напоры и быть максимально экономичной.

Магистральная техника бывает двух видов: спиральной одноступенчатой и многоступенчатой секционной. При этом вся она горизонтально-центробежная.

Подача, которую могут обеспечить многоступенчатые аппараты, достигает 710 кубических метров в час, одноступенчатые при этом могут предоставить подачу до 10000 кубометров в час.

Температура жидкости при работе с магистральной техникой не должна быть выше 80 °C. Некоторые конструкции могут работать с температурами до 200 °C.

Но всегда нужно ориентироваться на количество содержащихся в перекачиваемом материале примесей и на кинематическую вязкость жидкостей. Потому что какую бы технику в итоге вы не выбрали винтовую, диафрагменную, гидропоршневую, магистральную, мультифазную, пластинчатую, струйную, штанговую или винтовую – основные ее параметры будут ориентированы именно на эти два фактора: вязкость и количество примесей.

Глава 4. НАСОСНЫЕ СТАНЦИИ НЕФТЯНЫХ ПРОМЫСЛОВ

Классификация насосных станций нефтяных промыслов

Промысловые насосные станции классифицируются по назначению. Различают три вида станций:

Насосные станции для транспорта продукции скважин по территории месторождений от скважин до центральных пунктов сбора нефти;

Насосные станции (насосные установки), обеспечивающие функционирование центральных пунктов сбора нефти, где осуществляется подготовка нефти к транспорту на нефтеперерабатывающие заводы (НПЗ);

Насосные станции для закачки воды в нефтеносные пласты через нагнетательные скважины и добычи таким способом нефти.

Приведенная классификация насосных станций нефтяных промыслов является самой общей. На отдельных месторождениях она может иметь несколько иной вид. В частности, на ряде промыслов отсутствуют станции для закачки воды в нагнетательные скважины. Их роль выполняют высоконапорные погружные насосы водозаборных скважин, которые ведут прямую перекачку воды из водозаборных скважин в нагнетательные. Такой вариант обычно применяется на тех месторождениях, где для заводнения нефтяных пластов используют подземные воды.

Встречаются и другие отличия от приведенной выше общей классификации.

В зависимости от условий работы станций на них используются насосы различных типов. Тип насосов определяется в основном свойствами перекачиваемой жидкости.

Промысловые жидкости, транспортируемые насосными станциями, не являются в полном смысле нефтями. Это смесь различных жидкостей, газов и твердых включений.

Жидкая часть продукции скважин представлена жидкими углеводородами (собственно нефть) и водой, содержание которой в общем объеме продукции может составлять от нуля до 90-95%. Состав попутного нефтяного газа, добываемого совместно с нефтью, варьируется в широких пределах не только для различных месторождений, но и для одного и того же месторождения в различные годы его эксплуатации. Плотность газовых смесей при этом обычно находится в интервале 0,7-3,5 кг/м 3 .

Достаточно разнообразны и твердые включения. Количественная и качественная характеристика их имеет широкий спектр. Данные включения содержат в различных соотношениях частицы горных пород, выносимых потоком из скважин, окалину трубопроводов и технологического оборудования, а также твердые углеводороды в виде парафинов, церезинов, асфальтенов, смолистых веществ и так далее.

Естественное различие нефтей по вязкости и плотности дополняет общую картину физико-химических свойств промысловых жидкостей.

Столь большое разнообразие продукции скважин приводит к необходимости применения на промысловых НС насосов различных типов, так как каждый тип насосов предназначен для перекачки определенных видов жидкостей и имеет свою область рационального применения.

На промысловых насосных станциях в основном используют центробежные насосы и две разновидности объемных насосов - поршневые и роторные.

Центробежные насосы находят применение при перекачке больших объемов нефти и в тех случаях, когда не требуются большие напоры. Их применяет в основном на крупных месторождениях с маловязкой жидкостью.

Перекачка вязких нефтей производится объемными насосами. При этом роторные насосы, как правило, используются для перекачки нефтей повышенной вязкости и в тех случаях, когда производительность НС должна быть достаточно высока.

Из центробежных насосов на промыслах наибольшее распространение получили насосы типов АЯП, КСМ, МС, НК, НД, НМ, ЦНС. В Западной Сибири в последнее время предпочтение отдается преимущественно насосам ЦНС.

Поршневые насосы в основном применяются там, где нефть содержит значительный процент парафина (15%) и для нормальной перекачки таких нефтей требуется не только ее подогрев, но и сравнительно высокие давления, которые не могут развить центробежные насосы.

