5.3 Визначити глибину розташування динамічного рівня при заданому дебіті свердловини
, м, (4.2)
де - глибина свердловини, м;
- вибійний тиск, Па;
- густину продукції свердловини, кг/м3;
- прискорення вільного падіння, м/с2.
5.4 Визначити напір, який повинен розвивати насос для підйому продукції на поверхню і забезпечення при цьому необхідного тиску на усті свердловини
, м, (4.3)
де - напір на усті свердловини;
, м, (4.4)
- буферний тиск (тиск на усті свердловини), Па.
5.5 Визначити глибину спуску насоса
, м, (4.5)
де - глибина спуску насоса під динамічний рівень, визначена з умови дотримання рекомендованого тиску на прийомі насоса
, м, (4.6)
- рекомендований тиск на прийомі насоса, Па.
На основі значень дебіту свердловини та глибини спуску насоса, користуючись діаграмами області застосування верстатів-качалок, вибрати діаметр насоса, довжину ходу, кількість ходів та попередньо типорозмір верстата-качалки.
Спосіб встановлення режиму експлуатації з допомогою діаграми пояснено прикладом, який наведений нижче.
Необхідно підібрати верстат-качалку для свердловини з середнім дебітом 25 м3/добу при глибині спуску насоса 1700 м і визначити режим відкачування для отримання вказаної подачі.
На горизонтальній осі з точки, що відповідає глибині спуску насоса 1700 м, проводиться перпендикуляр до перетину з горизонтальною прямою, яка відповідає подачі насоса =25м3/добу. Отримана точкаапопадає в область застосування верстата-качалки СКД8-3, 0-4000, а саме, в рекомендовану область застосування насоса діаметром 32мм при довжині ходу 3, 0 м. Для визначення необхідної кількості ходів головки балансира при заданій рекомендованій довжині ходу, потрібно продовжити вгору перпендикуляр, проведений від горизонтальної осі до перетину з верхньою межею даної рекомендованої області (точкабз координатою ) і визначити відношення /
. (4.7)
Необхідна кількість ходів рівна
, (4.8)
де - розрахункова кількість ходів головки балансира (вказана на діаграмі), хв-1.
Підбір режиму експлуатації за допомогою діаграми носить попередній характер. В подальшому режим експлуатації уточнюється за даними замірів подачі та динамометрування свердловини.
5.6 Визначити діаметр шківа, який необхідно встановити на електродвигуні, для забезпечення необхідної кількості ходів.
Для частоти ходів головки балансира можна записати
, хв-1, (4.9)
де - частота обертання вала електродвигуна, хв-1;
- передавальне відношення редуктора;
- передавальне відношення клинопасової передачі;
- діаметр шківа на редукторі, м;
- діаметр шківа на електродвигуні, м.
З вищенаведеного виразу (4.9) можна визначити діаметр шківа, який необхідно встановити на електродвигуні
, м. (4.10)
Обчислене значення діаметра прирівняти до ближчого стандартного значення для попередньо вибраного верстата- качалки (табл. 4.2) і визначити частоту ходів головки балансира при даному діаметрі шківа.
Для свердловинного насоса, діаметр якого визначено за діаграмою області застосування, встановити інші його параметри. При виборі типу насоса необхідно скористатися рекомендаціями поданими в розділі 3 даних методичних вказівок та в таблицях 4.8 - 4.10. Виходячи з умов експлуатації та властивостей продукції свердловини, вибрати матеріал для виготовлення циліндра, плунжера та клапанів насоса. Також встановити тип плунжера, необхідну довжину плунжера та групу посадки. При цьому скористатися рекомендаціями, які наведені в таблицях 4.4 – 4.7.
5.7оПідібрати колону насосних штанг і перевірити її на втомну міцність.
За попередньо визначеною глибиною спуску насоса вибрати конструкцію рівноміцної колони штанг, яка застосовується в компоновці з насосом, вибраним попередньо.
Підбір конструкції рівноміцної колони штанг необхідно здійснити за даними таблиці 4.11.
Для перевірки колони насосних штанг на втомну міцність необхідно визначити максимальні та мінімальні навантаження на колону штанг. Для визначення максимального та мінімального навантажень скористатися нижче наведеними спрощеними формулами у відповідності до завдання (варіанту).
