No Image

Как работает качалка нефти

СОДЕРЖАНИЕ
302 просмотров
15 ноября 2019

В добыче нефти с большой глубины используется специальное насосное оборудование, которое называется станками-качалками. Привод этих аппаратов находится на поверхности земли, над эксплуатируемыми скважинами, а управление осуществляется оператором. Функцию добычи нефти в агрегатах выполняют специальные насосы плунжерного типа. Нефтяной станок-качалка является незаменимым аппаратом, без которого трудно и представить интенсивную разработку глубинных месторождений.

Назначение и работа станков-качалок

Чаще всего для освоения месторождения нефти применяются распространённые штанговые насосы с приводами. Эти агрегаты позволяют откачивать содержание скважин даже при большом, глубоком промерзании верхнего пласта земли. Станки – качалки с одноплечным балансиром относятся к оборудованию индивидуального вида и применяются для добычи нефти из-под земли в обычных и особых условиях.

Любая существующая инфраструктура добычи нефти нацелена на поднятие её с глубины на поверхность, а принцип работы станка-качалки со штанговым насосом напоминает действие медицинского шприца. Неотъемлемой частью любого станка-качалки является колонна, которую составляют компрессионные трубы. По этим трубам происходит подъём на поверхность и подача в резервуары нефти.

Если рассмотреть технологию организации добычи нефти, то весь процесс от начала до конца действий можно разделить на отдельные этапы:

  • бурение скважин;
  • установка трубных колонн;
  • обсадка колонн;
  • установка качалок и пуск их в работу.

Глубина бурения обычно достигает нескольких километров, но наиболее часто встречающиеся горизонты залегания нефти – это примерно 1500 метров под поверхностью и более. Иные скважины в глубину достигают и 4000 метров, но это уже колонны-рекордсмены нефтедобычи. Основой нефтедобывающей инфраструктуры являются колонны, собираемые из обсадных труб и активная часть каждого отдельного станка – его насос.

Чтобы понять принцип действия плунжерного насоса станка-качалки, нужно разобраться в роли и назначении отдельного станка в структуре всей трубопроводной сети добывающего комплекса. Качалка для нефти – это приводной механизм насоса, которая своим возвратно-поступательным движением, напоминающим качели, приводит в действие плунжерную пару насосного устройства. Оптимальная цикличность действия механизма качалки позволяет нефтяному ресурсу на глубине залегания концентрироваться у фильтра скважины, что способствует эффективности процесса добычи. Вся конструкция станка предусматривает минимизацию износа его отдельных элементов, установка рассчитана на безупречное действие в течение длительного срока эксплуатации.

Устройство качалки

При изучении устройства станка-качалки необходимо начать с установочной базы. База – это то, из чего состоит основа аппарата. Монтаж станка производится на заранее подготовленную бетонную основу, фундамент. Здесь же расположена платформа и её стойка вместе со станцией управления, в которой находится кабина оператора.

После того, как все организационные работы по установке платформы завершены, на неё навешивается массивный балансир, который уравновешивает специальную головку с канатным подвесом. Энергетическим приводом станка является мощный электродвигатель, который через редуктор станка-качалки передаёт усилие на балансир. Двигатель размещается иногда снизу под платформой, но такой вариант используется крайне редко, так как он связан с недостаточной безопасностью эксплуатации оборудования.

Через кривошип с шатуном электродвигатель воздействует на балансир, благодаря чему вращение вала двигателя преобразуется в цикличное поступательное движение элементов глубинного насоса.

Пункт управления станком-качалкой изготавливается в коробчатом виде, он содержит всё необходимое электротехническое оборудование комплекса. В станции, в непосредственной близости от управляющего реле, расположен и механический тормоз ручного типа.

Виды станков

Семейство нефтяных качалок представлено на отечественном рынке оборудования большим количеством модификаций. У всех видов станков практически один и тот же принцип работы, но есть и существенные отличия. Наиболее популярны среди нефтяников станки с балансирами, которые относятся к классическому типу добывающего оборудования. В этих станках предусмотрен механизм задней фиксации шатуна и редуктор расположен на одной раме с электродвигателем и балансиром.

