Зынжүрісті тербелмелі станоктар

Скважиналық штангалы сорапты қондырғылар (СШСҚ) мұнай шығарудың әлемдік практикасында ең көп таралымын алды. Қазіргі уақытта олармен жұмыс істеп тұрған скважиналардың бүкіл қорының жартысынан астамы жабдықталған. Мәселен, жекелей алсақ, АҚШ-та бұл тәсілмен скважиналардың бүкіл қорының 85% (470 мыңнан аса), Ресейде – шамамен 53% (76 мыңға жуық), оның ішінде "ЛУКОЙЛ" ААҚ - 61% (15 мыңға жуық) пайдаланылады. СШСҚ осыншама кең қолданылуы конструкциясының және жер бетіндегі жетекке (тербелмелі станок) де, скважина ішіндегі жабдыққа (сораптар, штангалар) да қызмет көрсетудің қарапайымдылығымен байланысты.

Алайда, олардың кейбір анық артықшылықтарына қарамастан, құмның, су-мұнай эмульсиясының, тұз шөгінділерінің және АШПШ аса жоғары мөлшері жағдайларында, әсіресе тұтқырлығы жоғары мұнайды шығарған кезде қондырғылардың тереңдегі сорап жабдығының тиімділігі жеткіліксіз болып қалып отыр. Мұндай жағдайлар Қазақстанның көптеген, оның ішінде Өзен, Ембі, Қаражамбас және т.б. секілді кен орындарына тән. Балансирлік жетегі бар тереңдегі сорапты жабдықтардың сораптардың толтырылуының жоғары емес коэффициенттеріне орай салыстырмалы төмен ПӘК ие екендігі белгілі. Мұнайдың тұтқырлығының артуымен ол одан бетер төмендеп кетеді. Көптеген кен орындарында беру коэффициенттерін есептеп шығару олардың мәндерінің 0,4-0,5 аспайтындығын көрсетіп отыр. Мысалға, жоғарыда көрсетілген кен орындарында СШСҚ беруінің орташа коэффициенті 0,5 аспайды. Нәтижесінде, балансирлік тереңдегі сорапты жабдықтарды пайдаланған кезде қуат шығындары скважиналарды пайдаланудың басқа механикаландырылған тәсілдері кезіндегі қуат шығындарынан анағұрлым асып түседі.

Онымен қоса, құмның және басқа механикалық қоспалардың аса жоғары мөлшері штангалы сораптарының элементтерінің аса жоғары тозуының және олардың жұмыс істемей қалуының негізгі себептері болып табылады. Нәтижесінде жөндеулердің жөндеуаралық кезеңі төмендейді. Мәселен, мұнай кәсіпшілігі кәсіпорындарының мәліметтері бойынша, СШСҚ жөндеуаралық кезеңі шамамен 90-130 тәулік құрайды, бұл жұмыс істемей тұрған скважиналар санының артуына алып келеді, скважиналарды жер астында ағымдағы жөндеулерге шығындар көбейеді. Осыған ұқсас проблемалар шетел компанияларында да байқалады.

Циклдың шағын кезеңі бар сериялы СШСҚ жұмыс істеуінің циклдік сипаты және күш түсулердің үлкен асимметриялығы скважиналық штангалы сорапты қондырғының негізгі кемшіліктерінің бірі болып табылады. Қондырғының қозғалтқыштан бастап тереңдегі сораптың қабылдағыш қақпағына дейін, іс жүзінде барлық элементтері циклдық әсер етулерге ұшырап отырады.

Штангалы қондырғының элементтерінде шаршау құбылыстарының жинақталу қарқындылығы тәулігіне 7 200—21 600 цикл құрайды, бұл СШСҚ-дағы циклдік күш түсулерге орай штангалардың материалының біртіндеп бұзылуымен байланысты апаттардың жиі себебі болып табылады. Өзге бір елеулі кемшілігі СШСҚ-мен жабдықталған скважиналарды жер астында жөндеудің жоғары құны болып табылады. Апаттардың нәтижесінде скважиналардың жұмыссыз тұрулары пайда болады, жөндеу барысында қатпардың забой маңындағы аймағы ластанады, жабдықты сөндеу мен жөндеу үшін агрегаттар жалдауға мәжбүрлі, жоспарланбаған шығындар пайда болады. Жер астындағы жөндеуді жүргізу де шатундардың саусақтарының орнын ауыстырудың ыңғайлы еместігімен, теңдестірген кезде жүктерді жылжытудың жоғары еңбек сыйымдылығымен, скважиналарды жер астында жөндеуді орындаудың алдында балансирдің бастиегін бұрудың ыңғайлы еместігімен байланысты қол еңбегінің айтарлықтай жұмсалуын қажет етеді.