Спрощена формула І.М. Муравйова для визначення максимального навантаження на колону штанг
, (4.11)
де - вага колони штанг на повітрі, Н;
- довжина ходу, м;
- частоти ходів головки балансира, хв-1;
- коефіцієнт плавучості штанг;
- гідростатичне навантаження на колону штанг, Н.
, (4.12)
де - густина матеріалу штанг ( =7850 кг/м3),
- густина продукції свердловини, кг/м3.
.. (4.13)
Спрощена формула Дж. С. Слонеджера для визначення максимального навантаження на колону штанг
. (4.14)
Спрощена формула К.Н. Мілса для визначення мінімального навантаження на колону штанг
. (4.15)
Спрощена формула Д.О. Джонсона для визначення мінімального навантаження на колону штанг
. (4.16)
Спрощена формула Н. Дреготеску для визначення мінімального навантаження на колону штанг
. (4.17)
Максимальні та мінімальні напруження в штангах
, (4.18)
де - відповідно максимальне і мінімальне навантаження у точці підвішування колони штанг, Н;
- площа перерізу штанг, м2.
Приведені напруження в колоні насосних штанг
, (4.19)
де - амплітудні напруження циклу, Па
. (4.20)
За визначеними приведеними напруженнями та властивостями продукції свердловини підібрати матеріал штанг та термічну обробку. При цьому скористатися даними таблиці 4.12.
5.8 Провести розрахунок колони НКТ.
Згідно технічної характеристики попередньо вибраного насоса вибрати розмір насосно-компресорних труб і їх параметри. Максимальне навантаження, що діє на колону НКТ в екстремальних умовах (у випадку обриву устьового штока) визначається за формулою
, (4.21)
де - вага колони НКТ в повітрі, Н
- вага рідини в колоні НКТ, Н
- вага штанг в рідині, Н
Вагу колони НКТ у повітрі визначити за формулою
, (4.22)
де - маса одного метра насосно-компресорних труб, кг/м;
- прискорення вільного падіння, м/с2;
- глибина спуску колони насосно-компресорних труб, м.
Вагу рідини в колоні НКТ визначити за формулою
, (4.23)
де - довжина штангової колони, м;
- прискорення вільного падіння, м/с2;
- глибина опускання насоса під динамічний рівень, м;
- буферний тиск, Па;
- площа внутрішнього перерізу НКТ, м2.
Вагу штанг у рідині визначити за формулою
, (4.24)
де - маса одного метра штанг і-ї секції, кг/м;
- довжина і-ї секції, м;
- кількість ступеней колони штанг.
Для перевірки колони труб на міцність скористатись основними залежностями:
- для нерівноміцних (гладких) труб
, (4.25)
де - зрушуюче навантаження для різьбового з'єднання гладкої НКТ, н;
- коефіцієнт запасу міцності колони НКТ (приймається рівним від 1, 3 до 1, 5).
-для рівноміцних (з висадженими назовні кінцями) труб
(4.26)
де - площа перерізу тіла НКТ, м2;
- границя плинності матеріала труби, Па.
Користуючись умовою міцності для гладких або рівноміцних труб підібрати матеріал труб, забезпечуючи при цьому коефіцієнт запасу міцності колони насосно-компресорних труб не менший ніж 1, 5.
5.9оПідібрати привід ШСНУ.
Верстат-качалку підбирають за найбільшим навантаженням, що діє в точці підвішування штанг. Це навантаження можна визначити за формулою
, (4.27)
де - динамічна складова навантаження.
, (4.28)
де - діаметри відповідно насоса і штанги;
- кутова швидкість обертання кривошипа;
- вага колони штанг в повітрі;
- видовження штанг від дії ваги стовпа рідини.
, (4.29)
де - площа перерізу тіла труб і штанг.
, (4.30)
де - доля ступені, з якої складається колона штанг.
, (4.31)
де - модуль пружності (для сталі ).
, (4.32)
. (4.33)
Вагу колони штанг в повітрі визначаємо за формулою
, (4.34)
де - маса 1 м штанг в повітрі, для відповідної ступені.