Альтернативой классическим станкам являются такие типы станков-качалок, как гидравлические штанговые насосы, закрепляемые на фланце арматуры скважины в самом верху. Штанговые насосы имеют то преимущество перед станками классического типа, что они не требуют при своей установки сооружения мощного фундамента. Особенно важно это свойство штанговых насосов для случаев разработки месторождений в вечной мерзлоте, где заливка любого качественного фундамента сопряжена с большими трудностями. Свайная же установка классических станков не оправдана по экономическим соображениям.

Другой особенностью гидравлических насосов является возможность плавно, бесступенчато регулировать длину обсадной колонны. Благодаря этому появляется возможность точного подбора эксплуатационного режима скважины.

Основные характеристики качалок

Чтобы выбрать более подходящие станки для разработки месторождения нефти, нужно сделать анализ широкого спектра эксплуатационных и технических характеристик всех видов этого оборудования.

При оценке важнейших характеристик станка-качалки обязательно учитывают:

  • рабочую штоковую нагрузку;
  • максимальный ход плунжера;
  • габариты редуктора;
  • величину крутящего момента выходного вала;
  • частоту качаний.

Определяющим параметром станка является мощность его электродвигателя. На установках классического типа для работы насосных станций достаточна мощность электродвигателя в 25 кВт. Но следует ещё учитывать тип используемых ремней для передачи вращения от двигателя на редуктор, диаметры шкивов ремённой передачи и конструкцию механизма торможения.

Даже если все эксплуатационные параметры рассматриваемого станка устраивают покупателя, ему следует ещё учесть и габариты оборудования. Ведь размеры иногда играют определяющую роль – это те случаи, когда приходится транспортировать станки на большие расстояния в условиях различных климатических и региональных зон страны. Габаритные размеры в большой степени решают вопрос, можно ли произвести установку данного оборудования в конкретной ситуации, в конкретных условиях разрабатываемого месторождения нефти.

Читайте также:  Нагель по бетону размеры

Обычно масса станка не превышает 10 т, а его габариты по длине и ширине составляют 7Х2,5 м.

Отдельные модели станков

Специалисту, занимающемуся заказами оборудования для нефтедобычи, необходимо хорошо ознакомиться с отдельными его моделями и их главными характеристиками. Несмотря на то, что каждый такой аппарат рассчитан на долгие годы работы, уже существующие промыслы время от времени производят модернизацию оборудования, закупая более современные его виды. Рассмотрим некоторые модели станков-качалок, сравнивая их характеристики и особенности.

Качалки СК

Распространённая в нефтедобывающей отрасли станок- качалка СК представляет собой скважинный насос с отдельным приводом. Насос при работе опускается в обсадную трубу скважины, и с ним соединён специальный шток привода. Шток составляется из колонны отдельных штанг, обеспечивая тем самым требуемую длину.

Как и в других классических вариантах добывающего насосного оборудования, вращение электродвигателя станка преобразуется с помощью кривошипа в поступательное движение штанговой колонны. Два исполнения станков-качалок СК изготавливаются со своим отдельным количеством типоразмеров. Аппараты СК имеют семь типоразмеров, а СКД – шесть.

Главные отличия станков-качалок СКД от СК заключаются в следующем:

  • несимметричность кинематической преобразовательной схемы и более высокое преобразующее кинематическое соотношение;
  • уменьшенные габаритные размеры;
  • расположение редуктора прямо на станочной раме.

В установках СК используются трёхфазные электрические двигатели асинхронного типа с влагостойким исполнением в искробезопасном корпусе. В зависимости от модификации станка в нём могут применяться двигатели мощностью от 4 до 40 кВт.

Механизм тормоза станка включает в себя две колодки, правую и левую, он предназначен для фиксирования станка в нужном положении в момент его остановки.

