+86-13052798822
ул. Ляохай, 9, р-н Иньчжоу, г. Телин, пров. Ляонин, Китай
+86-13052798822
2026-09-25
В скважинах, где применяются паротепловое воздействие, паротепловая обработка призабойной зоны или другие методы термической добычи, штанговый насос работает не в постоянных условиях.
Во время закачки пара температура в скважине повышается. После остановки закачки и выдержки тепло постепенно распространяется в пласт, обсадную колонну, насос и окружающую жидкость. При возобновлении добычи температура снова начинает снижаться.
Одновременно изменяются:
Поэтому для ШГН после закачки пара недостаточно проверить только работу насоса в холодном состоянии. Необходимо понимать, как оборудование ведёт себя на протяжении всего цикла:
закачка пара → выдержка скважины → возобновление добычи.
Именно в этот переходный период часто возникают проблемы с герметичностью, трением, наполнением цилиндра и работой клапанов.
Перед началом теплового цикла необходимо определить, каким образом конкретная конструкция насоса будет работать во время закачки пара.
В одних технологиях насос извлекается из скважины или переводится в нерабочее положение, чтобы защитить обычные уплотнения и клапанную группу от прямого воздействия пара.
В других системах используется специальный штанговый насос для термической добычи нефти. В такой конструкции насосные штанги и плунжер поднимаются, открывая канал для закачки пара. После завершения закачки плунжер возвращается в рабочее положение, а насос снова начинает добывать нефть.
Для подобных систем важно проверить:
Перед закачкой необходимо зафиксировать исходные параметры. Это позволит после возобновления добычи сравнить работу насоса с первоначальным состоянием и определить, какие изменения вызвал тепловой цикл.
При нагреве тяжёлая нефть становится более текучей. Снижение вязкости нефти обычно облегчает работу насоса:
Однако повышение температуры одновременно увеличивает нагрузку на металлические детали, покрытия, уплотнения и клапанную группу.
Поэтому в термической добыче нельзя рассматривать только положительный эффект от снижения вязкости. Необходимо учитывать, что все детали насоса также изменяют свои размеры и свойства при нагреве.
Плунжер и цилиндр насоса нагреваются и расширяются. При этом их тепловое расширение может быть неодинаковым.
Упрощённо изменение рабочего зазора можно представить следующим образом:
Δc≈c0(αцилиндраΔTцилиндра−αплунжераΔTплунжера)Δc≈c0(αцилиндраΔTцилиндра−αплунжераΔTплунжера)
где:
В реальной скважине расчёт сложнее, потому что:
Поэтому холодный размер нельзя напрямую считать рабочим размером при высокой температуре. Для температурного зазора необходимо учитывать весь тепловой цикл, а не только температуру перед запуском насоса.
Если относительное расширение плунжера и цилиндра приводит к уменьшению зазора, могут появиться:
Особенно опасным становится сочетание высокой температуры и песка. Частицы, которые в обычном зазоре могли свободно проходить через рабочую пару, при нагреве могут заклинить между плунжером и цилиндром.
Если зазор между плунжером и цилиндром становится чрезмерным или детали нагреваются неравномерно, увеличивается переток жидкости через рабочую пару.
Это может привести к следующим последствиям:
Поэтому в термическом насосе нельзя использовать принцип «чем меньше зазор, тем лучше». Зазор должен одновременно обеспечивать герметичность, устойчивость к песку, надёжное движение плунжера и компенсацию теплового расширения.
После прекращения закачки пара температура в скважине не стабилизируется мгновенно.
Тепло продолжает передаваться:
В первые часы после остановки закачки разные детали могут иметь разную температуру. Часть узлов ещё нагревается, в то время как другие уже начинают остывать.
Скорость охлаждения зависит от:
Например:
Поэтому состояние насоса в конце выдержки может сильно отличаться от состояния сразу после завершения закачки пара.
По мере снижения температуры тяжёлая нефть снова становится более вязкой. Особенно быстро это может происходить в зоне вокруг приёма насоса и в нижней части насосно-компрессорных труб.
При возобновлении добычи насос может одновременно столкнуться с несколькими факторами:
Именно поэтому возобновление работы после закачки пара нельзя считать обычным запуском после кратковременной остановки.
