+86-13052798822
ул. Ляохай, 9, р-н Иньчжоу, г. Телин, пров. Ляонин, Китай
+86-13052798822
2026-09-26
При добыче тяжёлой и высоковязкой нефти основная проблема заключается не только в низкой текучести жидкости. Высокая вязкость постоянно увеличивает сопротивление движению нефти, нагрузку на плунжерную пару, клапаны, насосные штанги и наземный привод.
В таких условиях стандартный штанговый насос может столкнуться со следующими проблемами:
Штанговый насос с гидравлической обратной связью использует другой принцип. В его конструкции предусмотрены специальные каналы и гидравлическая рабочая камера. Во время одного этапа движения жидкость поступает в канал обратной связи и накапливает гидравлическую энергию. На следующем этапе эта энергия преобразуется во вспомогательное усилие, помогающее насосу преодолевать сопротивление вязкой среды.
Сразу необходимо уточнить:
Гидравлическая обратная связь ШГН — это не электронный датчик и не программируемая система замкнутого управления.
В данном случае речь идёт о механико-гидравлическом процессе. Движение плунжера изменяет давление в рабочих полостях, жидкость перемещается по внутренним каналам, а накопленное давление снова воздействует на плунжер или вспомогательную рабочую поверхность.
Стандартный штанговый насос выполняет всасывание и нагнетание благодаря движению плунжера и перепаду давления на клапанах.
При добыче маловязкой нефти давление быстро передаётся жидкости, а клапаны своевременно открываются и закрываются. Но при высокой вязкости нефти гидравлическая реакция системы становится медленнее.
Высоковязкая нефть с трудом проходит через:
Даже если плунжер уже начал двигаться вверх, жидкость может не успевать поступать в цилиндр с необходимой скоростью.
В результате:
При движении плунжера в высоковязкой жидкости возникает значительное гидродинамическое сопротивление. Чем выше вязкость, диаметр плунжера и скорость движения, тем больше усилие, необходимое для перемещения жидкости.
Если насос установлен на большой глубине или требуется высокий дебит, нагрузка дополнительно передаётся на:
Высокая вязкость влияет на открытие, закрытие и посадку клапанов.
После открытия клапана жидкость не сразу начинает проходить через него с расчётным расходом. При закрытии вязкая плёнка, песок и отложения могут препятствовать полному прилеганию запорного элемента к седлу.
В результате часть рабочего хода расходуется на:
В скважинах с низким пластовым давлением или недостаточной продуктивностью пласта жидкость и так поступает в насос с трудом.
Если одновременно присутствует высокая вязкость, плунжер может двигаться, но приток жидкости будет отставать от его движения. Поэтому возникает несоответствие между механикой насоса и гидравликой скважины.
Именно эту проблему частично решает гидравлическая обратная связь ШГН.
Конкретная конструкция зависит от модели насоса, но типовая система может включать:
Ключевую роль играют канал обратной связи и гидравлическая камера.
Их задача заключается не просто в перемещении жидкости внутри насоса. Они должны обеспечить контролируемое перераспределение давления, накопление энергии и её последующее использование для создания вспомогательного усилия.
Базовую зависимость можно представить формулой:
F=P×AF=P×A
где:
Таким образом, при достаточном давлении и правильно выбранной рабочей площади внутренняя жидкость может создавать дополнительное усилие, поддерживающее движение плунжера.
Во время восходящего хода плунжер перемещается вверх.
В обычном насосе это движение в основном связано с подъёмом жидкости и созданием условий для открытия всасывающего клапана. В насосе с гидравлической обратной связью движение плунжера дополнительно изменяет давление в отдельных внутренних полостях.
Часть жидкости через специальный канал поступает из верхней зоны в нижнюю гидравлическую камеру или другую рабочую полость системы обратной связи.
Этот процесс выполняет несколько функций.
Жидкость поступает в рабочую камеру через канал с заданной геометрией. Поток не происходит бесконтрольно: его скорость и направление определяются конструкцией канала, перепадом давления и движением плунжера.