Качалки СКДР

Более усовершенствованная модель семейства СК – станок-качалка СКДР. Аппарат развивает тяговое усилие в 60 кН при длине штока от 1,2 до 3 м. Редуктор, используемый в аппарате, имеет типоразмер Ц2НШ-450-28 или Ц3НШ-450-28.

Станки СКДР используются для откачки нефти из скважины со штоковой нагрузкой до 80 000 Н. Они разработаны с учётом последних достижений отечественного и зарубежного машиностроения. Главные элементы кинематики станков изготовлены с учётом всех требований ГОСТов на нефтедобывающее оборудование.

Частота качаний установки СКДР регулируется в диапазоне от 1,7 до 11,8 в мин и зависит от передаточного числа установленного редуктора на раме станка. Мощность двигателя качалки может составлять от 5,5 до 22 кВт в зависимости от передаточного числа редуктора.

Общая масса агрегата СКДР составляет 13 100 кг, а его габариты равны 7200х6350х 3100 мм.

Качалки ПШГН

Приводная часть глубинного нефтяного насоса шагового типа или станок-качалка ПШГН через систему штанг передаёт движение головки на насосный плунжер, расположенный глубоко в обсадной трубе скважины. Головка балансира аппарата соединяется со штоком насоса с помощью тросовой подвески.

По производительности качалка ПШГН может регулироваться путём увеличения или уменьшения числа качаний в минуту, амплитуды этих качаний и размеров насосного плунжера. Чтобы произвести регулировку длины хода штока, необходимо выполнить перестановку пальцев кривошипно-шатунного механизма в другие отверстия.

Как и все предыдущие нефтяные качалки, разновидность ПШГН не является отдельным их видом, а представляет собой разновидность главного механизма установки для добычи нефти.

Обслуживание нефтяных качалок

Специальный персонал нефтедобывающего предприятия выполняет обслуживание станка-качалки. Для удобства его работы конструкторами предусмотрены различные вспомогательные устройства и механизмы. При обслуживании балансира с траверсой и кривошипа на установке устроена специальная площадка, снабжённая системами привода. Операторы, располагаясь на этой площадке, производят управление балансировкой и уравновешиванием станка, проверяют крепление всех узлов кривошипно-шатунного механизма.

Вся кинематика системы привода нефтедобывающей качалки сконструирована для того, чтобы головка станка и кривошип совершала движение в оптимальном ритме и этот режим можно бы было легко перенастраивать.

Функции операторов станков и обслуживающего персонала необходимо разделять. Технический персонал занимается обслуживанием нефтяных насосов во время их интенсивной эксплуатации, в их обязанности входит слежение за рабочими показателями всех механизмов станции и техническое обслуживание насосного оборудования. В случае необходимости они производят и ремонт станков-качалок. Особенно важно в их работе создавать благоприятные режимы функционирования узлов и механизмов станка в моменты возникновения в нём максимальных, пиковых нагрузок.

В функции же операторов установок входят обязанности по регулированию самого процесса выкачки нефтяных ресурсов из глубины месторождения, по установке оптимальных режимов работы станка на каждом периоде освоения запасов углеводородов.

Заключение

Промышленные предприятия, изготавливающие станки-качалки, непрерывно совершенствуют своё нефтедобывающее оборудование. Но кардинальных вариантов переделок существующих станков в ближайшее время не предвидится. Это говорит о том, что классическая схема, заложенная в станки много лет назад, оказалась очень удачной и не имеет существенных недостатков.

К тому же оборудование нефтегазовых добывающих комплексов долговечно, его замены происходят очень редко и неохотно со стороны учредителей крупных компаний. Немалую роль в этом играет и высокая цена станка-качалки. Большей частью обновляются лишь отдельные узлы станков, устаревшие физически или морально.

