Домкрат -качалка — это наземный привод поршневого насоса возвратно-поступательного действия в нефтяной скважине . [1]
Он используется для механического подъема жидкости из скважины, если забойное давление недостаточно для того, чтобы жидкость вытекла на поверхность. Такое устройство часто используется для береговых скважин. Качки распространены в богатых нефтью районах .
В зависимости от размера насоса он обычно производит от 5 до 40 литров (от 1 до 9 имп галлонов; от 1,5 до 10,5 галлонов США) жидкости за один ход. Зачастую это эмульсия сырой нефти и воды. Размер насоса также определяется глубиной и весом удаляемого масла, при этом более глубокая добыча требует большей мощности для перемещения увеличенного веса нагнетательного столба (напора нагнетания).
Насос-качалка балочного типа преобразует вращательное движение двигателя в вертикальное возвратно-поступательное движение, необходимое для приведения в движение полированной штанги и сопровождающей ее насосной штанги и нагрузки колонны (жидкости). Инженерный термин для этого типа механизма — шагающая балка . Он часто использовался в конструкциях стационарных и морских паровых двигателей в 18 и 19 веках.
Качалка также называется насосом-качалкой, насосом с шагающим лучом, насосом с лошадиной головой, насосом с кивком осла (насосом с ослом), насосом-качалкой, насосом-качалкой, насосом для штанги, насосом для динозавров, насосом для больших техасцев, насосом для жаждущих птиц, насосом для хобби или просто насосный агрегат. [2]
Раньше насосные станки работали с помощью стержневых линий, идущих горизонтально над землей к колесу на вращающемся эксцентрике в механизме, известном как центральный привод. [3] Центральная электростанция, которая может управлять дюжиной или более насосных станций, будет приводиться в действие паровым двигателем, двигателем внутреннего сгорания или электродвигателем. Среди преимуществ этой схемы было наличие только одного первичного двигателя для питания всех насосных станций, а не отдельных двигателей для каждой. Однако среди многих трудностей было поддержание баланса системы при изменении нагрузки на отдельные скважины.
Современные насосные станции приводятся в движение первичным двигателем. Обычно это электродвигатель, но двигатели внутреннего сгорания используются в изолированных местах без доступа к электричеству или, в случае водяных насосных станций, где трехфазное питание недоступно (в то время как существуют однофазные двигатели мощностью не менее 60 лошадиных сил). или 45 киловатт, [4] обеспечение мощности однофазных двигателей мощностью более 10 лошадиных сил или 7,5 киловатт может вызвать проблемы с линией электропередачи, [5] и многим насосам требуется более 10 лошадиных сил). Обычные автономные двигатели насосных станций работают на природном газе , часто попутном газе, добываемом из скважины, но насосные станции работают на многих видах топлива, таких как пропан и дизельное топливо . В суровом климате такие двигатели и двигатели можно размещать в хижинах для защиты от непогоды. Двигатели, приводящие в действие водокачки, часто получают природный газ из ближайшей доступной газовой сети .
Первичный двигатель приводит в действие набор шкивов к трансмиссии, часто это двухступенчатая коробка передач , которая приводит в движение пару кривошипов , обычно с установленными на них противовесами для компенсации веса тяжелого узла тяги. Шатуны поднимают и опускают один конец двутавровой балки , которая может свободно перемещаться по А-образной раме . На другом конце балки находится изогнутый металлический ящик, называемый головой лошади или головой осла, названный так из-за своего внешнего вида. Трос из стали (иногда из стекловолокна ), называемый уздечкой, соединяет голову лошади с полированным стержнем — поршнем, который проходит через сальник .
Сами кривошипы также создают противовес за счет своего веса, поэтому на насосных станках, не несущих очень тяжелые нагрузки, веса самих кривошипов может быть достаточно, чтобы уравновесить нагрузку на скважину.