Мысалға алатын болсақ, СК6 және СК8 типті таралған тербелмелі станоктар тиісінше 2,5 және 3,5м жүріс ұзындығына ие. Сондай-ақ сорап плунжерінің жүріс ұзындығы 4,5 м дейін болатын тербелмелі станок те бар. Балансирлік жетектің жүрісінің ұзындығын арттырған кезде оның габариттері, салмағы және редуктордың білігіндегі айналдыратын сәт көбейеді. Мысалға алсақ, "Лафкин" (АҚШ) фирмасының жүрісінің ұзындығы 7,6 м APJ 3648 типті тербелмелі станоктың 24,8 т салмағы және 248 кН жүк көтергіштік кезінде редуктордың білігіндегі 402 кН·м айналдыратын сәті бар.

Механизмнің конструкциясына төрт буындының элементтерін құрастырумен байланысты органикалық кемшілік тән болғандықтан, балансирлік тербелмелі станоктардың түрлендіруші механизмінің кинематикалық схемасы іс жүзінде одан әрі жетілдіруге берілмейді деп есептеледі. Өздерінің жиынтығында бірін бірі ушықтыра түсетін, барлық жоғарыда көрсетілген кемшіліктер скважиналардың үлкен қорының жағдайларында мұның кезінде мұнай саласының жаңа техникалық құралдарды жасаусыз және енгізусіз одан әрі дамуы қиынға соға бастаған жағдай жасады. Және, бәлкім сондықтан болар, Американ мұнай институтының (Specification for Pumping Units Spec HE API) және Ресей Федерациясының (МЕМСТ Р 5866З) қазірде қолданылатын стандарттарымен жетектердің қондырғыдары және кинематикалық схемалары регламенттелмей, олардың жүрістің ұзындығы, штангаларды асу нүктесіндегі жүктеме және редуктордың шығыс білігіндегі айналдырғыш сәт секілді шығыс параметрлері ғана, сондай-ақ сенімділік, экологиялық және эргономикалық көрсеткіштері регламенттеледі. Осылайша келу сорап жетектерінің әрекет етудің өзге принциптеріндегі мүлдем әртүрлі типтерін жасап шығаруға мүмкіндік береді.

Сондықтан скважиналарды пайдалануға арналған жаңа техника жасап шығарушылардың алдында қалыпты техникалық-технологиялық жағдайларда да, аномалиялы қасиеттері бар мұнай шығарған кезде де тиімді жұмыс істеуге қабілетті әмбебап сорап қондырғыларын жасау міндеті тұр.

Практика плунжерлі сорапты қондырғының плунжерінің жүріс ұзындығының артуымен сораптың толтырылу коэффициенті және беруі арта түсетіндігін, штангалардың және сораптың қызмет ету мерзімдерінің, скважиналардың жөндеуаралық кезеңінің артатындығын, жалпы алғанда қондырғының энергетикалық сипаттамаларының жақсаратындығын көрсетіп отыр.

Ұзын жүрісті жетектердің артықшылықтары мыналар:

Ø штангалардың қозғалуының мұның шамасы штангалардың типтік балансирлік тербелмелі станоктардың максималды жылдамдығынан 1,6—1,7 есе азырақ болып келетін, жүрістің басым бөлігіндегі тұрақты жылдамдығы;

Ø балансирлік тербелмелі станоктармен салыстырғанда шынжырлы жетектің толық салмағының және габариттерінің жүріс ұзындығына азырақ тәуелділігі;

Ø штангаларға және жетекке динамикалық және гидродинамикалық күш түсулердің төмендеуіне, штангалармен апаттар санының қысқаруына, штангалар мен құбырлардың тозуының азаюына, сораптың толу коэффициентінің артуына, сағалық сальниктің қызмет ету мерзімінің артуына, аса жоғары газ мөлшері бар және тұтқырлығы жоғары өнімді айдаған кезде көрсеткіштердің жақсаруына жағдай жасайтын, айдаудың бірқалыпты ұзын жүрісті режимдері;

Ø скважиналардан өнімді көтеріп шығаруға энергетикалық шығындардың қысқаруы;

Ø шынжырлы жетектің электр қозғалтқышына бірқалыпты күш түсуін қамтамасыз етудің есебінен қуатты пайдалану коэффициентінің артуы болып табылады.