Для перекачки нефти и водонефтяных эмульсий (с содержанием свободного газа до 15%) широкое применение получили центробежные насосы.

Маркировка насосов расшифровывается следующим образом:

Н - нефтяной; К - консольный с подшипниковым кронштейном; С - секционный; М - моноблочный; МС - многосекционный; Д - двухстороннего входа (рабочее колесо двухстороннего входа); ЦНС - центробежный нефтяной секционный.

В маркировке насосов помимо буквенных обозначений приводятся группы цифр, с помощью которых сообщаются более детальные технические характеристики машин. Цифровые обозначения вносятся в маркировку двумя различными способами.

При одном из них общая маркировка насоса выглядит следующим образом:

Здесь первая цифра (8) соответствует диаметру входного патрубка насоса (в миллиметрах), уменьшенному в 25 раз и округленному. Вторая группа цифр (10) представляет коэффициент быстроходности насоса, уменьшенный в десять раз и округленный. Последняя группа цифр (5) отражает число ступеней насоса.

Аналогично насосам НД маркируется и другие типы насосов, например насосы НК и МС.

При втором способе маркировки вводимые в нее цифровые обозначения соответствуют основным технологическим характеристикам насосов, например

НМ -200-120-120 .

Первая группа цифр (200) здесь указывает на подачу насоса, выраженную в кубических метрах в час, вторая (120) - также на подачу и в тех же единицах, но только при сменном роторе на пониженную подачу. Последняя группа цифр (120) дает информацию о напоре, развиваемом насосом в метрах столба перекачиваемой жидкости.

Рассмотренные центробежные насосы используются для перекачки промысловой нефти с содержанием твердых взвешенных частиц в количестве не более 0,2% и размером не более 0,2 мм.

В отличие от центробежных объемные насосы находят на нефтяных месторождениях значительно меньшее применение, и это в основном поршневые насосы. Наиболее распространены поршневые насосы типов У8-3, 9МГр, НТ-150, 11ГР. Все эти насосы грязевые. Они не рассчитаны на перекачку нефти и, соответственно, не в полной мере отвечает условиям работы промысловых НС. В частности, мощность данных насосов заметно превосходит потребную на промысловых станциях, габариты и вес их чрезмерно высоки. Некоторые конструктивные элементы насосов, например уплотнения, не выдерживает длительного контакта с нефтяной средой и быстро выходят из строя.

Перечисленные обстоятельства заставляют, по возможности, избегать применения данных насосов для внутрипромысловой перекачки продукции скважин и заменять их либо на центробежные, либо на роторные насосы.

Среди роторных насосов наиболее распространены винтовые: МВН-1,5; МВН-6; МВН-10; ВН-50; ЭНН-120-5; ЭНВ-32/25; 2ВВ-500/10. Реже применяются шестеренчатые или роторно-зубчатые насосы типа РЭ. Ограниченное использование последнего типа насосов объясняется необходимостью более тщательной очистки для них перекачиваемой жидкости от механических примесей по сравнению с винтовыми. А это в условиях промыслов не всегда возможно и рационально.

Владимир Хомутко

Время на чтение: 6 минут

А А

Виды насосов для добычи нефти и их характеристики

Нефтяная индустрия является важнейшей отраслью российской промышленности. Важность это природного энергоресурса для отечественной экономики трудно переоценить. Каждый год в России добывают миллионы тонн «черного золота», и этот объем не только обеспечивает потребности внутреннего рынка, но и приносит стране значительную долю экспортных доходов.

Современное извлечение этого полезного ископаемого производится посредством скважин, пробуренных в толще горных пород. Если давления в продуктивном пласте не хватает, как правило, нефть извлекается при помощи специальных механизмов, которые позволяют поднимать сырье на поверхность, а также используются для закачивания в продуктивные пласты воды, продвижения перекачиваемой продукции по промысловым трубопроводам и так далее.

Эти механизмы называются нефтяные насосы. Насосы для добычи нефти используются для подъема нефти на поверхность, перекачивающие насосы – для обеспечения необходимого давления в магистральных и промысловых трубопроводных системах. Далее мы рассмотрим основные типы такого оборудования.

Насосы для нефти. Основные виды

Нефтяные насосы бывают следующих видов:

1. штанговые глубинные насосы (ШГН);
2. штанговые винтовые;
3. электроцентробежные (ЭЦН);
4. винтовые;
5. диафрагменные;
6. гидропоршневые;
7. магистральные;
8. мультифазные;
9. струйные;
10. пластинчатые.