Читайте также:  Как подключить scart кабель к телевизору

Постепенно весь парк станков-качалок уступает свои позиции в пользу нового вида оборудования – гидравлических аппаратов. Это способствует оптимизации рабочего процесса добычи нефти, усовершенствованию всей инфраструктуры существующих и строящихся комплексов. Эксплуатационные затраты при этом снижаются без снижения качества добываемой нефти.

Стано́к-кача́лка — тип наземных приводов скважинных штанговых насосов (ШСН) при эксплуатации нефтяных скважин. Операторы по добыче нефти и газа определяют этот привод как «индивидуальный механический привод штангового насоса», просторечное название: «качалка».

Станок-качалка является важным элементом нефтегазового оборудования и используется для механического привода к нефтяным скважинным штанговым (плунжерным) насосам. Конструкция станка-качалки представляет собой балансирный привод штанговых насосов, состоящий из редуктора и сдвоенного четырёхзвенного шарнирного механизма.

Около 2/3 всех добывающих скважин в мире используют штанговые насосы, и на многих из них в качестве привода установлены станки-качалки. [1] По этой причине станок-качалка является своеобразным символом нефтедобычи — его стилизованное изображение можно встретить в логотипах компаний, периодических изданий, выставок, форумов, конференций, связанных с нефтегазовой тематикой.

Содержание

Изготовители [ править | править код ]

До 1991 главным заводом по выпуску и проектированию станков-качалок в СССР являлся АзИНМАШ г. Баку. В последние годы станки-качалки начали производить и российские заводы.

В России изготавливаются станки-качалки 13 типоразмеров по ГОСТ 5866-76. Изготовителями станков-качалок в России является ЗАО «ЭЛКАМ-Нефтемаш» (г. Пермь), АО «Ижнефтемаш» (г. Ижевск), ОАО «Уралтрансмаш» (г. Екатеринбург), ЗАО «Нефтепром-Сервис» (г. Ижевск), ОАО «Редуктор» (г. Ижевск).

Изготовители за рубежом: «Вулкан» (г. Бухарест, Румыния), «Lufkin» (США), Ирон-МЭН (Китай).

Конструкция [ править | править код ]

Станок-качалка устанавливается на специально подготовленном фундаменте (обычно бетонном), на котором устанавливаются: платформа, стойка, станция управления.

После первичного монтажа на стойку помещается балансир, который уравновешивают так называемой головкой балансира. К ней же крепится канатная подвеска (последняя соединяет балансир с полированным сальниковым штоком).

На платформу устанавливаются редуктор и электродвигатель. Иногда электродвигатель расположен под платформой. Последний вариант имеет повышенную опасность, поэтому встречается редко. Электродвигатель соединяется с маслонаполненным понижающим редуктором через клиноремённую передачу. Редуктор же, в свою очередь, соединяется с балансиром через кривошипно-шатунный механизм. Этот механизм преобразует вращательное движение вала редуктора в возвратно-поступательное движение балансира.

Станция управления представляет собой шкаф, в котором расположена электроаппаратура. Вблизи станции управления (или прямо на ней) выведен ручной тормоз станка-качалки. На самой станции управления расположен ключ (для замыкания электросети) и амперметр. Последний — очень важный элемент, особенно в работе оператора добычи нефти и газа. Нулевая отметка у амперметра поставлена в середину шкалы, а стрелка-указатель движется то в отрицательную, то в положительную область. Именно по отклонению влево-вправо оператор определяет нагрузку на станок — отклонения в обе стороны должны быть примерно равными. Если же условие равенства не выполняется, значит, станок работает вхолостую.

Типовая конструкция [ править | править код ]

По виду выполнения балансира станки-качалки подразделяются на станки-качалки с двуплечим балансиром и станки-качалки с одноплечим балансиром.