Во время запуска плунжер и цилиндр могут иметь разную температуру.
Если цилиндр остаётся горячим, а плунжер остывает быстрее, зазор может временно увеличиться. Если плунжер нагревается быстрее или локально расширяется сильнее, зазор, наоборот, может уменьшиться.
Это может проявляться следующим образом:
Без данных о рабочем состоянии оборудования после прогрева нельзя оценивать эффективность насоса только по холодным измерениям.
Для насосов с эластомерными уплотнениями воздействие пара и высокой температуры особенно важно.
Возможны:
Металлическое уплотнение позволяет снизить зависимость от свойств эластомеров, но требует высокой точности изготовления и правильного расчёта рабочего зазора.
При выборе оборудования для паровой скважины необходимо учитывать не только заявленную температуру эксплуатации, но и:
Температура влияет одновременно на жидкость и на металлические детали клапана.
При высокой температуре:
При охлаждении:
В результате один и тот же клапан может вести себя по-разному во время закачки пара, сразу после неё и через несколько часов после возобновления добычи.
Всасывающий клапан может работать нестабильно по следующим причинам:
В результате цилиндр не успевает заполниться за время хода плунжера.
Нагнетательный клапан может:
Если в цилиндре присутствует свободный газ, часть хода плунжера расходуется на его сжатие. Давление, необходимое для открытия нагнетательного клапана, формируется с задержкой.
В результате возникают:
После теплового цикла скважинная система должна постепенно перейти в новое стабильное состояние.
Если сразу установить высокую частоту ходов и максимальную нагрузку, можно усилить следующие риски:
На начальном этапе рекомендуется использовать более низкую частоту ходов и контролировать:
Если наполнение цилиндра, давление и нагрузка стабилизируются, частоту ходов можно постепенно увеличить.
После выхода насоса на устойчивый режим необходимо зафиксировать:
Начальный дебит сразу после запуска не всегда отражает реальную долгосрочную производительность насоса.
В условиях термической добычи плунжер и цилиндр необходимо подбирать как единую пару трения.
Основными параметрами являются:
Металлизированные плунжеры используются для повышения износостойкости и защиты рабочей поверхности в тяжёлых условиях, включая высокую вязкость, песок и повышенную температуру. Подробнее можно посмотреть в разделе плунжеры ШГН и на странице металлизированного плунжера ШГН.
Для цилиндра важны:
Для термической добычи могут применяться хромированные, легированные и другие износостойкие цилиндры. Их рабочие характеристики должны оцениваться вместе с характеристиками плунжера, а не отдельно.
При выборе пары «плунжер—цилиндр» необходимо учитывать:
Резкое увеличение нагрузки может указывать на:
Постепенное снижение дебита может быть связано с:
Повышенная нестабильность давления может указывать на:
Рост мощности может быть связан с увеличением:
После закачки пара приток и динамический уровень могут измениться. Поэтому режим, который был оптимальным до закачки, не обязательно останется оптимальным после возобновления добычи.
Если коэффициент подачи сначала низкий, а затем постепенно увеличивается, насос может находиться в процессе восстановления температурного и гидравлического равновесия.
Если же коэффициент подачи постоянно снижается, необходимо проверить:
Специальный штанговый насос для термической добычи нефти целесообразно рассматривать в следующих случаях:
В таких условиях необходимо оценивать не только сам насос, но и всю рабочую систему:
Подробнее можно ознакомиться с штанговым насосом для термической добычи нефти с закачкой пара.
После закачки пара штанговый насос сталкивается не только с более низкой вязкостью нефти. Он работает в условиях непрерывного теплового перехода.
В течение цикла происходят следующие изменения:
Наиболее часто недооцениваются два фактора: рабочий зазор в горячем состоянии и работа клапанной группы в момент перехода от закачки к добыче.
Насос, который нормально работал в холодном состоянии, после закачки пара может демонстрировать другую герметичность, другое трение и другой коэффициент подачи.
Поэтому при выборе оборудования для паровой скважины необходимо учитывать:
Надёжный насос для термической добычи должен не просто выдерживать высокую температуру. Он должен сохранять стабильную геометрию, герметичность и работоспособность клапанов на всех этапах цикла:
закачка пара → выдержка скважины → охлаждение → возобновление добычи.