ОПитання для самоконтролю
6.1оНазвіть типи штангових свердловинних насосів.
6.2оЯкі існують конструктивні виконання циліндрів і плунжерів штангових свердловинних насосів?
6.3оПерелічіть швидкозношувані деталі штангового свердловинного насоса та матеріали їх виготовлення?
6.4оЯк проводиться вибір штангових свердловинних насосів для конкретних умов експлуатації?
6.5 Яка умова міцності колони насосних штанг?
6.6 Назвіть залежності для розрахунку колони НКТ
на міцність.
7оПерелік посилань
7.1оМолчанов Г.В., Молчанов А.Г. Машины и оборудование для добычи нефти и газа. - М.: Недра, 1984. -464 с.
7.2оЧичеров Л.Г. Нефтепромысловые машины и механизмы. - М.: Недра, 1983. -342 с.
7.3оНефтепромысловое оборудование. Справочник. Под редакцией Е.И. Бухаленко. - М.: Недра, 1990. –559с.
7.4оДовідник з нафтогазової справи / За заг. ред. докторів наук В.С.Бойка, Р.М.Кондрата, Р.С.Яремійчука. - К.: Львів, 1996. – 620 с.
7.5оБеззубов А.В., Шелкалин Ю.В. Насосы для добычи нефти. - М.: Недра, 1986. – 224 с.
7.6оАдонин А.Н. Добыча нефти штанговыми насосами. - М.: Недра, 1987. – 208 с.
7.7 Трубы нефтяного сортамента: Справ./Под ред.
А.Е. Сарояна. – М.: Недра, 1987. – 488 с.
Таблиця 4.1 - Вихідні дані до практичного заняття
Варіанти
Глибина експлуатаційної свердловини, м
Умовний діаметр експлуатаційної колони, мм
Дебіт рідини, м3/добу
Густина продукції свердловини, кг/м3
Пластовий тиск, МПа
Тиск на усті, МПа
Коефіцієнт продуктивності, м3(добу.МПа)
Рекомендований тиск на прийомі насоса, МПа
Наявність Н2S i СО2, %
19, 0
15, 3
1, 4
1, 8
0, 2
38, 0
14, 2
1, 5
1, 3
-
34, 0
19, 3
1, 6
14, 5
1, 5
0, 15
23, 0
17, 0
1, 4
9, 5
1, 4
-
35, 0
31, 6
1, 5
2, 5
1, 8
0, 3
40, 3
24, 0
1, 4
1, 6
-
45, 0
19, 6
1, 6
8, 5
1, 35
0, 1
50, 0
29, 1
1, 5
7, 3
1, 4
-
57, 0
19, 0
1, 3
16, 3
1, 8
0, 35
24, 3
1, 4
18, 8
1, 3
-
37, 5
20, 6
1, 2
15, 1
1, 4
-
25, 0
15, 2
1, 5
6, 1
1, 8
0, 21
8, 4
20, 3
1, 3
5, 4
1, 5
-
27, 0
17, 7
1, 2
11, 1
1, 3
-
31, 6
29, 6
1, 4
4, 5
1, 6
0, 5
23, 1
18, 0
1, 6
5, 0
1, 4
-
32, 0
27, 8
1, 4
3, 6
1, 8
0, 1
11, 5
12, 0
1, 8
6, 8
1, 3
-
10, 5
21, 7
1, 6
4, 7
1, 4
-
60, 7
26, 2
1, 5
3, 2
1, 3
0, 25
140, 0
27, 0
1, 4
3, 2
1, 5
-
68, 0
26, 1
1, 3
4, 0
1, 8
-
38, 4
25, 3
1, 8
7, 0
1, 4
0, 5
52, 9
28, 4
1, 6
28, 5
1, 3
-
75, 8
26, 0
1, 4
7, 0
1, 6
0, 2
Таблиця 4.2 – Технічні характеристики верстатів-качалок
Типорозмір верстата-качалки
Передавальне відношення редуктора
Діаметр шківа редуктора, мм
Діаметри шківа електродвигуна, мм
Частота обертання вала електро-
двигуна, хв.-1
Типорозмір верстата-качалки
Передавальне відношення редуктора
Діаметр шківа редуктора, мм
Діаметри шківа електродвигуна, мм
Частота обертання вала електро-
двигуна, хв.-1
СК 3-1, 2-630
39, 868
750, 1000, 1500