Ограничения [ править | править код ]

Штанговые насосы с наземным приводом могут использоваться для неглубоких вертикальных скважин и наклонных скважин с незначительным отклонением от вертикали, в диапазоне подач от 1 до 50 м 3 /сут (в некоторых случаях подача может достигать 200 м 3 /сут). Типичные глубины — от 30 метров до 1,5 км, максимальные глубины — 2,5 км. [2] . Есть сведения о применении штанговых насосов с наземным приводом в скважинах с глубинами до 5 км. [3]

Станки-качалки не используются на оффшорных скважинах. [1]

Нефтяной насос – один из наиболее сложных типов оборудования в нефтяной промышленности в отношении эксплуатации и ремонта. Как известно, нормальное функционирование оборудования зависит не только от правильного выбора устройства, но и от выполнения правил эксплуатации и условий работы.

Агрегаты для нефтегазовой промышленности могут перекачивать нефть, нефтепродукты, воду, щелочи, сниженные газы, кислоты и функционируют в больших диапазонах напора, температуры и производительности.

1 Какие бывают нефтяные насосы?

Насосы для нефтяной промышленности должны обладать высокой мощностью, ведь перекачиваемый материал устройство должно добывать из значительной глубины нефтяной скважины. На характеристики скважин влияет тип энергии, который используется насосом для нефти. Поэтому, устанавливают определенный тип привода в механизме, в зависимости от условий эксплуатации.

Насосы для нефтепродуктов оборудуют следующими типами приводов:

  • гидравлический;
  • электрический;
  • механический;
  • пневматический;
  • термический.

Нефтяные скважинные насосы

Электронасос с электрическим приводом, при наличии электроэнергии, самый удобный и может дать больший диапазон характеристик в тот момент, когда происходит откачка нефти.

Когда же электросеть недоступна, насосы для перекачки нефти оснащают газотурбинными двигателями, или двигателями внутреннего сгорания. На центробежные насосы устанавливают пневматические приводы в случаях, когда можно использовать в качестве питания энергию высокого давления (природный газ), либо энергию газа попутного, что весьма поднимает уровень рентабельности насоса для перекачки нефтепродуктов.
к меню ↑

Читайте также:  Длина общей нормали гост

1.1 Виды насосов

Насосное оборудование делится на два основных типа: винтовые и центробежные.
к меню ↑

1.2 Винтовые

Винтовые насосы для добычи нефти могут работать в более сложных условиях, чем центробежные. Так как винтовые устройства перекачивают рабочую среду без контакта винтов, они могут работать с загрязненными жидкостями (пульпа, сырая нефть и т.д.), а еще с жидкостью с высокой плотностью.

Вертикальный нефтяной винтовой полупогружной насос

Винтовой самовсасывающий агрегат бывает в двух исполнениях: одновинтовым и двухвинтовым. Двухвинтовой прибор хорошо справляется с вязкими материалами температурой от -60 до +450˚С.
к меню ↑

1.3 Центробежные

Нефтяные центробежные насосы бывают следующих видов:

  • консольные устройства, которые оснащены жесткой или упругой муфтой;
  • двухопорные механизмы, что разделяются на: одноступенчатые, двухступенчатые и многоступенчатые;
  • вертикальные полупогружные.

Насосные приборы также разделяют по уровню температуры перекачиваемой среды:

  • t 80˚С – полупогружные, магистральные многоступенчатые устройства, которые имеют рабочее колесо одностороннего входа;
  • t 200˚С – консольные и горизонтальные многоступенчатые чугунные агрегаты;
  • t 400˚С – консольные стальные механизмы, которые оборудованы рабочим колесом одностороннего или двустороннего действия.

Зависимо от температуры перекачиваемой жидкости, насосное оборудование оснащают уплотнителями: одинарные для t не более 200˚С, двойные торцевые для t не более 400˚С.

Нефтяные приборы также разделяют по области применения: для добычи и перемещения нефти и те, которые применяют в процессе подготовки и переработки нефтепродукта.