Штанговые глубинные насосы для добычи нефти (ШГН)

Эти механизмы являются устройствами объемного типа. Их используют для подъема добываемого сырья из скважины путем создания так называемой депрессии (перепада давления между продуктивным пластом и забоем горной выработки). Такие насосы многие из вас видели в кинофильмах и по телевидению (знаменитые нефтяные «качалки»).

В состав штангового насоса входит блок цилиндров, плунжеры, клапана, специальные крепления, штоки, штанга, переходники и так далее. Такие насосные установки используются более, чем на половине ныне эксплуатируемых нефтяных промыслов.

Такая широкая популярность этого вида нефтяного насоса обусловлена следующими несомненными качественными и эксплуатационными характеристиками:

• высокий коэффициент эффективности при эксплуатации;
• легкость, удобство и простота проведения ремонтных работ;
• возможность использования самых разных типов приводов;
• возможность применения даже в экстремальных условиях (к примеру, в случае высокой концентрации механических примесей; повышенного содержания газов в добываемой продукции; при выкачивании сырья с высокой коррозионной агрессивностью).

Штанговые винтовые насосы для нефтедобычи

Эту разновидность штанговых установок, как правило, используют при механизированной эксплуатации добывающих скважин в случаях добычи тяжелых сортов нефтяного сырья, а также шлифовальных и тягучих флюидов.

К основным преимуществам таких установок относятся: отсутствие изолированных газов и вполне демократичная для таких агрегатов стоимость.

Электроцентробежные добывающие насосы (ЭЦН)

Несмотря на то, что количество скважин, оборудованное установками данного типа, значительно меньше по сравнению с ШГН, по объемам добываемого с помощью центробежных электронасосов сырья они намного превосходят штанговые насосы. Достаточно сказать, что на территории нашей страны при помощи ЭЦН добывают около 80-ти процентов всего российского «черного золота».

Если кратко описать это устройство, то оно представляет собой обычный насосный механизм, оборудованный электрическим приводом (разве что, в отличие от штангового, он не имеет наземной части, длинный и тонкий). ЭЦН отлично зарекомендовали себя при работе в средах, отличающихся повышенной коррозионной агрессивностью. В состав таких насосных установок входят:

1. погружной насосный агрегат, состоящий из самого насоса и электропривода с гидрозащитой;
2. кабельная линия, соединяющая электродвигатель с трансформаторной подстанцией;
3. станция управления и регулирования работы установки.

Погружные насосы электроцентробежного типа по сравнению с глубинными штанговыми имеют весомые преимущества, а именно:

• простое наземное оборудование;
• возможность производства добычи больших объемов сырья (до 15 тысяч кубометров в сутки);
• возможность их применения в скважинах, глубина которых превышает 3 тысячи метров;
• длительный (от 500 дней до двух-трех лет и больше) временной промежуток работы установки без проведения ремонтных работ;
• возможность выполнения в скважинах необходимых исследовательских работ без необходимости поднимать насосный агрегат на поверхность;
• более простые и менее трудозатратные способы удаления парафиновых отложений, образующихся на стенках НКТ (насосно-компрессорных труб).

Кроме того, электроцентробежные насосные установки можно использовать на больших глубинах и в наклонных добывающих скважинах (вплоть до скважин горизонтального типа), а также в горных выработках с высокой степенью обводненности, в средах с высоким содержанием йодо-бромистых вода, при высокой степени минерализации пластовых вод и для подъема на поверхность кислотных и соляных растворов.

Помимо этого, существуют модификации ЭЦН для одновременно-раздельной работы на нескольких продуктивных горизонтах в рамках одной скважины. В некоторых случаях такие агрегаты используются также для закачивания в нефтяной пласт минерализованной пластовой воды, в целях поддержания необходимого уровня пластового давления.

Такая насосная конструкция применяется, как правило, для добычи тяжелых и высоковязких нефтей с большим количеством механических примесей (например, песка), а также для перекачивания жидкостей с высоким уровнем вязкости.

Эта разновидность нефтяной насосной установки обладает следующими преимуществами:

Винтовые насосы

Диафрагменные нефтяные насосы

Также, как и штанговые, относятся к устройствам объемного типа. Основу конструкции такого агрегата составляет специальная диафрагма, предохраняющая добываемую продукцию от попадания в другие части насосного механизма. В состав диафрагменного насоса входит подающая нефть колонна, нагнетательный клапан, осевой канал, винтовая пружина, цилиндр, поршень, опоры, электрический кабель и так далее.

