Как работает штанговый насос

Назначение

Объёмный вертикальный насос с проходным плунжером или поршнем называют штанговым насосом. Штанговые скважинные насосы (ШГН) являются неотъемлемой частью нефтедобывающей отрасли благодаря своей эффективности, надежности и простоте в эксплуатации. Несмотря на некоторые ограничения, такие как невозможность использования в наклонно-направленных скважинах, ШГН остаются наиболее распространенным решением для добычи нефти и других жидкостей. Важно помнить, что выбор между вставными и невставными насосами зависит от специфики работы, типа скважины и требуемых эксплуатационных характеристик.

Типы ШГН

Существуют два основных типа штанговых насосов: вставные и невставные, которые отличаются способом установки и эксплуатации.

Вставные насосы (НСВ)

Вставные насосы спускаются в скважину в собранном виде. Они устанавливаются на нефтяных колоннах труб (НКТ) и позволяют проводить замену насоса без необходимости спуска или подъема труб. Это сокращает время и затраты на обслуживание.

Невставные насосы (НСН)

Невставные насосы спускаются в полуразобранном виде. В этом случае на НКТ спускается цилиндр насоса, а плунжер с обратным клапаном устанавливается отдельно. Это требует дополнительных операций спуска и подъема при замене насоса, что может увеличить время работы и эксплуатационные расходы.

Конструкция

1. Плунжер — это центральный элемент насосной установки, который перемещается вверх и вниз по цилиндру. Он оснащен обратным клапаном, который пропускает жидкость только в одном направлении — вверх.
2. Обратный клапан — это важный элемент конструкции, обеспечивающий движение жидкости только в одном направлении. Клапан часто выполнен в виде шарика, который при движении плунжера вниз отрывается от седла и пропускает жидкость через поршень. Когда плунжер движется вверх, шарик прижимается к седлу, и клапан закрывается под действием давления жидкости.
3. Штанговая колонна — это цепь из соединенных между собой штанг, которая передает движение от поверхности до глубины скважины, где находится насос.

Привод

Основной механизм привода штангового насоса — это станок-качалка, который представляет собой устройство, обеспечивающее возвратно-поступательное движение штанг. Составные части станка-качалки включают:

• Рама — основная конструкция, которая поддерживает все элементы.
• Стойка — в виде усеченной пирамиды, она служит для размещения других элементов.
• Балансир с поворотной головой — передает движение на штанги.
• Траверса с шатунами — используется для соединения балансира и штанг.
• Редуктор с кривошипами и противовесами — регулирует движение механизма.
• Набор сменных шкивов — позволяет изменять число качаний в зависимости от глубины и других факторов.
• Поворотная салазка для электродвигателя — позволяет регулировать натяжение ремней.

Устройство

Основными элементами конструкции штангового насоса является: цилиндрический корпус, внутри которого установлен вытеснитель — плунжер или поршень.

Вытеснитель может линейно перемещаться внутри корпуса за счёт энергии подводимой от привода с помощью штанги.

Напорный обратный клапан установлен в верхней части насоса. Всасывающий обратный клапан установлен в нижней части насоса.

Обратные клапаны позволяют жидкости протекать только в одном направлении.

Принцип работы

При перемещении плунжера вверх, за счёт увеличения объёма в камере создаётся разряжение, в результате чего жидкость через всасывающий клапан попадает в полость насоса.

Запорный элемент напорного клапана в этот момент прижат к седлу, а значит, этот клапан закрыт.

Во время движения плунжера вниз объём рабочей камеры уменьшается. Давление в ней возрастает. Под действием этого давления всасывающий клапан закрывается, а напорный открывается. Жидкость через напорный клапан начинает поступать в полость над плунжером.

При каждом цикле в полость скважины будет поступать новая порция жидкости, которая постепенно будет подниматься вверх по скважине.

Преимущества и недостатки ШГН

Штанговые насосы имеют несколько важных преимуществ и недостатков, которые необходимо учитывать при их применении.

Преимущества

• Высокий коэффициент полезного действия (КПД) — штанговые насосы обладают высокой эффективностью, что делает их экономически выгодными.
• Простота обслуживания — возможность проведения ремонта непосредственно на нефтепромысле без необходимости транспортировки оборудования.
• Гибкость в применении — возможность использования различных типов приводов для первичных двигателей.
• Долговечность — штанговые насосы могут работать в сложных условиях, включая наличие парафина, высокого газового фактора и коррозионных жидкостей.

Недостатки

• Невозможность использования в наклонно-направленных скважинах — конструкция насосов не позволяет эффективно работать в таких скважинах.
• Ограничение по глубине — на определенной глубине существует риск обрыва штанг, что ограничивает возможную глубину спуска насоса.
• Малая подача — несмотря на высокую эффективность, насосы имеют ограничения по подаче, что может быть нецелесообразно в некоторых условиях.