Центробежный нефтяной насос

К первой группе относят механизмы, которые подают жидкость на групповое замерное оборудование, на центральный пункт сбора, а еще устройства, которые перекачивают нефть внутри помещения (производство нефтепродуктов — нефтеперерабатывающий завод). Во вторую группу входят устройства для подачи нефти в центрифуги, теплообменники, сепараторы.
к меню ↑

1.4 Погружной агрегат для нефтепродуктов

Погружные нефтяные устройства разделяют на следующие виды, в зависимости от способа работы силовой установки:

  1. Бесштанговые, когда силовая установка находится внутри прибора и заставляет работать механизм, отвечающий за извлечение жидкости на поверхность.
  2. Штанговые насосы — механизм, что выталкивает рабочую среду на поверхность при помощи электромотора, который находится наверху, в движение такой механизм приводит штанга. Штанговые глубинные агрегаты применяют, в основном, как механизм, добывающий нефть или минералы.

Скважинный механизм для перекачки нефти отличается от водяного техническими характеристиками и мощностью добычи ископаемого на поверхность:

  • у нефти немалая плотность, поэтому увеличивается давление на лопасти;
  • вязкость жидкости имеет большое сопротивление, поэтому используют, в основном, штанговые механизмы;
  • нефть добывают с помощью сложной системы с несколькими нагнетательными агрегатами;
  • приводы штангового прибора обеспечивают внутренние механизмы передачей вращательной энергии, которые выталкивают жидкость наверх;
  • такой привод называют «станок качалка», именно он является основным инструментом для добывания нефти;
  • устанавливается качалка на подготовленный фундамент и состоит из таких частей: стойка, платформа и станция управления.

2 Нефтяная качалка

Добыча нефти происходит при помощи глубинных механизмов, основой которых является станок-качалка. Это один из видов наземного приводного устройства, управляют которым операторы при эксплуатации скважин.

Схема работы нефтяной качалки

Самый распространенный привод штангового агрегата используют для свайной разработки месторождений. При помощи такого устройства можно добывать нефтепродукты в условиях вечной мерзлоты. Пользуются популярностью нефтяной и газовый механизмы в виде станков-качалок с одноплечными балансирами. Такое оборудование применяют в качестве индивидуального привода в условиях добычи нефти.

Принцип работы агрегата сравним с функцией шприца, которая обеспечивается штанговым прибором. Качалку оснащают колоннами из компрессионных труб, по которым осуществляется добывание и передача нефтяной жидкости.

Одной из важных характеристик станка-качалки является мощность двигателя. Типовый нефтяной агрегат делает свою работу при условии подачи усилия в 25 кВт. Более расширенный анализ характеристик предусматривает учет вида ремня, особенности тормозной системы и диаметр шкивов.

При выборе устройства, стоит обратить внимание и на габаритные размеры, которые играют важную роль при установке определенного станка в конкретных условиях. Типовый насос может обладать длиной в 7 м, а шириной – до 2,5 м, при этом вес механизма обычно больше 10 кг.
к меню ↑

2.1 Струйные модели для добычи нефти

Струйные устройства используют для всасывания, нагнетания жидких материалов, для охлаждения или нагревания с помощью смешивания с другими жидкостями, газами или парами.

Струйный насос для добычи нефти

Такие механизмы относятся к динамическим насосам трения, у которых нет вращающихся частей, а поток жидкости перемещается за счет трения, которое появляется между ним и рабочим потоком жидкости. Рабочая жидкость подводится к устройству снаружи и обязана иметь достаточно энергии, чтобы обеспечить перекачку нефти с необходимыми параметрами.

Струйный агрегат соединяют с насосно-компрессорным трубопроводом и вместе с генератором, спецфильтром и паркером опускают в необходимое место (заданная глубина скважины). Нефть под давлением перекачивается по НКТ.

С помощью каналов в спецмуфте и кольцевого зазора между корпусом и внутренней частью инжектора нефть оказывается в окнах делителя. Часть потока рабочей среды направляется через сопло в камеру смешения, взаимодействуя с пассивной нефтью приемной камеры.
к меню ↑

Комментировать
302 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
No Image Инструменты
0 комментариев
No Image Инструменты
0 комментариев
No Image Инструменты
0 комментариев
Adblock detector