Эксплуатация гидравлического привода штанговых насосных установок

Установка работает следующим образом: подаваемая насосом из бака рабочая жидкость через золотник направляется в верхнюю полость штангового гидроцилиндра.При этом поршень перемещается вниз, а вместе с ним и шток, колонна штанг и связанный с ней плунжер. Рабочая жидкость из нижней (штоковой) полости цилиндра по трубопроводу вытесняется в нижнюю полость трубного цилиндра и перемещает его поршень вверх. Вместе с ним перемещается вверх и связанный посредством штока, тяг и колонны насосно-компрессорных труб цилиндр глубинного насоса. Таким образом плунжер движется вниз, а колонна труб вверх — происходит ход всасывания. При подаче рабочей жидкости в верхнюю полость трубного гидроцилиндра поршень, а вместе с ним колонна НКТ и цилиндр глубинного насоса перемещаются вниз. Рабочая жидкость из подпоршневой полости трубного цилиндра вытесняется в штанговый цилиндр, поршень которого перемещается вверх. Вместе с поршнем перемещается колонна штанг и связанный с ней плунжер глубинного насоса. Плунжер при этом перемещается вверх, а цилиндр вниз — происходит ход нагнетания.Для соединения подвижной колонны насосно-компрессорных труб с трубопроводом применяется гибкий шланг 14. Герметизация колонны насосно-компрессорных труб осуществляется посредством уплотнения, через который пропущен шток штангового цилиндра. Герметизация затрубного пространства осуществляется посредством уплотнения, установленного на фланце обсадной колонны.Как следует из описания установки, для ее нормальной работы необходимо поддерживать объем рабочей жидкости в подпоршневых полостях постоянным. Для компенсации утечек как во внутренние полости цилиндров, так и в атмосферу в установке предусмотрена система компенсации утечек, состоящая из управляющего клапана и вспомогательного насоса. При уменьшении объема рабочей жидкости меньше допустимого поршень штангового цилиндра сжимает клапан, который в свою очередь включает вспомогательный насос, заполняющий маслом подпоршневую полость до необходимого объема.Анализ эксплуатации гидроприводных установок показал, что их дальнейшее совершенствование может быть обеспечено при замене известных уравновешивающих устройств на иное, обладающее существенно большей энергоемкостью и компактностью. Решение этой задачи является ключом к открытию дальнейших перспектив совершенствования ШСНУ.Выбор типа уравновешивающего устройства с минимальной массой и высокой энергоемкостью зависит от величины удельной энергоемкости, т.е. количества аккумулируемой энергии на единицу собственного веса. Грузовой аккумулятор обладает энергоемкостью в пределах 1 – 6 кДж/кг, пневматический – 25 – 30, динамический – 200 и выше. Эти характеристики зависят от конструктивных особенностей устройств, но приведенные значения достаточно полно характеризуют их сравнительные возможности. Работы в РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина по совершенствованию установок вылились в создание гидроприводной установки принципиально нового типа – с использованием в качестве аккумулятора энергии маховика. С точки зрения энергоемкости, надежности и стоимости наиболее эффективным является инерционный аккумулятор – маховик, установленный на валу силового гидравлического агрегата. Он не требует использования каких-либо дополнительных трансмиссий, по существу не меняет кинематическую схему.Его применение достаточно эффективно, поскольку длительность фаз накопления энергии и ее последующей отдачи составляют десятки секунд. При этом накопленная маховиком энергия практически не рассеивается – КПД составляет 97 – 98%. Маховик позволяет сократить число элементов в гидроприводных установках вдвое и свести их к минимуму: гидравлическая машина, попеременно работающая то в режиме насоса, то в режиме мотора, гидравлический цилиндр и общепринятая система реверсирования и фильтрации рабочей жидкости. Вся элементная база заимствуется из номенклатуры аппаратов, широко используемых в станочном гидроприводе, гидроприводе строительных и дорожных машин.