Сондықтан, соңғы кездері, мұнай шығаруға арналған дәстүрлі балансирлік жетектермен (тербелмелі станоктар деп аталатындармен) қатар, балансирлік емес ұзын жүрісті, басым бөлігінде шынжырлы және ленталы жетектерді қолданудың кеңеюі байқалып отыр.

2013 ж. «Татнефть» ААҚ ақпараты бойынша, компанияның кен орындарында ПЦ 60 және ПЦ 80 типті ұзын жүрісті шынжырлы жетектерді пайдаланудың бар болып отырған практикалық тәжірибесі олардың тұтқырлығы жоғары мұнаймен, су-мұнай эмульсиясының (СМЭ) түзілуімен, тереңдегі сорап жабдығында (ТСЖ) тұздардың және асфальт-шайыр-парафин шөгінділерінің (АШПШ) жинақталуымен күрделенген, мезгіл-мезгіл айдау режимінде жұмыс істейтін скважиналарда, сонымен қатар диаметрі шағын (114 мм) скважиналарда ең тиімді болып шыққандығын көрсетіп отыр. ПЦ 60 тұтқырлығы жоғары өнімі бар скважиналарда, аз дебитті мезгілдік қорда және АШПШ мен тұздармен күрделенген қорда енгізу үшін ұсынылады.

Жүріс ұзындығы 3 м болатын шынжырлы жетектермен жабдықталған скважиналар сериялы тербелмелі станоктармен салыстырғанда сұйықтықты көтеруге үлестік қуат шығындарының орташа алғанда 15 пайызға үнемделуін қамтамасыз етеді. Сондай-ақ динамикалық жектемелер, металл сыйымдылығы, тасымалдауға, монтаждауға және қызмет көрсетуге кететін шығындар азаяды. Эмульсия түзілу себебімен скважиналарды жөндеулер саны 3,9 есе азаяды, штангалардың үзілулерінің және айналдыруларының себебі бойынша скважиналарды жөндеулер саны – 2,4 есе төмендейді.

Балансирлік аналогпен салыстырғанда, ПЦ 60 (жүріс ұзындығы 3 м) артықшылықтары мезгілдік өнімділігі төмен қордың скважиналарын пайдалану мүмкіндігі және бұл кезде өнімнің қосымша өсімін алу болып табылады. ПЦ 80 (вхы 6 м) балансирлік аналогтармен және электрбатырылатын орталықтан тепкіш сораптың қондырғыларымен (ЭОНҚ) салыстырғанда айтарлықтай артықшылықтарға ие. Бұл шынжырлы жетектерді жоғары дебитті скважиналарда, оның ішінде тұтқырлығы жоғары мұнайы бар, құмның және механикалық қоспалардың шығарылуымен күрделенген скважиналарда, қосымша пайдалану колонналары және циклдік айдауы бар шағын диаметрлі скважиналарда қолданған мақсатқа лайықты. Жүріс ұзындығы 6 метр болатын шынжырлы жетектер ЭОНҚ салыстырғанда, сұйықтықты көтеруге үлестік қуат шығындарының 57 пайызға төмендеуін қамтамасыз етуге жағдай жасайды.

Шынжырлы жетектің жұмысының кинематикасы – жүрістің көбірек бөлігінде бірқалыпты жылдамдық кезінде тербелістердің аз жиілігі – ТСЖ пайдаланудың қолайлы режимін қамтамасыз етеді.

Практикада аталған режим штангалы колоннаға динамикалық күш түсулердің төмендеуіне және, демек – олардың жұмыс істемей қалуларының санының қысқаруына, сондай-ақ сораптың толу коэффициентінің артуына алып келеді. Бұдан өзге, балансирлік аналогтармен салыстырғанда, ПЦ үлестік қуат тұтынуының елеулі (орташа 15%) үнемделуі алынды.