Такие насосные агрегаты, как правило, используются на промыслах, где в добываемом нефтяном сырье содержится большое количество механических примесей. К основным достоинствам этой конструкции относят простоту монтажа и последующей эксплуатации.

Насосы гидропоршневые

Они предназначены для откачки из скважины пластовой жидкости. Гидропоршневые агрегаты используются в тех случаях, когда в добываемом сырье нет примесей механического характера.

В состав данных установок входят: скважинный насос, погружной двигатель, канал, через который осуществляется подъема нефти и воды, поверхностная силовая установка и система подготовки рабочей среды. В процессе добычи с помощью таких агрегатов на нефть поверхность выходит вместе с извлекаемой водой.

Основными преимуществами гидропоршневых насосов являются:

• возможность в значительной степени вносит изменения в их основные характеристики;
• простота и удобство применения;
• возможность без особых трудозатрат проводить подземные ремонтные работы;
• их можно использовать в скважинах, имеющих наклонное направление ствола.

Магистральные нефтяные насосы

Их основное назначение – перекачивать добываемое сырьё или нефтепродукты по промысловым, техническим и магистральным трубопроводам.

Такие агрегаты способны обеспечить высокий напор для обеспечения прокачки транспортируемого сырья. Их основные отличительные характеристики – экономичность процесса эксплуатации и высокая степень надежности.

Такие установки состоят из двух основных компонентов – корпуса и системы роторов, и применяются для прокачивания нефти и нефтепродуктов по системе магистральных трубопроводов.

Использование установок такого типа позволяет:

• снижать нагрузки на устье проема;
• уменьшать количество используемого оборудования;
• повышать эффективность использования выделяющихся газов;
• повысить рентабельность эксплуатации отдаленных месторождений.

Мультифазные насосы для нефти и нефтепродуктов

Струйные нефтяные насосные установки

Являются самыми современными и перспективными установками для нефтяной отрасли промышленности. Их применение поможет вывести технологию эксплуатации нефтяных месторождений на более высокий уровень.

В состав таких установок входят: механизм подведения рабочей среды. Активное сопло, канал подвода инжектируемой жидкости, камера смещения и диффузор.

В настоящее время насосные установки такого типа обретают все большую популярность вследствие простоты своей конструкции, отсутствия в ней движущихся элементов, высокой степени прочности и надежности работы даже при экстремальных условиях эксплуатации, таких, как высокая концентрация в рабочей среде примесей механического характера, высокое содержание свободных газов в извлекаемом сырье. повышенные температуры окр4ужающей среды и агрессивность рабочей жидкости.

Струйные установки насосного типа способны обеспечить:

• стабильность работы устройства;
• свободу регулирования давления в забое;
• оптимальное функционирование агрегата в случаях возникновения неконтролируемых изменений таких параметров, как степень обводненности, внутрипластовое давление тому подобных;
• более легкий и быстрый приток добываемого сырья;
• быстрый выход на оптимальный режим эксплуатации после приостановки работы скважины;
• эффективное использование выделяющихся свободных газов;
• предотвращение фонтанирования в затрубных областях;
• процесс быстрого остывания электродвигателей погружного типа;
• стабильность в устройстве токовой нагрузки;
• увеличение КПД нефтедобывающей установки.

Применение таких насосных агрегатов дает возможность обеспечить более качественную и быструю добычу нефтяного сырья.

В состав таких насосов входят:

• корпус, оборудованный крышкой;
• приводной вал с подшипниками;
• рабочий комплект, который состоит из распределительных дисков, ротора, статора и пластины.

Роторно-пластинчатые (шиберные) насосы ПН

К основным достоинствам пластинчатых агрегатов относятся:

• высокая прочность;
• хорошая надежность;
• высокая степень эффективности нефтедобычи;
• хорошие эксплуатационные характеристики;
• высокая износостойкость деталей механизма.

Прекращение или отсутствие фонтанирования обусловило использование других способов подъема нефти на поверхность, например, посредством штанговых скважинных насосов. Этими насосами в настоящее время оборудовано большинство скважин. Дебит скважин - от десятков кг в сутки до нескольких тонн. Насосы опускают на глубину от нескольких десятков метров до 3000 м иногда до 3200‑3400 м). ШСНУ включает:

а) наземное оборудование - станок-качалка (СК), оборудование устья, блок управления;

б) подземное оборудование - насосно-компрессорные трубы (НКТ), штанги насосные (ШН), штанговый скважинный насос (ШСН) и различные защитные устройства, улучшающие работу установки в осложненных условиях.

