От внутрискважинной диагностики до прогнозной стратегии: всеобъемлющее руководство для инженеров-нефтяников и операторов месторождений.
В секторе искусственного подъема нефти штанговый насос (ШНН) остается доминирующей технологией благодаря своей надежности и универсальности. Однако эксплуатационная неэффективность и преждевременные отказы продолжают ежегодно обходиться отрасли в миллиарды долларов в виде операционных расходов и задержек в добыче.
В 2025 году техническое обслуживание этих насосов эволюционировало от реактивной модели «от запуска до отказа» к проактивной, основанной на данных дисциплине. Это всеобъемлющее руководство подробно описывает технические нюансы технического обслуживания.масляные стержневые насосысочетая накопленный полевой опыт с современными стандартами API и технологиями цифрового мониторинга.
Глава 1: Этап подготовки к установке – с которого начинается долговечность.
Многие отказы насосов предопределены еще до того, как насос будет установлен в скважине. Правильное хранение, обращение и подготовка являются основополагающими этапами технического обслуживания.
1.1 Протоколы хранения и обращения
Насос API 11AX — это прецизионный инструмент, зазоры в котором часто составляют менее 0,003 дюйма. Неправильное обращение с насосом приводит к потере этой точности.
Горизонтальная опора: Насосы всегда должны храниться и транспортироваться в горизонтальном положении. Для предотвращения провисания ствола опоры следует располагать с интервалом не более 3-5 футов. Провисший ствол приведет к немедленному заклиниванию поршня.
Защитные колпачки: Резьбовые защитные колпачки и транспортировочные заглушки должны оставаться на месте до момента установки. Это предотвращает попадание пыли, грязи и влаги внутрь ствола.
Защита от коррозии: Если насос хранится более 30 дней, его необходимо заполнить антикоррозионным маслом. В цехе должен быть обеспечен климат-контроль для предотвращения образования конденсата и ржавчины на полированных внутренних поверхностях.
1.2 Предварительные проверки перед запуском
Перед тем как насос будет установлен на буровой платформе, обязательна окончательная полевая проверка:
Визуальный осмотр резьбы: проверьте наличие вмятин или загрязнений на резьбе. При подозрении на повреждение используйте измеритель профиля резьбы.
Проверьте посадку плунжера: для насосов с ручной сборкой убедитесь, что плунжер свободно перемещается внутри корпуса. Любое сопротивление (плотные участки) на поверхности может привести к катастрофическому разрушению в скважине из-за теплового расширения.
Запись данных: Внесите в систему учета скважины серийный номер насоса, тип металла (например, напыление металла или хромирование) и зазоры между насосом и корпусом.
Глава 2: Критическая процедура запуска (первые 24 часа)
Статистика показывает, что значительный процент насосов выходит из строя в течение первой недели из-за неправильной процедуры запуска. Это часто называют детской смертностью.
2.1 Феномен "Burn-Индиддххх
Новые поршни и цилиндры имеют микроскопические поверхностные выступы (неровности). Если их сразу же запустить слишком быстро, эти выступы срезаются, вызывая сильный локальный нагрев — часто превышающий 260°C (500°F) — что приводит к расширению и заклиниванию металла.
2.2 Протокол плавного пуска
Чтобы предотвратить пригорание, следуйте этой строгой последовательности запуска:
Заполните трубопровод жидкостью (маслом или подходящей водой), чтобы смазать его, и убедитесь, что запорный клапан удерживает давление.
Начальная эксплуатация (0-2 часа): Запустите насосный агрегат на минимально возможной скорости (например, 3-4 хода в минуту). Это позволит поршню отполировать стенку цилиндра и сформировать гидродинамическую пленку из жидкости.
Постепенный наращивание скорости (2-24 часа): В течение 24 часов постепенно увеличивайте скорость до целевого значения СПМ.
Контроль температуры: Если полированный шток горячий на ощупь, скорее всего, скважинный насос перегревается. Немедленно остановите работу и дайте ему остыть.
Глава 3: Эксплуатационное обслуживание – Искусство внутрискважинного мониторинга
Как только насос опускается на нужную глубину, процесс технического обслуживания переходит от физического ухода к анализу данных. В 2025 году динамометрическая карта станет основным инструментом оценки состояния здоровья.
3.1 Интерпретация данных динамометрических карт
На графике динамометрического стенда отображается зависимость нагрузки (фунты) от положения (дюймы). Это своего рода рентгеновский снимок насоса.
Идеальная карта: Полная прямоугольная форма указывает на то, что насос полностью заполняется жидкостью, а клапаны надежно удерживают ее.
Жидкий фунт (Разрушитель):
Симптомы: На карточке наблюдается резкое вертикальное падение при движении вниз в определенной точке.