Алайда, бұл қондырғылар техникалық параметрлері бойынша дәстүрлі тербелмелі станоктардан анағұрлым артып түсетін болса, сенімділігі бойынша осы уақытқа дейін олардан асып түсу қолдан келген емес. Сондықтан жуырдағы 5-10 жылда жетектердің бұл түрі бұрынғысынша мұнай кәсіпшіліктерінде монополист болады.

Типтік тербелмелі станоктардың қазіргі кезге дейін жаппай қолданылып отырғандығын ескере отырып (ал олардың саны тек Қазақстан кен орындарындағы саны ондаған мыңды құрайды), оларды одан әрі ұтымды қолдану туралы мәселе тұрады. Скважиналардың дебитінің таусылуына қарай оларды қолдану саласы тарыла түсуде, кей кездері скважиналар мерзімдік пайдалануға көшіріледі, бұл скважиналардың жұмыс режимінің нашарлауына және мұнайдың жеткілікті алынбауына әкеледі. Олардың айтарлықтай бөлігі тек ресурсының таусылуына орай ғана емес, құмның жоғары мөлшері және мұнайдың суланғандығы жағдайларында қолдану тиімділігінің төмендеуіне орай да жұмыссыз тұр.

Балансирлік тербелмелі станоктардың Қазақстанда жинақталып қалған орасан зор паркін жай ғана шетелдік ұзын жүрісті скважиналық сорап қондырғыларына алмастыра салу техникалық және экономикалық тұрғыдан мақсатқа лайықты емес. Осы өзекті мәселенің ымырашыл шешімі Қ.И.Сәтбаев ат. ҚазҰТУ жасалған скважиналық штангалы сораптардың, ұзын жүрісті шынжырлы жетектерінің жоғарыда тізіп көрсетілген барлық артықшылықтарын алуға мүмкіндік беретін балансирлік тербелмелі станоктардың сериялы конструкцияларының негізіндегі штангалы скважиналық сораптың (ШСС) ұзын жүрісті жетегінің конструкциясы болып табылады. Жетілдірудің бұл жобасының өзгеше ететін ерекшелігі жоғарыда аталып кеткен стандарттардың талаптарын сақтай отырып, сериялы тербелмелі станоктардың қолданылу саласын және жүрістер диапазонын елеулі кеңейту мүмкіндігі болып табылады.

Жетілдірудің мәнісі типтік тербелмелі станоктарды штоктың жүріс ұзындығын екі және одан көп есе арттыруға мүмкіндік беретін полиспастты қосымшасы бар біртума мачтамен жабдықтаудан тұрады.

3 суретте штоктың жүріс ұзындығын екі есе арттыруға мүмкіндік беретін, екі ішекті тальдік жарағы бар, жетілдірілген балансирлік жетектің варианттарының бірінің схемасы көрсетілген. Жүріс ұзындығын қадам-қадаммен 3 және 4 есе арттыра отырып, үш және төрт ішекті тальдік жарағы бар конструкциялардың варианттары бар.

Штангалы сорапты қондырғының балансирлік жетегі осында электр қозғалтқыштың айналдыру сәтін негіздің 1 тіректе 4 топсалы орнатылған балансирдің 3 тербелмелі жылжуына қос иінді-шатунды түрлендіргіші бар күш беретін жетек 2 орнатылған негізден 1 тұрады. Жетектің кронблокты рамасы 6 және аталып кеткен раманы, жөндеген кезде скважинаның сағасына кіруді қамтамасыз ету үшін қажетті, қарама-қарсы бағыттағы бұрандалы кертпелердің көмегімен белгіленген шектерде ауытқытуды реттегіші 5 бар мачталық тірекке 12 ие. Оның ұштары мачта тірегімен 12 және негізбен 1 топсалы байланыстырылған.