Рис. 1. Схема штанговой насосной установки

Штанговая глубинная насосная установка (рис. 1) состоит из скважинного насоса 2 вставного или невставного типов, насосных штанг 4, насосно-компрессорных труб 3, подвешенных на планшайбе или в трубной подвеске 8 устьевой арматуры, сальникового уплотнения 6, сальникового штока 7, станка качалки 9, фундамента 10 и тройника 5. На приеме скважинного насоса устанавливается защитное приспособление в виде газового или песочного фильтра 1.

1.1 Станки-качалки

Станок-качалка (рис.2), является индивидуальным приводом скважинного насоса. Основные узлы станка-качалки - рама, стойка в виде усеченной четырехгранной пирамиды, балансир с поворотной головкой, траверса с шатунами, шарнирно-подвешенная к балансиру, редуктор с кривошипами и противовесами. СК комплектуется набором сменных шкивов для изменения числа качаний, т. е. регулирование дискретное. Для быстрой смены и натяжения ремней электродвигатель устанавливается на поворотной салазке. Монтируется станок-качалка на раме, устанавливаемой на железобетонное основание (фундамент). Фиксация балансира в необходимом (крайнем верхнем) положении головки осуществляется с помощью тормозного барабана (шкива). Головка балансира откидная или поворотная для беспрепятственного прохода спускоподъемного и глубинного оборудования при подземном ремонте скважины. Поскольку головка балансира совершает движение по дуге, то для сочленения ее с устьевым штоком и штангами имеется гибкая канатная подвеска 17 (рис. 2). Она позволяет регулировать посадку плунжера в цилиндр насоса для предупреждения ударов плунжера о всасывающий клапан или выхода плунжера из цилиндра, а также устанавливать динамограф для исследования работы оборудования.

Рис. 2. Станок-качалка типа СКД:

1 – подвеска устьевого штока; 2 ‑ балансир с опорой; 3 ‑ стойка; 4 ‑ шатун; 5 ‑ кривошип; 6 ‑ редуктор; 7 ‑ ведомый шкив; 8 ‑ ремень; 9 ‑ электродвигатель; 10 – ведущий шкив; 11 ‑ ограждение; 12 – поворотная плита; 13 – рама; 14 – противовес; 15 – траверса; 16 – тормоз; 17 ‑ канатная подвеска

Амплитуду движения головки балансира (длина хода устьевого штока-7 на рис. 1) регулируют путем изменения места сочленения кривошипа шатуном относительно оси вращения (перестановка пальца кривошипа в другое отверстие). За один двойной ход балансира нагрузка на СК неравномерная. Для уравновешивания работы станка-качалки помещают грузы (противовесы) на балансир, кривошип или на балансир и кривошип. Тогда уравновешивание называют соответственно балансирным, кривошипным (роторным) или комбинированным.

Блок управления обеспечивает управление электродвигателем СК в аварийных ситуациях (обрыв штанг, поломки редуктора, насоса, порыв трубопровода и т. д.), а также самозапуск СК после перерыва в подаче электроэнергии.

Станки-качалки для временной добычи могут быть передвижными на пневматическом (или гусеничном) ходу. Пример - передвижной станок-качалка "РОУДРАНЕР" фирмы "ЛАФКИН".

1.2 Производительность насоса

Теоретическая производительность ШСН равна

, м 3 /сут.,

Где 1440 - число минут в сутках;

D - диаметр плунжера наружный;

L - длина хода плунжера;

n - число двойных качаний в минуту.

Фактическая подача Q всегда < Qt.

Отношение

, называется коэффициентом подачи, тогда Q = Q t a n , где a n изменяется от 0 до 1.

В скважинах, в которых проявляется так называемый фонтанный эффект, т.е. в частично фонтанирующих через насос скважинах может быть a n >1. Работа насоса считается нормальной, если a n =0,6¸0,8.

Коэффициент подачи зависит от ряда факторов, которые учитываются коэффициентами

a n =a g ×a ус ×a н ×a уm ,

где коэффициенты:

a g - деформации штанг и труб;

a ус - усадки жидкости;

a н - степени наполнения насоса жидкостью;

a уm - утечки жидкости.

где a g =S пл /S , S пл - длина хода плунжера (определяется из условий учета упругих деформаций штанг и труб); S - длина хода устьевого штока (задается при проектировании).

DS=DS ш +DS т,

Где DS - деформация общая; S - деформация штанг; DS т - деформация труб.

где b - объемный коэффициент жидкости, равный отношению объемов (расходов) жидкости при условиях всасывания и поверхностных условиях.

Насос наполняется жидкостью и свободным газом. Влияние газа на наполнение и подачу насоса учитывают коэффициентом наполнения цилиндра насоса

- газовое число (отношение расхода свободного газа к расходу жидкости при условиях всасывания).

Коэффициент, характеризующий долго пространства, т.е. объема цилиндра под плунжером при его крайнем нижнем положении от объема цилиндра, описываемого плунжером. Увеличив длину хода плунжера, можно увеличить a н. Коэффициент утечек

где g yт - расход утечек жидкости (в плунжерной паре, клапанах, муфтах НКТ); a yт - величина переменная (в отличие других факторов), возрастающая с течением времени, что приводит к изменению коэффициента подачи.

Оптимальный коэффициент подачи определяется из условия минимальной себестоимости добычи и ремонта скважин.

Уменьшение текущего коэффициента подачи насоса во времени можно описать уравнением параболы

, (1.1.)

T - полный период работы насоса до прекращения подачи (если причина - износ плунжерной пары, то Т означает полный, возможный срок службы насоса); m - показатель степени параболы, обычно равный двум; t - фактическое время работы насоса после очередного ремонта насоса.

Исходя из критерия минимальной себестоимости добываемой нефти с учетом затрат на скважино-сутки эксплуатации скважины и стоимости ремонта, А. Н. Адонин определил оптимальную продолжительность межремонтного периода

, (1.2.)

где t p - продолжительность ремонта скважины; B p ‑ стоимость предупредительного ремонта; B э - затраты на скважино-сутки эксплуатации скважины, исключая B p .

Подставив t мопт вместо t в формулу (1.1.), определим оптимальный конечный коэффициент подачи перед предупредительным подземным ремонтом a nопт.

Если текущий коэффициент подачи a nопт станет равным оптимальному a nопт (с точки зрения ремонта и снижения себестоимости добычи), то необходимо остановить скважину и приступить к ремонту (замене) насоса.

Средний коэффициент подачи за межремонтный период составит

.

Анализ показывает, что при B p /(B э ×T)<0,12 допустимая степень уменьшения подачи за межремонтный период составляет 15¸20%, а при очень больших значениях B p /(B э ×T) она приближается к 50%.

Увеличение экономической эффективности эксплуатации ШСН можно достичь повышением качества ремонта насосов, сокращением затрат на текущую эксплуатацию скважины и ремонт, а также своевременным установлением момента ремонта скважины.

1.3 Правила безопасности при эксплуатации скважин штанговыми насосами

Устье скважины должно быть оборудовано арматурой и устройством для герметизации штока. Обвязка устья периодически фонтанирующей скважины должна позволять выпуск газа из затрубного пространства в выкидную линию через обратный клапан и смену набивки сальника штока при наличии давления в скважине. До начала ремонтных работ или перед осмотром оборудования периодически работающей скважины с автоматическим, дистанционным или ручным пуском электродвигатель должен отключаться, а на пусковом устройстве вывешивается плакат: "Не включать, работают люди". На скважинах с автоматическим и дистанционным управлением станков-качалок вблизи пускового устройства на видном месте должны быть укреплены плакаты с надписью "Внимание! Пуск автоматический". Такая надпись должна быть и на пусковом устройстве. Система замера дебита скважин, пуска, остановки и нагрузок на полированный шток (головку балансира) должны иметь выход на диспетчерский пункт. Управление скважиной, оборудованной ШСН, осуществляется станцией управления скважиной типа СУС - 01 (и их модификации), имеющий ручной, автоматический, дистанционный и программный режим управления. Виды защитных отключений ШСН: перегрузка электродвигателя (>70% потребляемой мощности); короткое замыкание; снижение напряжения в сети (<70% номинального); обрыв фазы; обрыв текстропных ремней; обрыв штанг; неисправность насоса; повышение (понижение) давления на устье. Для облегчения обслуживания и ремонта станков-качалок используются специальные технические средства такие, как агрегат 2АРОК, маслозаправщик МЗ - 4310СК.