СКД 3-1, 5-710
39, 868
750, 1000, 1500
СК 5-3-2500
39, 924
СКД 4-2, 1-1400
40, 35
СК 6-2, 1-2500
39, 924
СКД 6-2, 5-2800
39, 924
СК 8-3, 5-4000
37, 18
СКД 8-3-4000
37, 10
СК 12-2, 5-4000
37, 18
СКД 10-3, 5-5600
40, 315
СК 8-3, 5-5600
41, 24
СКД 12-3, 0-5600
40, 315
СК 10-3-5600
41, 24
Таблиця 4.3 – Рекомендації щодо вибору типу і розміру насоса в залежності від умовного діаметру НКТ
Тип насоса
Умовний діаметр НКТ
Умовний розмір насоса
Вставний
Невставний
-
Таблиця 4.4 – Рекомендації щодо вибору групи посадки від глибини спуску насоса і в’язкості пластової рідини
Глибина спуску, м
В’язкість, Па.с
Група посадки
до 1000
до 0, 025
від 0, 025 до 0, 1
більше 0, 1
2-3
3-4
1000-1500
до 0, 025
від 0, 025 до 0, 1
більше 0, 1
1-2
2-3
більше 1500
до 0, 025
від 0, 025 до 0, 1
1-2
Таблиця 4.5 – Рекомендації щодо вибору довжини плунжера в залежності від створюваного напору
Напір, м
Довжина плунжера, мм
Таблиця 4.6 – Групи посадок насосів залежно від зазору між плунжером і циліндром
Група посадки
Мінімальний зазор, мм
Максимальний зазор з врахуванням полів допуску циліндра і плунжера, мм
0, 025
0, 050
0, 075
0, 100
0, 125
0, 088
0, 113
0, 138
0, 163
0, 188
Таблиця 4.7 – Рекомендації щодо вибору матеріалів плунжера, циліндра і клапанів для різних умов експлуатації
Середовище
(свердловинні
умови)
Циліндр
Плунжер
Клапан
Вугл.
сталь+
гарт.
Вугл.
сталь+
хром
Лег.
сталь+
азот
Вугл.
сталь+
хром
Вугл.
сталь+
напил
Лег.
сталь+
азот
Нерж.
сталь
Сплав
ко-бальт
металокера-міка
Твердість матеріалу, НRC
61-44
50-53
1.Некорозійне
2.Некорозійне,
але абразивне
А
А
А
А
А
А
А
А
А
А
А
А
А
А
А
А
А
А
3.Сильно актив-не Н2S
4.Те ж + абразив
5.Помірне Н2S
6.Те ж + абразив
-
-
-
-
-
-
С
-
С
С
С
С
-
-
-
-
С
С
А
В
С
С
С
С
В
С
А
В
А
В
А
А
А
А
А
А
7.Сильно актив-не СО2
8.Те ж + абразив
9.Помірне СО2
10.Те ж + абразив
-
-
-
-
С
С
В
В
-
-
-
-
-
-
В
В
С
С
А
А
-
-
-
-
А
В
А
А
А
В
А
А
А
А
А
А
11.Сильно актив-не Н2S+СО2
12.Те ж + абразив
13.Помірне
Н2S+СО2
14.Те ж + абразив
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
В
В
-
-
-
-
В
С
А
В
А
В
А
А
А
А
А
А
15.Сильно актив-ний солевий розчин
16.Те ж + абразив
17.Помірний солевий розчин
18.Те ж + абразив
С
С
В
В
С
С
В
В
В
В
А
А
-
-
С
С
В
В
А
А
В
В
А
А
А
А
-
-
А
А
-
-
А
А
-
-
19.Кисневміс-тиме середовище
-
В
В
С
В
В
А
А
А
Позначення прийняті в таблиці:
А – матеріал стійкий до даних умов;
В – матеріал зазнає незначної корозії або ерозії, застосування можливе при певних умовах (наприклад, з використанням інгібіторів корозії);
С – корозія або ерозія матеріалу дуже сильна, застосування даного матеріалу недопустиме або дуже обмежене, може бути допустимим тільки з економічних міркувань;
- даний матеріал не може бути застосований в заданих умовах.
