Золотниковые клапаны в УЭЦН и ШГН: опыт эксплуатации

19.01.09 12:49

Недостатки шаровых клапанов

В скважинных штанговых глубинных насосах основными узлами являются всасывающий и нагнетательный клапаны. От их состояния зависит эффективность работы насосной установки. В основном в выпускаемых насосах используются клапаны шаровой конструкции. Запорный элемент прост по форме, которая представляет классическую сферу, но технология изготовления шара имеет многоступенчатое исполнение. Износостойкость шаров достигается за счет применения специальных материалов и термообработки.

Работоспособность шарового клапанного узла низка, так как контактное касание происходит по линейному принципу. Сфера, вписанная в конус, представляет по линии касания круг. При линейной герметизации малейшее несовпадение с идеальными геометрическими формами приводит к появлению зазоров между контактирующими элементами. Через эти зазоры происходят утечки откачиваемой пластовой жидкости.

Надежность шарового клапана снижается под действием коррозии и при малейшем износе. Поскольку откачиваемая жидкость имеет высокую коррозионную активность добиться надежной работы шарового клапанного узла практически невозможно.

Поэтому отказы насоса из-за износа клапанов и износа плунжерной пары составляют 30 % от общего количества отказов скважинного оборудования.

Попытки применения клапанной пары пробкового типа разработанного в УГНТУ не получили широкого распространения [1].

Аналогичные недостатки шарового обратного клапана, используемого в УЭЦН, приводят при временных остановках погружного электродвигателя к возникновению турбинного вращения насоса в обратном направлении. Поэтому повторный запуск ПЭД невозможен из-за перегрузки по току до полной его остановки.

При этом потеря производительности насосной установки в течение 2  часов простоев по этой причине и сумма убытков сопоставима со стоимостью обратного клапана.

Кроме того, невозможно достоверно определить герметичность колонны труб НКТ при опрессовках.

Недостатки шаровых клапанов проявляются и при увеличении угла наклона скважины свыше 70%, из-за невозможности посадки шара в седло, приводящему к одностороннему его износу.

Преимущества золотникового клапана

Учитывая изложенное, были разработаны клапаны золотникового типа, взамен применяемых шаровых клапанов (патент на полезную модель №69186), как в ШГН так и в УЭЦН, обладающие повышенной 2х ступенчатой герметизацией, высоким ресурсом, за счет увеличения рабочей площади контактирующих пар, и возможностью применения в скважинах с любым углом наклона, а также в горизонтальных скважинах, благодаря наличию направляющего хвостовика.

Конструкция клапана (рис. 1) включает седло 1 с отверстиями 15 для прохода пластовой жидкости и направляющим отверстием 14 для хвостовика 13 установленного в корпусе 2.

Золотник образован набором стальных колец 5 образующих запорную пару с внутренней поверхностью седла. Кольца 5 подвижны в осевом и радиальном направлении и уплотнены с поверхностью корпуса 2 эластичными кольцами 6 круглого поперечного сечения, смещенных эксцентрично попарно относительно друг друга на угол 3600/n,     (где n – число пар колец).

Эксцентричное смещение эластичных колец достигается за счет выполнения на поверхности корпуса 2 кольцевых пазов с заданным эксцентриситетом (0,2÷0,5 мм).



Для облегченного входа золотника с набором уплотнительных эксцентрично смещенных колец в седло, на входе седла выполнена коническая фаска, соответствующая коническому бурту на корпусе 2. Таким образом, нулевой зазор в седле образуют упруго поджатые эластичными кольцами 6 стальные кольца 5, которые исключают возможность поступления мехпримесей в запорную пару за счет «бреющего» эффекта, а также осаждения солей и парафина на поверхности седла.

Причем нулевой зазор поддерживается и при износе стальных колец до размера равному удвоенному эксцентриситету (2е).

Наличие конической фаски на седле и конического бурта на корпусе золотника увеличивает герметичность запорной пары при контакте конических поверхностей в закрытом положении клапана.

Клапан золотникового типа обладает высокой ремонтопригодностью, путем замены эластичных и стальных колец нового ремонтного размера, соответствующему размеру прошлифованного отверстия седла.

Проверено практикой

Золотниковые клапаны КОЗ 73 (Норма) (рис. 2) прошли промысловые испытания на 5ти скважинах Игольско-Талового месторождения ОАО «Томскнефть» ВНК и подтвердили высокую герметичность при незапланированных остановках ПЭД, что подтверждено отсутствием «турбинного» вращения и набором герметичности колонны НКТ за 15 с после его остановки (табл. 1).

Таблица 1. Испытания КОЗ 73 на Игольско-Таловском месторождении.



Аналогичные результаты получены при эксплуатации клапанов КОЗ-73 (норма) в НГДУ «Альметьевскнефть» на 6ти скважинах Ромашкинского месторождения и НГДУ «Черемшаннефть» (табл. 2).