По мере заполнения камеры давление увеличивается.
Канал обратной связи позволяет изменить соотношение давлений в разных частях насоса.
Это помогает:
Восходящий ход выполняет не только функцию подъёма жидкости. В конструкции с гидравлической обратной связью он также используется для накопления энергии в рабочей камере.
Упрощённо процесс можно описать так:
движение плунжера перемещает жидкость в гидравлическую камеру, а давление жидкости временно сохраняется для последующего использования.
Точное направление потока, расположение камеры, наличие вспомогательного поршня и принцип работы обратных элементов зависят от конкретной конструкции насоса. Поэтому окончательный анализ необходимо проводить по чертежу и технической документации конкретной модели.
Гидравлическая обратная связь — это не обычная циркуляция жидкости внутри насоса. Основная задача заключается в том, чтобы при движении жидкости по ограниченному каналу сформировалось рабочее давление.
На накопление энергии влияют:
Когда жидкость поступает в гидравлическую камеру, ограничение потока препятствует мгновенному сбросу давления. При дальнейшем движении плунжера давление в рабочей полости увеличивается.
В результате часть механической энергии преобразуется в гидравлическую.
В обычной конструкции основная нагрузка напрямую передаётся через плунжер, штанги и клапаны. В конструкции с гидравлической обратной связью часть нагрузки перераспределяется через жидкость и рабочую камеру.
После начала нисходящего хода плунжера накопленное давление начинает действовать на вспомогательную рабочую поверхность или элементы плунжерной системы.
Возникающее усилие помогает:
Рабочий процесс можно представить в виде последовательности:
В описании конкретной конструкции Dongsheng указано, что вспомогательное гидравлическое усилие может составлять примерно 2–5 кН. Однако такие показатели нельзя автоматически переносить на все модели. Фактическое усилие зависит от диаметра насоса, площади поршня, давления, вязкости жидкости и режима работы скважины.
В обычном насосе механический привод должен напрямую преодолевать сопротивление плунжера и потока жидкости.
Гидравлическая система создаёт дополнительное усилие и перераспределяет нагрузку. Это не означает, что сопротивление полностью исчезает, но часть механической нагрузки компенсируется давлением жидкости.
Высоковязкая нефть особенно плохо реагирует на смену направления движения и запуск потока.
Вспомогательное гидравлическое усилие помогает жидкости продолжать движение через внутренние каналы и клапанную группу. Это может снизить вероятность остановки потока и резких перепадов давления.
Если жидкость поступает в цилиндр медленнее, чем перемещается плунжер, насос работает в режиме неполного заполнения.
Гидравлическая обратная связь помогает перераспределить давление и создать более благоприятные условия для поступления жидкости в рабочую камеру.
Однако она не может полностью компенсировать недостаточную продуктивность пласта, чрезмерное содержание газа или серьёзную песчаную пробку.
Высоковязкая жидкость создаёт значительную переменную нагрузку на колонну насосных штанг.
Если гидравлическая система сглаживает изменение давления и создаёт вспомогательное усилие, это может уменьшить часть пиковых нагрузок и улучшить условия работы штанг.
Фактический эффект необходимо подтверждать нагрузочными измерениями, динамограммами и сравнением режимов эксплуатации.
При низком пластовом давлении стандартному насосу может не хватать перепада давления для стабильного заполнения цилиндра.
Гидравлическая обратная связь использует давление внутри самой насосной системы и помогает поддерживать движение плунжера. Поэтому такая конструкция может быть полезна для глубоких скважин, малодебитных объектов и залежей с пониженным пластовым давлением.
Термин «обратная связь» иногда вызывает ассоциации с датчиками давления, контроллерами и автоматическим регулированием.
Но в большинстве конструкций штанговый насос с гидравлической обратной связью работает за счёт механико-гидравлического взаимодействия:
Такая система сама по себе может не содержать:
Более точное определение выглядит следующим образом:
Гидравлическая обратная связь — это механическая система использования давления скважинной жидкости для создания вспомогательного усилия, а не электронный замкнутый контур управления.