Таблиця 4.8 – Характеристика вставних насосів
Шифр насоса
Умовний розмір насоса
Хід
Плунжера, мм,
Напір, м
Приєднувальний
розмір до штанг
різьби за
ГОСТ-13877
Шифр
замкової
опори
Габарити, мм
Ма-са,
кг
Діаметр
Довжина
НВ1Б 29-18-15
Ш-19
ОМ-60
або НМ-60
48, 2
33, 0
НВ1Б 29-18-25
38, 0
НВ1Б 29-25-15
36, 2
НВ1Б 29-25-25
41, 3
НВ1Б 29-30-15
39, 3
НВ1Б 29-30-25
44, 4
НВ1Б 32-12-15
29, 0
НВ1Б 32-18-22
34, 5
НВ1Б 32-25-15
33, 5
НВ1Б 32-30-15
37, 5
НВ1Б 32-30-22
52, 0
НВ2Б 32-30-22
52, 0
НВ1Б 38-12-15
Ш-19
ОМ-73
або НМ-73
59, 7
46, 0
НВ1Б 38-18-15
51, 0
НВ1Б 38-18-20
53, 5
НВ1Б 38-25-15
56, 5
НВ1Б 38-25-20
59, 5
НВ1Б 38-30-15
60, 0
НВ1Б 38-30-20
63, 0
НВ1Б 38-35-15
63, 0
НВ1Б 38-35-20
66, 0
НВ1Б 44-12-15
Ш-19
ОМ-73
або НМ-73
59, 7
50, 0
НВ1Б 44-18-15
55, 0
НВ1Б 44-25-15
61, 5
НВ1Б 44-30-15
65, 0
НВ1Б 44-35-15
69, 5
НВ2Б 44-35-20
59, 7
78, 0
НВ1Б 57-18-15
Ш-22
ОМ-73
або НМ-73
72, 9
77, 0
НВ1Б 57-25-15
86, 5
НВ1Б 57-30-15
90, 0
НВ1Б 57-35-15
94, 0
НВ2Б 57-30-20
Ш-22
ОМ-73
або НМ-73
72, 9
93, 5
НВ2Б 57-35-20
97, 5
Таблиця 4.9 – Характеристика невставних насосів
Шифр насоса
Умовний розмір насоса
Хід
Плунжера, мм,
Напір, м
Приєднувальний розмір
Габарити, мм
Маса,
кг
до штанг різьба за
ГОСТ-13877
до
НКТ різьба
за
ГОСТ-633
Діаметр
Довжина
НН2Б 32-30-12
Ш-19
42, 0
НН2Б 44-12-15
Ш-19
40, 0
НН2Б 44-18-15
55, 0
НН2Б 44-25-15
60, 0
НН2Б 44-30-15
65, 0
НН2Б 44-35-15
70, 0
НН2Б 57-12-15
Ш-19
67, 0
НН2Б 57-18-15
73, 0
НН2Б 57-25-15
79, 0
НН2Б 57-30-15
85, 0
НН2Б 57-35-15
91, 0
НН2Б 70-30-12
Ш-22
Таблиця 4.10 – Система позначення свердловинних штангових насосів згідно стандарту АНІ
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА Статика является частью теоретической механики, изучающей условия, при которых тело находится под действием заданной системы сил...
Теория усилителей. Схема Основная масса современных аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств выполняется на специализированных микросхемах...
Логические цифровые микросхемы Более сложные элементы цифровой схемотехники (триггеры, мультиплексоры, декодеры и т.д.) не имеют...
ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ИЗНОС ДЕТАЛЕЙ, И МЕТОДЫ СНИЖЕНИИ СКОРОСТИ ИЗНАШИВАНИЯ Кроме названных причин разрушений и износов, знание которых можно использовать в системе технического обслуживания и ремонта машин для повышения их долговечности, немаловажное значение имеют знания о причинах разрушения деталей в результате старения...