Однако иногда механизмы с кривошипно-шатунной балансировкой могут стать непомерно тяжелыми из-за необходимости использования противовесов. Lufkin Industries предлагает «воздушно-сбалансированные» агрегаты, в которых противовес обеспечивается пневматическим цилиндром , наполненным воздухом от компрессора , что устраняет необходимость в противовесах.
Полированный стержень плотно прилегает к сальнику, позволяя ему входить и выходить из трубки без утечки жидкости. (Трубка представляет собой трубу, идущую ко дну колодца, через которую добывается жидкость.) Уздечка повторяет изгиб головы лошади, опускаясь и поднимаясь, создавая вертикальный или почти вертикальный ход. Полированный шток соединен с длинной цепочкой штанг, называемых насосными штангами, которые проходят по трубам к скважинному насосу, обычно расположенному вблизи забоя скважины.
В нижней части НКТ находится скважинный насос. Этот насос имеет два шаровых обратных клапана : стационарный клапан внизу, называемый стоячим клапаном, и клапан на поршне, соединенный с нижней частью насосных штанг, который перемещается вверх и вниз при возвратно-поступательном движении штанг, известный как ходовой клапан. Пластовая жидкость поступает из пласта на забой скважины через перфорационные отверстия , проделанные в обсадной колонне и цементе (обсадная колонна представляет собой металлическую трубу большего размера, идущую по всей длине скважины, между которой и землей помещен цемент; НКТ, насос и насосная штанга находятся внутри обсадной колонны).
Когда штоки на конце насоса движутся вверх, ходовой клапан закрыт, а стоячий клапан открыт (из-за падения давления в цилиндре насоса). Следовательно, ствол насоса наполняется жидкостью из пласта, когда движущийся поршень поднимает предыдущее содержимое ствола вверх. Когда штоки начинают давить вниз, ходовой клапан открывается, а стоячий клапан закрывается (из-за увеличения давления в цилиндре насоса). Ходовой клапан опускается через жидкость в цилиндре (которая была втянута во время хода вверх). Затем поршень достигает конца своего хода и снова начинает движение вверх, повторяя процесс.
Зачастую газ добывается через те же перфорационные отверстия, что и нефть. Это может быть проблематичным, если газ попадает в насос, поскольку это может привести к так называемой газовой пробке, когда в цилиндре насоса создается недостаточное давление для открытия клапанов (из-за сжатия газа), и перекачивается мало или вообще ничего. Чтобы этого избежать, входное отверстие для насоса можно расположить ниже перфорационных отверстий. Когда насыщенная газом жидкость поступает в ствол скважины через перфорационные отверстия, газ барботируется вверх по затрубному пространству (пространству между обсадной колонной и НКТ), в то время как жидкость движется вниз к входному отверстию стоячего клапана. На поверхности газ собирается через трубопровод, соединенный с затрубным пространством.
Откачки-качалки также можно использовать для привода в действие колодцев, которые сейчас считаются старомодными, с ручной накачкой воды . Масштаб этой технологии часто меньше, чем у нефтяной скважины, и обычно ее можно разместить поверх существующего устья скважины с ручной закачкой. Технология проста: обычно используется двухкулачковый подъемник с параллельными стержнями, приводимый в движение маломощным электродвигателем, хотя количество насосных станков с длиной хода 54 дюйма (1,4 м) и более, используемых в качестве водяных насосов, увеличивается. Короткую видеозапись работы такого насоса можно посмотреть на YouTube. [6]
Хотя скорость потока для насосной установки из водяной скважины ниже, чем у струйного насоса , и поднимаемая вода не находится под давлением, балочная насосная установка имеет возможность ручной откачки в аварийной ситуации, поворачивая вручную кулачок насосной станции в самое нижнее положение. и прикрепив ручную рукоятку к верхней части устьевой штанги. В более крупных насосных станциях с приводом от двигателей двигатель может работать на топливе, хранящемся в резервуаре, или на природном газе, доставляемом из ближайшей газовой сети . В некоторых случаях этот тип насоса потребляет меньше энергии, чем струйный насос, и, следовательно, его дешевле эксплуатировать.
