+86-13052798822
ул. Ляохай, 9, р-н Иньчжоу, г. Телин, пров. Ляонин, Китай
+86-13052798822
2026-09-24
При добыче высоковязкой нефти снижение производительности штангового насоса не всегда связано с износом плунжера или цилиндра. Во многих случаях проблема возникает из-за работы клапанной группы.
Клапан штангового насоса может открываться не полностью, запаздывать с закрытием или неплотно садиться на седло. В результате часть хода плунжера расходуется не на перемещение жидкости, а на преодоление гидравлического сопротивления, сжатие газа и восстановление необходимого перепада давления.
Это приводит к следующим последствиям:
В этой статье разберём, почему обычный свободный клапан медленнее реагирует в высоковязкой нефти и в каких условиях стоит рассматривать принудительный клапан ШГН.
В стандартном штанговом глубинном насосе используются два основных клапана:
Обычный клапан ШГН открывается и закрывается под действием разницы давления. Отдельного механического привода у такой конструкции нет.
При движении плунжера вверх:
При движении плунжера вниз:
В нормальных условиях такой принцип обеспечивает стабильную работу насоса. Однако при увеличении вязкости нефти перепад давления и движение жидкости начинают отставать от движения плунжера.
Высоковязкая нефть с трудом проходит через проходные каналы, седло и зазор вокруг шарика. Чем выше вязкость, тем больше гидравлическое сопротивление при одинаковой скорости движения.
Даже если клапан ШГН уже начал открываться, поток не сразу достигает необходимого значения. Сначала жидкость должна преодолеть сопротивление в клапанной группе и выровнять давление в рабочих камерах.
Поэтому возникает временная задержка:
плунжер уже начал движение, но жидкость ещё не успела последовать за ним.
В результате часть хода плунжера теряет эффективность.
На ходе вверх плунжер поднимается, давление под ним снижается, и всасывающий клапан должен пропустить в цилиндр новую порцию жидкости.
В случае высоковязкой нефти поток через клапан ограничивается:
Клапан может быть открыт механически за счёт давления, но жидкость всё равно будет поступать слишком медленно. Цилиндр не заполнится полностью, и фактический объём за один цикл окажется ниже расчётного.
На ходе вниз плунжер сжимает жидкость под собой. Когда давление становится выше давления над плунжером, нагнетательный клапан должен открыться.
Однако в вязкой жидкости давление перераспределяется медленнее. Клапан штангового насоса может оставаться в почти закрытом положении в начале хода, а затем открываться уже после того, как часть рабочего времени потеряна.
Это приводит к следующим явлениям:
Работа клапана заканчивается не в момент начала закрытия, а после полной посадки запорного элемента на седло.
При высокой вязкости на процесс влияют:
Если клапан ШГН не успевает полностью сесть на седло, возникает кратковременный обратный переток. За один цикл утечка может быть небольшой, но при тысячах повторений она заметно снижает производительность насоса.
Высоковязкая нефть часто удерживает газовые пузырьки внутри жидкости. Если свободный газ поступает в рабочую камеру насоса, он занимает часть объёма, предназначенного для нефти.
В отличие от жидкости, газ легко сжимается. Поэтому часть хода плунжера может расходоваться на сжатие газа, а не на перемещение продукции.
В результате:
При неблагоприятном сочетании высокой вязкости и свободного газа возникает газовая пробка. В этом случае плунжер совершает движение, но насос не получает нормальную порцию жидкости.
При наличии газа проблема клапанов становится особенно заметной: газ поглощает изменение давления, а вязкая нефть дополнительно замедляет движение жидкости через клапанную группу.
Теоретическая подача рассчитывается по диаметру плунжера, длине хода и числу ходов. Но фактическая подача зависит от того, сколько жидкости реально поступает в цилиндр и поднимается на поверхность.
При запаздывании клапанов возникают четыре основных вида потерь.
Всасывающий клапан открывается, но жидкость не успевает заполнить цилиндр до конца.
Нагнетательный клапан открывается не в начале необходимой фазы, а с опозданием.
