Эксплуатация скважин винтовыми штанговыми насосными установками

Еще одним видом штанговых насосных установок для до­бычи нефти являются винтовые штанговые насосные установки (ВШНУ) с поверхностным приводом. Их история начинается в 50-е годы XX века от выпускавшихся в СССР установок винтовых артезианских насосов типа ВАН для откачки воды из неглубоких (до 100 м) скважин с приводом через собранный из штанг трансмиссионный вал, вращающийся в радиальных резинометаллических опорах внутри напорного трубопровода.

ВШНУ для отбора пластовых жидкостей из глубоких не­фтяных скважин появились на нефтепромысловом рынке в начале 80-х годов в США и во Франции. В настоящее время создано большое количество типоразмеров ВШНУ с диапазо­ном подач от 0,5 до 1000 м³ /сут и давлением от 6 до 30 МПа.

Причиной достаточно широкого применения ВШНУ слу­жат их технико-экономические преимущества по сравнению с другими механизированными способами добычи нефти:

по сравнению с СШНУ:

• простота конструкции и малая масса привода;

• отсутствие необходимости в возведении фундаментов под привод установки;

• простота транспортировки, монтажа и обслуживания;

• широкий диапазон физико-химических свойств откачи­ваемых пластовых жидкостей (возможность откачки жидкостей высокой вязкости и повышенного газосодержания);

• уравновешенность привода, постоянство нагрузок, действующих на штанги, равномерность потока жидкости, снижение энергозатрат и мощности приводного двигателя, минимальное эмульгирующее воздействие на откачиваемую жидкость;

• отсутствие клапанов в скважинном насосе;

по сравнению с установкой электровинтового насоса (УЭВН):

• простота конструкции насоса (отсутствуют шарнирные соединения, пусковые муфты, радиальные и осевые подшип­ники);

• наземное расположение приводного электродвигателя, что приводит к снижению его стоимости и к отсутствию дорогостоя­щих гидрозащиты и длинного бронированного кабеля.

Рациональной областью применения ВШНУ являются вертикальные скважины или скважины с малыми темпами

Наземное оборудование ВШНУ устанавливается на труб­ной головке скважины и предназначено для преобразования энергии приводного двигателя в механическую энергию вра­щающейся колонны штанг.

Наземное оборудование состоит из:

— тройника для отвода пластовой жидкости;

— приводной головки;

— рамы для крепления приводного двигателя;

— трансмиссии;

— приводного двигателя с устройством управления;

— устройства для зажима (подвески) полированного што­ка.

Приводная головка предназначена для передачи крутяще­го момента колонне штанг, восприятия осевых нагрузок от веса штанг и гидравлической силы в рабочих органах насоса, уплотнения устья скважины. Для уплотнения вращающегося приводного вала или полированного штока служит одинарное или сдвоенное сальниковое устройство с использованием уплотнительных колец или мягкой набивки.

В отдельных компоновках ВШНУ для удобства обслужи­вания установки под приводной головкой устанавливается дополнительный сальник или плашечный превентор. Первый служит для замены основного сальника без остановки насо­са, что особенно актуально в зимних условиях эксплуатации ВШНУ, второй — для герметизации устья скважины при ре­монте поверхностного оборудования.

Скважинное оборудование ВШНУ состоит из колонны НКТ, в нижней части которой устанавливается статор насоса, и вращающаяся в центраторах колонна штанг, нижний конец которой соединен с ротором насоса.

Компоновка низа колонны НКТ в зависимости от условий эксплуатации скважины может включать следующие элементы: фильтр; газовый и песочный сепараторы; динамический якорь (анкер); центратор или фонарь статора; обратный и циркуля­ционный клапаны; упорный палец насоса.

Динамический якорь, устанавливаемый ниже статора, фиксирует НКТ относительно эксплуатационной колонны в радиальном направлении, допуская при этом их вертикальное перемещение. Включение в скважинное оборудование ВШНУ якоря обусловлено тем, что при правом (по часовой стрелке) вращении штанговой колонны реактивный момент, возникаю­щий на корпусе статора насоса, работает на отворот резьб статора и НКТ.

Упорный палец в насосе служит для правильной подгонки длины колонны штанг при монтаже винтового насоса. Штан­говые невращающиеся центраторы, выполняющие функцию про­межуточных радиальных опор.

При работе установки ВШН поднимаемая пластовая жид­кость движется в кольцевом зазоре между колоннами НКТ и штанг и далее через боковой отвод тройника поступает в про­мысловый коллектор.

В ВШНУ наибольшее распространение получили НКТ и насосные штанги диаметром соответственно 73 и 22 мм.