Если конкретная модель дополнительно оснащается датчиками и наземной системой управления, это должно быть указано отдельно в её техническом описании.
Для снижения сопротивления при добыче тяжёлой нефти обычно применяются:
Эти решения в основном уменьшают сопротивление или улучшают условия прохождения жидкости.
Гидравлическая обратная связь ШГН использует другой принцип: часть энергии, возникающей при движении жидкости и плунжера, временно накапливается и затем используется повторно для создания вспомогательного усилия.
Это не замена другим технологиям, а дополнительный конструктивный механизм. Насос с гидравлической обратной связью также требует правильного подбора:
Если из-за вязкости стандартный насос сталкивается с неполным наполнением, повышенной нагрузкой и нестабильной подачей, можно рассмотреть насос для высоковязкой нефти с гидравлической поддержкой.
При этом необходимо использовать вязкость при фактической температуре эксплуатации, а не только лабораторное значение при стандартных условиях.
В глубоких и малодебитных скважинах перепад давления может быть недостаточным для эффективной работы обычной клапанной системы.
Гидравлическая обратная связь помогает перераспределять давление внутри насоса и поддерживать движение плунжера.
В термических скважинах вязкость нефти и давление могут значительно меняться в течение одного цикла.
Гидравлическая обратная связь может быть одним из вариантов оснащения термического штангового насоса. При этом необходимо дополнительно проверить:
Если при работе стандартного насоса наблюдается высокая динамическая нагрузка на колонну штанг, гидравлическая система может рассматриваться как один из способов перераспределения нагрузки.
Однако решение должно приниматься по результатам расчёта и измерений, а не только по названию оборудования.
При изменении притока гидравлическая обратная связь может улучшить условия работы насоса, но не устраняет саму проблему недостаточной продуктивности пласта.
В зависимости от условий дополнительно могут потребоваться:
Гидравлическая обратная связь имеет определённые преимущества, но не является универсальным решением для всех скважин.
Если в цилиндре присутствует большое количество газа, он сжимается и занимает объём, предназначенный для жидкости.
Гидравлическая система может улучшить распределение давления и снизить часть нагрузки, но она не заменяет газосепаратор или газовый якорь.
Песок, окалина и асфальтеновые отложения могут засорить узкие каналы или увеличить износ подвижных деталей.
При выборе необходимо оценивать:
Если вязкость сильно меняется в зависимости от температуры, насос должен стабильно работать в нескольких режимах:
Нельзя выбирать насос только по максимальному значению вязкости. Необходимо учитывать весь диапазон фактических условий.
Каналы обратной связи и рабочие камеры постоянно контактируют со скважинной жидкостью. H₂S, CO₂, минерализованная вода и химические реагенты могут сокращать срок службы оборудования.
Нужно проверить:
Перед проектированием или закупкой насоса для тяжёлой нефти желательно предоставить следующие данные:
Также необходимо чётко сформулировать основную задачу:
Разные причины требуют разных конструктивных решений.
Гидравлическая обратная связь ШГН помогает добывать тяжёлую нефть не за счёт изменения её вязкости, а за счёт более рационального использования давления внутри насосной системы.
Основной процесс выглядит следующим образом:
Гидравлическая обратная связь ШГН — это не электронный датчик и не программируемая система автоматического управления. Это механико-гидравлическая конструкция, в которой движение плунжера, давление жидкости и внутренние каналы работают как единая система.
Для скважин с высокой вязкостью, низким пластовым давлением, большой глубиной, термическим воздействием и нестабильным притоком штанговый насос с гидравлической обратной связью может стать альтернативой стандартным решениям с увеличенным диаметром, повышенной частотой ходов или только увеличенными проходными сечениями.
Однако его эффективность зависит от комплексного подбора:
Для получения информации о конкретной конструкции можно ознакомиться со штанговым насосом с гидравлической обратной связью, а условия выбора сравнить с рекомендациями в статье о штанговых насосах для высоковязкой нефти.