Сегодня возросший уровень технической культуры работников промыслов позволяет вернуться к гидроприводу штанговых скважинных насосов на более высоком концептуальном уровне, используя при этом более совершенные схемы с динамическим уравновешиванием. Отечественные и зарубежные компоненты гидропривода обладают высокими эксплуатационными характеристиками, а возможность применения подобных элементов в приводе штангового насоса была проверена многолетним опытом эксплуатации.Установка с динамическим уравновешиванием (рис. 4) включает приводной гидравлический цилиндр (1), поршень (2) которого посредством штока (3), устьевого штока (17) и колонны штанг (16) соединен с плунжером (15) скважинного насоса, цилиндр (14) которого подвешен на колонне (13).Привод установки осуществляется двигателем (7), вращающим вал силового мотор-насоса (5), на котором установлен маховик (6). Гидравлическая схема состоит из силового золотника (4), переливного (11), разгрузочного (8), обратного (10) клапанов, бака (12), а также системы реверсирования, фильтрации и т.п. В электрическую цепь двигателя включено реле тока (9), управляющее электромагнитным приводом разгрузочного клапана (8). Он служит для уменьшения нагрузки на двигатель при его запуске.  Рис. 4. Схема гидроприводной установки с инерционным уравновешиваниемПри движении штанг вверх энергия для подъема столба жидкости и колонны штанг подводится от электродвигателя и маховика. При ходе штанг вниз потенциальная энергия штанг посредством гидропривода преобразуется в кинетическую энергию маховика, который ее запасает. При ходе штанг вниз электродвигатель также передает свою энергию маховику. В результате мощность, развиваемая двигателем, постоянна и минимальна. Эффективность использования инерционного уравновешивания увеличивается по мере роста основных показателей – длины хода точки подвеса штанг, максимального усилия в точке подвеса и числа двойных ходов. Это обусловлено тем, что массы таких узлов, как рама, масляный бак и другие элементы установки, мало изменяются при увеличении типоразмера привода. Поэтому изготовление легких типоразмеров экономически нецелесообразно: их стоимость практически равна стоимости средних типоразмеров. Для балансирных станков-качалок эта разница значительна, что и обуславливает большое количество типов приводов в стандартных рядах. Выводы На основании проведенного анализа можно сделать следующие выводы:1. При длине хода точки подвеса штанг не более 3 метров и максимального усилия в точке подвеса экономически выгоднее применение балансирных станков – качалок. Это обусловлено простотой механической конструкции качалки, отработанным за многие десятилетия регламентом ее технического обслуживания и ремонта, устоявшимися правилами эксплуатации.2. При длине хода точки подвеса штанг более 6 метров применение станков – качалок резко ограничивается тем, что их материалоемкость возрастает в геометрической прогрессии с увеличением длины хода (требуются качалки – «монстры»). В этом случае требуются другие приводы, самыми перспективными из которых являются гидроприводы.3. Применение гидроприводов позволяет реализовать почти любой необходимый закон движения точки подвески штанг, многократно снизить материалоемкость привода и затраты на его изготовление и эксплуатацию.4. Эксплуатация гидроприводов предъявляет повышенные требования к квалификации обслуживающего персонала, качеству изготовления узлов, агрегатов и деталей механизма привода и свойствам применяемых рабочих жидкостей. Основными достоинствами гидравлического привода, независимо от способа уравновешивания, являются:- монтаж непосредственно на устье скважины и отсутствие необходимости в фундаменте. Это позволяет запустить его в работу через 2-3 часа после начала монтажа и исключает необходимость центрирования;- простота регулирования режима работы в достаточно широком диапазоне длины хода точки подвеса штанг и числа двойных ходов - от 15 до 1 хода в минуту;- отсутствие необходимости в уравновешивании инерционных приводов;- малая, порядка 1 – 1,5 т, масса, что позволяет доставлять их на скважину с помощью вертолетов. Гидропривод ШСНУ в ближайшей перспективе может стать основным в нефтедобывающей отрасли. Литература1. Молчанов А.Г., Чичеров В.Л. Нефтепромысловые машины и механизмы. М.:Изд – во Недра, 1983.2. Молчанов А.Г. Объемный гидропривод нефтепромысловых машин и механизмов. М.: Недра, 1989.3. Молчанов А.Г. Гидравлический привод штанговых скважинных насосов.