Использование штанговых глубинных насосов (ШГН) является одним из основных способов механизированной добычи нефти. В России установками ШГН оснащено около 40 % скважин, которые обеспечивают до 20 % всей добываемой нефти [1]. На месторождениях США и Канады использование ШГН является доминирующим способом эксплуатации нефтедобывающих скважин [2].
Хотя в последние годы доля использования ШГН при добыче нефти снижается, уступая место более производительным погружным электроцентробежным насосам, данный способ эксплуатации будет еще долго применяться благодаря таким достоинствам, как более высокий КПД насосной установки в целом, меньшие удельные затраты электроэнергии на добычу скважинного флюида, использование для привода электродвигателей (ЭД) в общепромышленном исполнении, а также возможность применения в осложненных условиях – в пескопроявляющих скважинах, при наличии в добываемой нефти парафина, при высоком содержании газа, при откачке жидкости с коррозионными свойствами [3].
Упрощенная схема установки ШГН приведена на рис. 1. Весь комплекс оборудования состоит из поверхностной и погружной подсистем. Поверхностная подсистема включает в себя: станцию управления 1; ЭД 2; редуктор 3; кривошипно-шатунный механизм 4; балансир 5. Погружная подсистем состоит из колонны штанг 6 и ШГН 7.
1 – станция управления;
2 – ЭД;
3 – редуктор;
4 – кривошипно-шатунный механизм;
5 – балансир;
6 – колонна штанг;
7 – ШГН
Для привода установок ШГН обычно используются низкооборотные трехфазные асинхронные ЭД напряжением 0,4 кВ, мощностью до 55 кВт с повышенным пусковым моментом серий АИР, 5А и др. Следует отметить, что в эксплуатации находится большое количество морально и физически устаревших ЭД серий: АОП, АО2, АОП2, 4А, 3А, а также ЭД зарубежного производства. Синхронная частота вращения составляет 500, 750, 1000 или 1500 об./мин. [4].
Проблемы невысоких энергетических характеристик электроприводов установок ШГН связаны, прежде всего, с режимами работы, обусловленными технологическими особенностями: циклически изменяющимся характером нагрузки, необходимостью иметь большой запас по мощности, в результате чего большую часть времени ЭД остается недогруженным [5], снижением общего КПД установки из-за большого количества промежуточных элементов между ЭД и насосом, в каждом из которых происходят потери энергии.