Анализ работы различных конструкций клапанных пар скважинного штангового насоса
С каждым годом нефтяным компаниям необходимо все большее количество оборудования, которое может рабо- тать в сложных условиях эксплуатации. Это относится и к штанговым насосным установкам, которыми в России оснащено около 40% нефтяных скважин. При этом до 30% всех отказов штанговых насосных установок связано с клапанными узлами штанговых насосов. Несмотря на то что более 95% всех клапанных узлов штанговых насосов выполнено с запорным элементом в виде шара, в мировой практике используется огромное количество разных конструкций этих клапанов. Отличия заключаются в размерах шара и проходного сечения, в геометрии посадочных поверхностей, в материалах седла и шара клапана.
Анализ работы различных конструкций клапанных пар скважинного штангового насоса
С каждым годом нефтяным компаниям необходимо все большее количество оборудования, которое может рабо- тать в сложных условиях эксплуатации. Это относится и к штанговым насосным установкам, которыми в России оснащено около 40% нефтяных скважин. При этом до 30% всех отказов штанговых насосных установок связано с клапанными узлами штанговых насосов. Несмотря на то что более 95% всех клапанных узлов штанговых насосов выполнено с запорным элементом в виде шара, в мировой практике используется огромное количество разных конструкций этих клапанов. Отличия заключаются в размерах шара и проходного сечения, в геометрии посадочных поверхностей, в материалах седла и шара клапана.
В статье представлены результаты стендовых исследований клапанных узлов штанговых насосов, имеющих разную конструкцию и выполненных из разных материалов. При испытаниях определялась герметичность клапанов до и после работы в модельной жидкости. Работа в жидкости, содержащей 25 г/л кварцевого песка с твердостью по шкале Мооса 7 единиц, обеспечивала моделирование работы клапанных узлов в скважинах с большим содержа- нием механических примесей. По результатам испытаний определены лучшие конструкции клапанов, показано, что на эффективность работы клапанов при работе в содержащей абразив жидкости влияют многие факторы, но наиболее важным является возможность приработки пары «седло – шар» в начальный (до 25% от общего времени работы) период времени. Сделан вывод о необходимости проведения стендовых испытаний клапанных устройств до проведения опытно-промысловых испытаний с целью снижения издержек на внедрение новой техники.
Для проведения испытаний по созданной методике были выбраны 14 конструкций клапанных пар, в которых были использованы следующие конструкционные материалы: твердый сплав «Интеграл»; твердый сплав Sichan Grinding Tools Manufacturing Limited Compani Sichuan; стеллит «Интеграл»; стеллит Sichan Grinding Tools Manufacturing Limited Compani Sichuan; нитрид кремния «AНТЕЙ-МСК»; стеллит «Дива-классик»; карбид вольфрама Kaydon; стеллит «Тианма»; твердый сплав «Тианма»; сталь 95Х18. Седла клапанов и шары были изготовлены из указанных материалов, но сочетание материалов пары «седло – шар» было различным.
В качестве примера проведенных испытаний приведены данные по трем клапанным узлам.
Клапанный узел No 1: седло – твердый сплав «Интеграл», шар – твердый сплав «Интеграл».
Клапанный узел No 2: седло – стеллит «Интеграл», шар – стеллит «Интеграл».
Клапанный узел No 3: седло – стеллит Sichan Grinding Tools Manufacturing Limited Compani Sichuan, шар – нитрид кремния «AНТЕЙ-МСК».
ВЫВОДЫ1. При откачке пластовой жидкости малой вязкости (менее 10 сП) с механическими примесями основной причиной отказа клапанных узлов штанговых насосов является потеря герметичности.
2. Потеря герметичности клапанных узлов мало зависит от исходной и конечной шероховатости поверхности, от изменения шероховатости поверхности шара и седла клапана, от точности изготовления шара и седла.
3. Герметичность клапанных узлов очень сильно зависит от материала клапанной пары и от возможности их приработки в начальный момент времени (до 20–25% от общего времени работы клапанного узла).
4. Выбор материалов седла и шара, а также сочетание материалов клапанных узлов зависит от конкретных условий эксплуатации СШНУ.
5. Результаты стендовых испытаний клапанных узлов штанговых насосов являются рейтинговыми, определяющими те объекты, которые рационально выбирать для проведения опытно-промысловых испытаний (ОПИ). Результаты стендовых испытаний могут ответить на вопрос о принципиальной возможности применения той или иной конструкции клапанных узлов штанговых насосов и обеспечить существенное сокращение издержек на проведение ОПИ.