Физика: Ствол заполнен лишь частично. Поршень с высокой скоростью ударяется о границу раздела жидкостей, посылая ударную волну вверх по стержню.
Последствия: Эта ударная волна деформирует штоки, разбивает шарики клапанов и откручивает соединения трубок.
Действие: Уменьшите скорость откачки или настройте контроллер отключения насоса (POC) на более раннее отключение.
Газовый замок:
Признаки: Карточка выглядит как плоская узкая петля или "club.дддххх. Линии сжатия и расширения перекрываются.
Физика: Газ находится между подвижным и неподвижным клапанами. Будучи сжимаемым, газ расширяется и сжимается, не позволяя клапанам открыться.
Действие: Увеличьте противодавление в трубке, чтобы вытеснить газ в раствор, или проверьте конструкцию газоотделителя.
3.2 Управление геометрией гребка
Стратегия долгосрочного и медленного развития:
Инженерные принципы диктуют, что выполнение хода поршня большой длины на низкой скорости превосходит выполнение хода поршня короткой длины на высокой скорости.
Преимущество 1: Меньшее количество циклов в день означает меньшее количество обратных нагрузок на стержни (срок службы при усталости).
Преимущество 2: Более высокая степень сжатия помогает предотвратить проблемы, связанные с газовой пробкой.
Преимущество 3: Более низкая скорость вращения поршня снижает трение жидкости и эрозионный износ.
Глава 4: Химическое обслуживание – Невидимый щит
Получаемая жидкость часто представляет собой токсичную смесь коррозионных и абразивных веществ. Одной лишь механической прочности недостаточно для ее выдерживания; требуется применение химической инженерии.
4.1 Управление коррозией
Угрозы:
Коррозия, вызванная CO₂: приводит к образованию глубоких, острых точечных повреждений на стальных поверхностях.
Сероводородная коррозия (H₂S): вызывает водородное охрупчивание и сульфидное растрескивание под напряжением.
Стратегия технического обслуживания:
Амины для нанесения пленок: Используйте ингибиторы коррозии, которые образуют молекулярную пленку на металле.
Способ применения: Для скважин со сложными условиями требуется непрерывная закачка через капиллярную трубку или промывка с обратной стороны. Обработка партиями (сброс бочки раз в неделю) оставляет насос без защиты на несколько дней.
4.2 Контроль накипи и твердых частиц
Накипь (карбонат/сульфат кальция): Накипь накапливается, как бетон, блокируя поршень или засоряя впускной коллектор.
Действие: Ингибиторы образования накипи предотвращают рост кристаллов. В крайних случаях для растворения уже образовавшейся накипи требуется обработка кислотой.
Твердые вещества (песок/мелкие частицы):
Действие: Если из скважины выпадает песок, используйте диспергент, чтобы твердые частицы оставались во взвешенном состоянии в нефти.
Важное правило: Избегайте остановки скважин, из которых вытекает песок. Когда поток прекращается, песок оседает из труб и скапливается на насосе, из-за чего он застревает (забивается песком) при попытке перезапуска.
Глава 5: Техническое обслуживание наземных установок – влияние на срок службы скважины
Насосная установка (фибробетонная машина) выступает в роли привода. Если привод работает нестабильно, страдает и пассажирский механизм (штоковый насос).
5.1 Выравнивание – это всё
Наиболее распространенной причиной одностороннего износа ствола является смещение поверхности.
Проверка на устойчивость несущей планки: Остановите агрегат в середине хода. Полированный шток должен висеть идеально по центру сальниковой коробки и несущей планки. Если он смещается в одну сторону, агрегат необходимо физически переместить или подложить прокладки.
Последствия: даже отклонение всего на 1 градус может вызвать боковую нагрузку в тысячи фунтов на скважинный насос, что приведет к износу стенки ствола за несколько недель.
5.2 Техническое обслуживание сальникового узла
Смазка: Сухой сальник создает тепло трения, которое может повредить полированный шатун. В современных агрегатах используются автоматические смазочные устройства.
Устранение утечек: Не затягивайте сальниковое уплотнение слишком сильно, чтобы остановить утечку. Чрезмерное затягивание действует как тормоз на шток, увеличивая нагрузку и износ. Если произошла утечка, замените резиновые уплотнения (конусы).
5.3 Противовес
Правильная балансировка: Несбалансированный агрегат вызывает неравномерную скорость вращения (колебания). Это приводит к пиковым скачкам крутящего момента, которые передают гармонические колебания по всей колонне штанг, повреждая резьбу соединений насоса.
Проверка: Следите за потребляемым током при подъеме и опускании штока. Они должны быть примерно одинаковыми.