Различие эмпиризма и рационализма Родоначальником эмпиризма стал английский философ Ф. Бэкон. Основной тезис эмпиризма гласит: в разуме нет ничего такого...
Закон Гука при растяжении и сжатии
Напряжения и деформации при растяжении и сжатии связаны между собой зависимостью, которая называется законом Гука, по имени установившего этот закон английского физика Роберта Гука в 1678 году...
, МПа, (4.1)
- пластовий тиск, МПа;
- дебіт свердловини, м3/добу;
- коефіцієнт продуктивності свердловини, м3/(добуі .і МПа).
, м, (4.2)
- глибина свердловини, м;
- вибійний тиск, Па;
- густину продукції свердловини, кг/м3;
- прискорення вільного падіння, м/с2.
, м, (4.3)
- напір на усті свердловини;
, м, (4.4)
- буферний тиск (тиск на усті свердловини), Па.
, м, (4.5)
- глибина спуску насоса під динамічний рівень, визначена з умови дотримання рекомендованого тиску на прийомі насоса
, м, (4.6)
- рекомендований тиск на прийомі насоса, Па.
=25м3/добу. Отримана точка а попадає в область застосування верстата-качалки СКД8-3, 0-4000, а саме, в рекомендовану область застосування насоса діаметром 32мм при довжині ходу 3, 0 м. Для визначення необхідної кількості ходів головки балансира при заданій рекомендованій довжині ходу, потрібно продовжити вгору перпендикуляр, проведений від горизонтальної осі до перетину з верхньою межею даної рекомендованої області (точка б з координатою 
) і визначити відношення 
. (4.7)
, (4.8)
- розрахункова кількість ходів головки балансира (вказана на діаграмі), хв-1.
, хв-1, (4.9)
- частота обертання вала електродвигуна, хв-1;
- передавальне відношення редуктора;
- передавальне відношення клинопасової передачі;
- діаметр шківа на редукторі, м;
- діаметр шківа на електродвигуні, м.
, м. (4.10)
, (4.11)
- вага колони штанг на повітрі, Н;
- довжина ходу, м;
- частоти ходів головки балансира, хв-1;
- коефіцієнт плавучості штанг;
- гідростатичне навантаження на колону штанг, Н.
, (4.12)
- густина матеріалу штанг (
- густина продукції свердловини, кг/м3.
.. (4.13)
. (4.14)
. (4.15)
. (4.16)
. (4.17)
, (4.18)
- відповідно максимальне і мінімальне навантаження у точці підвішування колони штанг, Н;
- площа перерізу штанг, м2.
, (4.19)
- амплітудні напруження циклу, Па
. (4.20)
, (4.21)
- вага колони НКТ в повітрі, Н
- вага рідини в колоні НКТ, Н
- вага штанг в рідині, Н
, (4.22)
- маса одного метра насосно-компресорних труб, кг/м;
- прискорення вільного падіння, м/с2;
- глибина спуску колони насосно-компресорних труб, м.
, (4.23)
- довжина штангової колони, м;
- глибина опускання насоса під динамічний рівень, м;
- площа внутрішнього перерізу НКТ, м2.
, (4.24)
- маса одного метра штанг і-ї секції, кг/м;
- довжина і-ї секції, м;
- кількість ступеней колони штанг.
, (4.25)
- зрушуюче навантаження для різьбового з'єднання гладкої НКТ, н;
(4.26)
- площа перерізу тіла НКТ, м2;
- границя плинності матеріала труби, Па.
, (4.27)
- динамічна складова навантаження.
, (4.28)
- діаметри відповідно насоса і штанги;
- кутова швидкість обертання кривошипа;
- вага колони штанг в повітрі;
- видовження штанг від дії ваги стовпа рідини.
, (4.29)
- площа перерізу тіла труб і штанг.
, (4.30)
- доля ступені, з якої складається колона штанг.
, (4.31)
- модуль пружності (для сталі 
).
, (4.32)
. (4.33)
, (4.34)
хв-1
мм
=0, 6 м
=0, 75 м
=0, 9 м
=1, 05 м
=1, 2 м
хв-1
хв-1
