Задача 10.

Определить допустимую глубину спуска насосных труб при глубинно-насосной эксплуатации (для случая поднятия трубного насоса при заклиненном плунжере).

Исходные данные:

Таблица 8.5

Вариант	Диаметр НКТ (dу),   мм	Группа стали	Диаме-тр штанг, мм	Плотно-сть нефти, кг/ м3	Плотность воды,   кг/ м3	Обводнен-ность продукции, %
		D
		D
		D
		K
		K
		K
		E
		E
		E
		L
		L
		L
		D
		D
		D

Принять: НКТ с высаженными наружу концами; колонна штанг одноступенчатая.

Дополнительные данные: значения предела текучести для равнопрочных труб приведены в таблице 8.3. Вес 1м штанг:

Диаметр штанг, мм	Вес 1м штанг, Н
	16,7
	23,5
	31,4
	41,0

 

 

9. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕСА КОЛОННЫ ШТАНГ

Для привода плунжера скважинного насоса используют штанги длиной 8м диаметрами 16, 19, 22 и 25 мм. Штанги имеют резьбу и участок с квадратным сечением для захвата специальными ключами при свинчивании и развинчивании. Соединяют штанги специальными муфтами (рис. 9.1). При сборке ступенчатой колонны штанг применяют переводные муфты, позволяющие соединить штанги диаметром 16 и 19, 19 и 22, 22 и 25 мм. Штангам приходится работать при знакопеременных нагрузках, при значительных силах трения, вибрации; они несут нагрузку от веса столба жидкости и нагрузку от собственного веса. В зависимости от условий эксплуатации применяют штанги с различными прочностными характеристиками. Для изготовления используют стали марки 40 или легированные хромом, никелем, молибденом с термообработкой и последующим поверхностным упрочнением токами высокой частоты.

Рис. 9.1. Насосная штанга и соединительная муфта: 1 - насосная штанга; 2 - соединительная муфта; L - длина штанги; L_м - длина муфты; d - диаметр штанги; D - диаметр муфты.

Вес колонны штанг в воздухе рассчитывают по формуле:

Ршт = q × H, (9.1)

где q - вес одного метра штанг в воздухе, Н; Н - длина колонны штанг, м.

Вес колонны штанг в жидкости:

Р^l шт = Ршт × Карх, (9.2)

где Карх - коэффициент, учитывающий потерю веса штанг, помещенных в жидкость:

r_ШТ - r_Ж

Карх = ¾¾¾, (9.3)

r_ШТ

где r_ШТ - плотность материала штанг, кг/м³; r_Ж - плотность жидкости, кг/м³ и определяется по формуле (5.3).

Содержание воды в продукции может быть определено по формуле:

Qв

b = ¾¾¾¾, (9.4)

Qн + Qв

 

где Qн, Qв - дебит скважины по нефти и воде соответственно, м³/сут.

Задача 11.

Определить вес колонны штанг в жидкости для заданных условий.

Таблица 9.1

Вариант	Дебит нефти, м3/сут	Дебит воды, м3/сут	Диаметр штанг, мм	Плотность нефти, кг/м3	Плотность воды, кг/м3	Длина штанг, м

 

Плотность материала штанг принять равной 7850 кг/м³.

 

 

10. РАСЧЕТ ПРОСТОГО ТРУБОПРОВОДА ДЛЯ ПЕРЕКАЧКИ НЕФТИ

 

При проектировании промысловых трубопроводов важной задачей является оценка потерь давления или напора на преодоление гидравлических сопротивлений, возникающих при движении жидкостей и газов.

Рассмотрим структурный элемент схемы сбора продукции скважин на примере НГДУ «Туймазанефть» (рис. 10.1).

 

Рис. 10.1. Структурный элемент схемы сбора продукции скважин НГДУ «Туймазанефть»: 1 - скважина; 2 - выкидная линия; 3 - сборный коллектор; ГЗУ - групповая замерная установка; УПС - установка предварительного сброса воды; УКПН - установка комплексной подготовки нефти; КС - компрессорная станция.

Потери давления (напора) на трение определяются по формуле Дарси-Вейсбаха:

L v²

Dр = l ¾¾-.r, (10.1)

2D

или

L v²

h = l ¾¾¾¾, (10.2)

D 2g

где Dр - перепад давления, обусловленный трением, Па; h - потеря напора на трение, м; L, D – соответственно, длина и внутренний диаметр трубопровода, м; r - плотность жидкости, кг/м³; v - средняя скорость жидкости в трубопроводе, м/с; g - ускорение свободного падения, м/с²; l - коэффициент гидравлического сопротивления.

Скорость потока определяется по формуле:

4 Q

v = ¾¾¾, (10.3)

p D²

 

где Q - объемный расход жидкости, м³/с.

Коэффициент гидравлического сопротивления l рассчитывается по формулам (6.5) - (6.6) в зависимости от числа Рейнольдса.

При известной скорости потока параметр Рейнольдса рассчитывается по формуле

Re = vD/n, (10.4)

где n - кинематическая вязкость жидкости, м²/с.

В рельефном трубопроводе перепад давления (или потери напора) определяется с учетом разности геодезических отметок Dz:

L v²

Dр = l ¾¾¾.r + (-) Dzr g, (10.5)

2 D

 

а потери напора – по формуле:

 

 

L v²

h = l ¾¾¾¾ + (-) Dz, (10.6)

D 2g

 

 

где Dz определяется разностью конечной z_К и начальной z_Н отметок трубопровода.

Кроме гидравлических потерь на трение могут быть потери напора в результате изменения направления, сужения или расширения потока (задвижки, краны, клапаны, колена, повороты и др.), которые называют потерями на местные сопротивления. При большой длине трубопровода роль местных сопротивлений обычно невелика и ими в расчетах пренебрегают.

При гидравлических расчетах трубопроводов небольшой длины (до 1 км) потерю напора на местные сопротивления учитывают по формуле:

 

v²

h_МС = x ¾¾, (10.7)

2g

где x - коэффициент местного сопротивления, зависящий от Re, формы местного сопротивления и шероховатости, а для запорных устройств - от степени их открытия.

Приближенные значения коэффициентов некоторых местных сопротивлений (x) приведены ниже:

Местное сопротивление	Коэффициент местного сопротивления
Задвижка при полном открытии	0,15
Колено 90°	0,20
Диафрагма	1,00
Внезапное расширение трубопровода	1,00

Полный перепад давления с учетом местных сопротивлений и рельефа местности определяется по формуле

L v² v²

Dр = l ¾¾¾¾ r + åx ¾¾ r +(-) Dzr g =

2 d 2

 

L v²

= (l ¾ + åx) ¾¾ r +(-) Dzr g. (10.8)

d 2