Владимир Хомутко

Время на чтение: 6 минут

А А

Основные типы насосов для нефтепродуктов

Насосы для светлых нефтепродуктов и темных нефтяных фракций, а также для сырой нефти должны обеспечивать высокий уровень надежности и безопасности при проведении работ с ними, и эффективно перекачивать необходимые жидкости, в том числе – с повышенной вязкостью и механическими примесями.

Нефтяные насосы отличаются от других подобных агрегатов своей способностью работать в особых эксплуатационных условиях.

На их узлы и прочие конструктивные элементы воздействуют углеводородные соединения, а диапазон температур и давлений – весьма широк. Такие установки изготавливают в самых разных климатических исполнениях, поэтому они могут эффективно работать при самой разной погоде, начиная с суровых северных широт и заканчивая жаркими пустынями.

Насосы для перекачки нефтепродуктов должны иметь достаточную мощность, поскольку нефть в прочесе добычи поднимается из скважин со значительной глубины, а в процессе её транспортировки по трубопроводам необходимо создавать достаточное давление в трубе для бесперебойного движения продукта.

Нефтяные насосные установки способны работать с сырой нефтью, нефтепродуктами светлых и темных фракций, нефтегазовыми эмульсиями, а также со сжиженными газами и другими жидкими веществами, обладающими похожими свойствами.

На площадках нефтепромыслов такие насосные установки могут использоваться для нагнетания промывочной жидкости во время процесса бурения скважины или при промывочных операциях во процессе капитального ремонта. Также их применяют для закачивания жидких сред в пласт, что обеспечивает большую интенсивность добычи. Помимо этого, этими агрегатами перекачиваются разные жидкие неагрессивные среды, в том числе обводненную нефть.

Эти агрегаты могут оснащаться следующими видами приводов:

1. механический;
2. электрический;
3. гидравлический;
4. пневматический;
5. термический.

Электропривод является наиболее удобным, но требует наличия источника электричества. Диапазон перекачивающих характеристик в электронасосах – весьма широк.

Если обеспечить электропитание не представляется возможным, такие насосы могут оборудоваться двигателями либо газотурбинного типа, либо ДВС.

Пневмоприводы в основном применяются в насосах центробежного типа, при наличие возможности использования энергии высокого давления либо природного, либо попутного газа. Такое сочетание значительно увеличивает рентабельности насосного оборудования.

Основные конструктивные особенности и типы насосов для нефтепродуктов

Главными конструктивными особенностями всех насосных установок для работы с нефтью и продуктами её переработки являются:

• наличие в насосе специальной гидравлической части;
• особые материалы, обеспечивающие установку нефтяного агрегата в условиях открытых площадок;
• специальное торцевое уплотнение;
• взрывозащищенность электрических двигателей.

Такие насосные установки монтируются с приводом на едином фундаменте. Торцевое уплотнение, которое ставится между корпусом и валом насоса, оборудовано промывочной системой м системой подачи жидкости. Проточную часть устройства изготавливают либо из углеродистой, либо из никельсодержащей стали.

Основные типы таких установок:

• винтовые;
• центробежные.

Нефтяные насосы винтового типа предназначены для работы в более суровых эксплуатационных условиях, нежели центробежные. Поскольку винтовые установки обеспечивают перекачку рабочей жидкости без контакта с винтами, они могут эффективно функционировать даже при перекачке загрязненных веществ, к которым можно отнести сырую нефть, пульпу, нефтешлам, рассол и так далее. Кроме того, агрегаты такого типа хорошо подходят для работы с высокоплотными веществами.

Нефтяные винтовые установки могут быть как одно-, так и винтовыми и двухвинтовыми.

Лопастные насосы для светлых нефтепродуктов

Оба исполнения обладают хорошей самовсасывающей способностью и создают при этом высокое давление (больше 10 атмосфер), которое обеспечивает сильный уровень напора (больше ста метров).

Двухвинтовые конструкции прекрасно справляются с перекачкой вязких жидкостей (например, мазуты, битумы, гудрон, шлам и тому подобное) даже при условии колебаний температуры окружающей атмосферы. Такая конструкция выдерживает температуру рабочей жидкости до 450 градусов Цельсия, при этом температура окружающего воздуха может быть до минус 60-ти. Двухвинтовые мультифазные установки могут работать с жидкостями, уровень загазованности которых доходит до 90%.

Винтовые агрегаты также можно использовать для разгрузки автомобильных и ж/д цистерн, ёмкостей, заполненных кислотами и для других задач, с которыми центробежные насосы справиться – не способны.