Клапан закрывается неплотно, и часть жидкости возвращается обратно.
Часть движения плунжера расходуется на сжатие и расширение газа внутри цилиндра.
Поэтому насос может сохранять нормальную кинематику, но фактическая производительность будет значительно ниже расчётной.
Принудительный клапан ШГН открывается и закрывается не только под действием перепада давления. Его работа синхронизирована с движением плунжера при помощи механического элемента, толкателя, жёсткой тяги или другой управляющей системы.
Рассмотреть клапан ШГН для высоковязкой нефти следует в следующих ситуациях.
Если после изменения режима эксплуатации сохраняются:
то причиной может быть не только износ, но и недостаточная скорость работы обычного клапана.
В таком случае принудительный клапан ШГН позволяет задать более точную последовательность открытия и закрытия.
Если в скважине одновременно присутствуют высокая вязкость нефти и значительное содержание свободного газа, давление в рабочей камере может формироваться нестабильно.
Механически управляемый клапан ШГН снижает зависимость от момента естественного открытия под действием перепада давления. Это помогает быстрее открыть клапан в нужной фазе и уменьшить потери рабочего хода.
Однако принудительный клапан не заменяет газосепаратор. При высоком газовом факторе также могут потребоваться:
На глубоких скважинах и при низком пластовом давлении перепад давления на клапане может быть недостаточным для своевременного открытия.
Обычный свободный клапан в такой ситуации может:
Механическое управление позволяет уменьшить зависимость от перепада давления. Это особенно важно для скважин с нестабильным притоком и низким давлением на приёме.
Если по динамограмме или по результатам диагностики видно, что клапан периодически не открывается или не закрывается, необходимо определить причину.
Возможные причины:
Если основные причины исключены, клапан штангового насоса с принудительным приводом может стать подходящим конструктивным решением.
Принудительное управление не является универсальным способом решения всех проблем добычи тяжёлой нефти.
Если обычный клапан обеспечивает хорошее заполнение, герметичность и стабильную подачу, замена конструкции только из-за повышенной вязкости может быть экономически неоправданной.
Если насос работает в режиме газовой пробки, сначала необходимо проверить эффективность газосепарации, уровень жидкости и глубину установки насоса.
Принудительный клапан ШГН может улучшить синхронизацию клапанов, но не удаляет газ из продукции.
Механизм принудительного клапана может содержать дополнительные подвижные детали. При высокой концентрации песка они могут загрязняться или заклинивать.
Поэтому для пескопроявляющих скважин необходимо дополнительно оценить:
По сравнению со стандартной клапанной группой принудительная конструкция требует более точного монтажа и согласованности деталей.
Перед выбором необходимо убедиться, что доступны:
Для выбора оборудования недостаточно указать только показатель вязкости. Поставщику желательно предоставить:
Особенно важно описать фактическую проблему: насос недобирает подачу, клапан негерметичен, наблюдается газовая пробка, происходит заклинивание или периодически пропускаются отдельные ходы.
Вместо запроса:
«Нужен насос для очень вязкой нефти»
лучше указать:
«Необходимо подобрать клапан ШГН для высоковязкой нефти. При текущем режиме эксплуатации наблюдаются неполное заполнение цилиндра, нестабильная работа нагнетательного клапана и периодическое снижение подачи. Вязкость нефти составляет ___ мПа·с при температуре ___ °C, газовый фактор — ___, содержание песка — ___».
Такая формулировка позволяет оценить не только тип клапана, но и весь насосный комплекс.
Замедление работы клапана при добыче высоковязкой нефти связано с комплексным воздействием:
Обычный свободный клапан ШГН может работать нестабильно, если его движение уже не успевает за движением плунжера.
Принудительный клапан ШГН стоит рассматривать, когда:
При этом принудительный клапан не заменяет газосепарацию, правильный выбор плунжерной пары, защиту от песка и оптимальный режим работы станка-качалки.
Для сложных условий можно дополнительно изучить штанговый насос с принудительным клапаном, решения для добычи высоковязкой нефти и запчасти ШГН.