Глава 6: Расширенная диагностика и анализ неисправностей
Настоящее техническое обслуживание происходит после сбоя. Это называется анализом первопричин (RCA). Не стоит упускать возможность исправить ошибку — извлеките из неё уроки.
6.1 Анализ поршня
Износ униформы: естественное старение.
Вертикальные царапины (канавки): истирание от песка или окалины. Решение: замена на футеровочные цилиндры с жестким покрытием или плунжеры с металлическим напылением; улучшение контроля заноса песка в скважине.
Точечная коррозия/ржавчина: Коррозионное разрушение. Решение: Проверить работоспособность насоса с ингибитором; перейти на использование нержавеющей стали, монеля или латуни.
Заедание/заклинивание: термический разгон или недостаточная смазка. Решение: проверить уровень жидкости; обеспечить правильную процедуру запуска; проверить состояние насоса при отключении.
6.2 Анализ клапанов (шариков и седел)
Промывка (канавки в седле): Просачивание жидкости из-за утечки. Решение: Часто это начинается с небольшой утечки. Улучшите контроль качества новых клапанов и проверяйте их на наличие повреждений от ударов.
Разбитый шар: Ударное повреждение от "Fluid Фунт.дддххх Решение: Это работоспособно. Установите POC или замедлите работу устройства.
Выбор материалов:
Стандарт: нержавеющая сталь.
Абразив: карбид кобальта или вольфрама.
Коррозионно- и абразивно-активные материалы: шарики из нитрида кремния (керамики) становятся стандартом 2025 года по исключительной износостойкости.
Глава 7: Цифровая трансформация
В 2025 году техническое обслуживание будет осуществляться не только вручную, но и в цифровом формате.
7.1 Контроллеры отключения насоса в реальном времени (POC)
Современные устройства для проверки концепции (POC) — это устройства, работающие на основе граничных вычислений. Они не просто останавливают насос; они обучаются.
Адаптивные алгоритмы: POC анализирует последние 100 циклов накачки, чтобы определить оптимальную заданную точку заполнения, автоматически адаптируясь к изменению притока в резервуар.
Дистанционное управление: Операторы могут регулировать скорость хода и параметры запуска/остановки со смартфона, что исключает необходимость поездок на месторождение.
7.2 Прогнозирующее техническое обслуживание
Использование датчиков Интернет вещей для измерения вибрации и нагрузки:
Анализ тенденций: Программное обеспечение на основе ИИ может обнаруживать медленное снижение эффективности клапанов за несколько недель до того, как это станет критическим, что позволяет операторам заблаговременно планировать замену насоса, а не проводить исключительно аварийный ремонт.
Глава 8: Протоколы безопасности и охраны окружающей среды (ОТОС)
Техническое обслуживание не должно проводиться в ущерб безопасности. Штанговые насосные системы работают при высоком напряжении, высоком давлении и с использованием тяжелых движущихся масс.
8.1 Энергетическая изоляция (ЛОТО)
Механическая энергия: Противовесы обладают огромным потенциальным запасом энергии. Всегда затягивайте тормоз цепью и закрепляйте противовесы, прежде чем приближаться к устройству.
Электроэнергия: блокировка и маркировка (ЛОТО) главного распределительного щита.
Энергия давления: Перед открытием любого клапана или сальниковой коробки необходимо сбросить давление в трубах и обсадной трубе.
8.2 Осведомленность о H₂S
В месторождениях с высоким содержанием сероводорода вскрытие насоса для осмотра может привести к выбросу скопившегося сероводорода. Использование персональных мониторов H₂S является обязательным.
Глава 9: Экономические последствия и рентабельность инвестиций
Техническое обслуживание — это инвестиция, а не просто затраты.
Стоимость поломки: Типичный капитальный ремонт скважины (время работы буровой установки, бригада, новый насос) может стоить от 10 000 до 50 000 долларов, не считая упущенной выгоды от добычи.
Расчет рентабельности инвестиций: инвестирование 2000 долларов в год в химикаты и 500 долларов в надлежащий мониторинг, продлевающий срок службы насоса с 6 до 18 месяцев, обеспечивает возврат инвестиций (ROI) более чем на 300%.
В итоге: самый дешевый насос — это не тот, у которого самая низкая цена, а тот, у которого самый длительный срок службы.
Заключение
Срок службымасляный штоковый насос Это отражение оперативной дисциплины полевой команды. Придерживаясь трех столпов технического обслуживания — точной установки, химической защиты и эксплуатации на основе данных — операторы могут превратить свои системы искусственного подъема нефти из источника проблем в надежный актив.
В условиях внедрения технологий 2025 года сочетание надежного оборудования API и интеллектуального программного мониторинга обеспечивает оптимальный путь к эффективности. Относитесь к своему насосу как к высокоточному инструменту, и он отблагодарит вас годами бесперебойной работы.