Центробежные насосы для нефти и нефтепродуктов бывают следующих типов:

1. консольные;
2. двухопорные;
3. вертикальные полупогружные (подвесные).

Центробежный насос первого типа оснащается или упругой, или жесткой муфтой, хотя есть и безмуфтовые модификации. Такие установки монтируются либо в горизонтальной, либо в вертикальной плоскости, или по центральной оси. Или – на лапах. Перекачиваемые вещества должны иметь температуру не выше 400°.

Одноступенчатый консольный насос оснащается рабочими колесами с односторонним ходом. Его можно применять для перекачки нефти или других жидкостей с температурой не выше 200 градусов.

Конструкции двухопорного типа могут быть:

Их модификации бывают с одним или двумя корпусами, а также с односторонним и двусторонним всасыванием. Температура рабочей жидкости в таких установках также не должна превышать 200 градусов.

Вертикальный полу погружной насос для перекачивания нефтепродуктов изготавливается либо с одним, либо с двумя корпусами. Кроме того, в них может быть либо раздельный слив, либо слив через колонну. Помимо этого, бывают модификации с направляющим аппаратом или со спиральным отводом.

По уровню температуры рабочей жидкости такие установки разделяются на:

• агрегаты для работы с жидкостями с температурой 80°:

1. полупогружные;
2. магистральные секционные чугунные многоступенчатые насосы горизонтального типа;
3. агрегаты с рабочими колесами одностороннего входа;
4. одноступенчатые горизонтальные стальные устройства.

• для жидкостей с температурой 200°:

1. чугунные насосы консольного типа;
2. чугунные многоступенчатые установки горизонтального типа.

Насос для нефтепродуктов КММ-Е 150-125-250

• температура 400°:
• консольные агрегаты из стали;
• насосы с рабочими колесами одностороннего хода;
• агрегаты с рабочими колесами двустороннего хода.

Какие уплотнения ставить на такие устройства – тоже зависит от температуры рабочей среды. Одинарные уплотнения применяются при этом показателе на уровне не больше 200°С, а двойные торцевые – до 400°.

Также такие насосные установки делятся на группы в зависимости от области их применения:

• агрегаты, задействованные в процессах нефтедобычи и транспортировки;
• насосы, применяемые при подготовке и переработке нефтяного сырья.

В первую группу входят насосы, которые используются:

• для подачи нефти на групповые автоматизированные установки для замеровные установки;
• для подачи на центральный сборный пункт;
• для закачки товарной нефти в резервуары;
• для перекачки на головную станцию нефтепровода магистрального значения;
• для перекачки нефти на предприятиях нефтепереработки;
• на дожимных станциях.

Ко второй группе относятся насосы, подающие нефть на центрифуги, сепараторы, в теплообменники, в ректификационные колонны и в печи.

Герметичный центробежный насос состоит из:

• корпуса;
• рабочего колеса закрытого типа;
• подшипника;
• уплотнительного стакана;
• внутреннего и внешнего магнитов;
• защитного и вторичного кожуха;
• несущей рамы;
• масляного уплотнения;
• температурного датчика.

Насос для нефтепродуктов (тип BB3):

1. корпус;
2. втулка для понижения давления;
3. рабочее колесо, оснащенное диффузором (первой ступени);
4. рубашка рабочего колеса;
5. диафрагма для балансировки;
6. шпильки крепежные;
7. щелевое уплотнение диффузора;
8. болт опорный (с уплотнением);
9. рабочий вал;
10. патрубок.

Насос для перекачки светлых нефтепродуктов КМ 100-80-170Е

Область применения нефтяных насосных установок

Такие устройства используются:

• на предприятиях нефтедобычи и нефтепереработки;
• в системах подачи топлива теплоэнергоцентралей (ТЭЦ);
• в больших котельных;
• на крупных станциях газонаполнения;
• на предприятиях, которые занимаются хранением, перевалкой и распределением нефти и нефтепродуктов;
• при перекачке различных нефтепродуктов;
• для прокачки сырой нефти по магистральным трубопроводам;
• для работы с товарной нефтью, газовым конденсатом или сжиженными газами;
• для перекачивания горячей воды на объектах энергетической отрасли;
• при инжекции воды в пласт на нефтепромыслах;
• при прокачивании химреагентов, кислот и солевых жидкостей, а также взрывоопасных веществ и так далее.

impeller импеллер динамическое уплотнение насоса для перекачивания загрязненных нефтепродуктов и кислот с твердыми включениями и песком