Таль жарағының кронблокты раманың 6 жұп шығырлары арқылы өткізілген қатарлас арқандардың 7 бір ұшында арқан аспаның көмегімен скважинада сораптың плунжерімен (суретте көрсетілмеген) аяқталатын штангалар колоннасы 8 ілінген, ал арқанның «өлі ұш» деп аталатын ұшы балансирдің ұшына бекітілген. «Өлі ұшты» тербелмелі станоктың негізіне орнатылатын жинақтағыш барабанда бекіте отырып жарақтандыру мүмкін болады. Бұл арқанның тозуына қарай оны тозбаған учаскеге қайта өткізуге және, осылайша, оның қызмет ету мерзімін елеулі ұзартуға мүмкіндік береді.

Сурет. Штангалардың екі есе ұзартылған жүріс ұзындығы бар штангалы сорапты қондырғының жаңартылған балансирлік жетегі

Мачта тірегі 12 штоктың жүрісіне байланысты телескопиялық немесе тіректің биіктігін реттеуге арналған бұраналы домкратта домкратталған етіп жасалуы мүмкін. Оның негізі жөндеу кезінде скважинаның сағасының айналасындағы кеңістікті босату үшін оңға ауытқыту мүмкіндігімен топсалы тіректе 13 бекітіледі. Айдау режимін қалпына келтіру үшін мачта тірегімен операцияларды кері ретпен жүргізеді және мачта тірегінің биіктігін бұрандалы домкраттардың көмегімен түпкілікті орнатады.

Штангалар колоннасының жүрісінің бірқалыптырақ өзгеруін белгілі тәсілмен – қосиін саусағын бекіту радиусын өзгерту арқылы жүргізеді. Осындай конструкциялық орындалу кезінде сорапты қондырғының балансирлік бөлігі қарапайым болып шығады және әдетте балансирдің үстінде жүріс шамасының кем дегенде жартысына көтеріліп тұратын сектор бастиегінің болмауына орай габариттік өлшемдері азаяды. Мысалға, 10 м жүріс алу қажет болған кезде балансирдің орналасу биіктігі 3 м аспайтын болады, ал балансирдің бастиегі болған кезде балансир қондырғысының биіктігі 4,5 м дейін артады. Орындаудың жеке жағдайында полиспастты жүйеде арқандардың орнына бұлардың ресурсы айтарлықтай жоғарырақ болатын шынжырлы беріліс қолданылуы мүмкін.

Сериялы шығарылатын жетектерді қайта құрастырған кезде негізді 1 ұзартады, мачта тірегін 12 монтаждайды және тербелістер санын азайту қажет болған кезде қосымша төмендеткіш беріліс орнатады немесе айналу жиілігі азырақ қозғалтқышты монтаждайды. Осыны тербелмелі станоктардың барлық типтерінде қолдануға болатын, тербелмелі станоктың электр қозғалтқышы мен редукторы арасында сына-белдікті вариаторды қолдана отырып, тербелістер санын агрегатты тоқтатусыз бірқалыпты реттеу варианты да жасалған. Оларды қолдану тербелістер санын сатысыз және оларды өзгертудің үлкен диапазонымен реттеуге қол жеткізуге мүмкіндік береді.

Реттеуінің кең диапазоны бар сына-белдікті вариатор өзге де аса маңызды міндетті – оның жұмысының оптималды режимін сақтай отырып, штангалы сорапты қондырғының өнімділігін автоматты реттеу мүмкіндігін шешуге де жағдай жасайды. Бұл «ақылды (немесе интеллектуалды)» скважиналар жасауға қарай жасалған тағы бір қадам.

Жетілдірілген ұзын жүрісті жетектің жұмыс істеп тұрған макеттік үлгісінде жүргізілген зертханалық зерттеулер оның жұмысқа қабілеттілігін және тиімділігін растап берді.

Сериялы тербелмелі станоктарды ұзын жүрісті тербелмелі станоктарға ойластырылып отырған жетілдіруді үлкен күрделі салымдарсыз, мұнай шығаруға арналған үлкен ресурсы бар, қуат-ресурс үнемдейтін жабдық алуға, оларды қолдану диапазонын айтарлықтай кеңейтуге мүмкіндік беретін аса келешегі бар бағыт деп есептеуге болады. Оларды практикада қолданған кезде шығындардың айтарлықтай үнемделуін алуға және мұнай шығарудың өзіндік құнын төмендетуге болады.

Дата добавления: 2015-12-01