Таблица 2. Испытания КОЗ 73 на Ромашкинском месторождении.



Готовность применения высокотехнологичных клапанов КОЗ-73 в УЭЦН подтверждена запросом и поставкой их ОАО «Центрофорс» и ЗАО «Новомет» в количестве 30 шт.

В ООО «РАМ» изготовлены и прошли эксплуатационные испытания клапаны золотниковые КЗН-44 (Норма-44) взамен шариковых на ШГН в НГДУ, «Нурлатнефть», НГДУ «Прикамнефть» ОАО «Татнефть» в количестве 16 шт. и НГДУ Ямашнефть.

Для проведения анализа эффективности работы золотниковых клапанов была взята информация из КИС АРМИТС по ремонтам скважины, промывкам и простоям за период 1998-2008 г.г.

Анализ по скважинам №3174, 1016, 608М в НГДУ «Прикамнефть» показал рост МРП. Промывки скважин не было ни до ни после внедрения золотниковых клапанов. Простоев после внедрения и эксплуатации свыше 254 суток не было. Скважины работают в тяжелых условиях: динамический уровень на приеме насоса. Коэффициент Кпод.нас.=0,5÷0,6.

В скважине №608М очень вязкая нефть, но, не смотря на это ШГН работоспособен и можно утверждать, что золотниковые клапаны обладают высокой пропускной способностью на вязкой нефти, а также быстрее срабатывает на закрытие, т.к. вес золотника на 25 % больше веса шарика.

В НГДУ «Нурлатнефть» после замены шариковых клапанов на золотниковые отмечено на скважинах № 1390, 3014, 5891, 176, 9200 и 98 увеличение подачи в период с 05.06.07 по 30.01.08 в среднем на 15 %, что соответствует стоимости дополнительно добытой нефти на сумму около 500 000$/год.

По результатам промысловых испытаний золотниковых клапанов, заводы производители штанговых насосов ЗАО «ЭЛКАМ-нефтемаш» и ЗАО «Пермская компания нефтяного машиностроения» одобрили применение данных клапанов в выпускаемых ими насосах.

Для изготовления клапана не требуется дефицитного твердого сплава, а упрочнение поверхности седла и колец обеспечивается цементацией, азотированием, борированием и другими методами.

ООО «РАМ» готово поставлять золотниковые клапаны по запросу потребителей.

Производство клапанов может быть организовано на любом машиностроительном предприятии по лицензионному соглашению заключенному с патентообладателями.

Клапаны золотниковые имеют сертификат соответствия по ТУ 3665-002-74636481-2007 и соответствует требованиям нормативных документов: ГОСТ 51896-2002 р.р. 6-8, ГОСТ 12.2.136-98, ГОСТ 12.2.003-91.

Пономарев А.К., к.т.н., технический директор ООО «РАМ», Рыжов Е.В., генеральный директор ООО «РАМ», к.т.н, Моисеев В.В., председетель совета директоров ООО «Полимерресурс»

Литература:

1. Галимуллин М.Л. «Разработка технических средств повышения работоспособности скважинных плунжерных насосов».
2. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук стр. 13-21 УФГТУ.
   

ООО «РАМ»,
141090, г. Юбилейный, М.О.,
 ул. Пионерская, дом ¼,
Тел./факс: (495) 544-27-27,
E-mail: mail@ramtech.su.

Справка

Помимо описанных золотниковых клапанов ООО «РАМ» производит следующее оборудование:

1. Агрегат насосный электрогидроприводный диафрагменный АНД-400 (для перекачки нефти и нефтепродуктов) производительностью 5-16 м3/час, с напором до 2,5 МПа.
2. Насос погружной электрогидроприводной диафрагменный (ЭГПДН) для добычи нефти из малодебитных скважин и добычи высоковязкой нефти. Насосный агрегат имеет низкое энергопотребление по сравнению с ШГН со станком-качалкой – примерно 6 кВт  на 1 т пластовой жидкости, поднятой с глубины 3000 м, и как следствие – высокий коэффициент полезного действия >60 % во всем диапазоне подач.
3. Гидроредуктор винтового насоса с погружным электродвигателем для добычи вязкой нефти.
4. Гидрозащита ПЭД поршневого типа на подштпниках качения.
5. Серия золотниковых клапанов для штанговых насосов различных диаметров повышенной герметичности и ресурса.
   

ООО «РАМ» также проводит работы по алмазно-кластерному покрытию деталей, например, деталей клапанов, роторов винтового насоса, деталей гидромотора. Данный вид покрытия обеспечивает высокую износостойкость, что в 4-6 раз выше по сравнению с обычным твёрдым хромированием и имеет более высокую (в 2-2,5 раза выше) коррозионную стойкость.

Читайте также: