Глубина спуска насоса, L, м 1080Дебит жидкости, Q¹, т/сут. 22 Плотность нефти, р_н9 кг/м³ 830Плотность пластовой воды, р_в, кг/м³ 1030Обводненность продукции, п_в9 % 54

Решение:

. Определяем плотность смеси:

Рcм = Рв*П_в + р_н*П_н(3.1)
где п_н - доля нефти в продукции скважины,
п_н = 1 - п_в(3.2)

п_н = 1 - 0,54 = 0,46

Рсм = 1030*0,54 + 830*0,46 = 937 кг/м³
. Переводим дебит из т/сут в м³/сут
10³Q¹*

Q = ----(3.3)

Рсм

10³22*

Q = ---- = 23,5 м³/сут

937
. По диаграмме Адонина выбираем тип станка-качалки и диаметр насоса в зависимости от планируемого дебита и глубины спуска насоса. Для наших условий нас устраивает 5СК-4-2Д-1600 с диаметром насоса 32 мм.

Проводим расшифровку СК: 5 - модификация СК;

. - наибольшая допускаемая нагрузка на головку балансира в тоннах или 40 кН; 2,1 - максимальная длина хода сальникового штока в м;

- наибольший допускаемый крутящий момент на ведомом валу редуктора в кгс*м или 16кН*м.

. Проводим выбор насоса по таблице в зависимости от глубины спуска насоса и планируемого дебита. Для наших условий подходит насос НСН2 с предельной глубиной спуска 1200 м. Выписываем техническую характеристику насоса:

вязкость жидкости до 25 мПа*с;

объемное содержание механических примесей не более 0,05 %;

условный размер насоса 32 мм;

идеальная подача при п = 10 мин^-1 35 м³/сут;

максимальная длина хода плунжера 3 м;

максимальная высота подъема жидкости 1200 м

условный диаметр НКТ - 48 мм.

. Проводим выбор штанг по таблице в зависимости от диаметра насоса и глубины спуска. Для наших условий рекомендуется одноступенчатая колонна штанг диаметром 19 мм с предельной глубиной спуска 1170м изготовленных из углеродистой стали нормализованной при [Q_пр] = 70МПа.

Вес 1 метра штанг диаметра 19 мм по таблице соответственно: q₁₉ = 23,0535 Н

. С целью создания статического режима откачки и уменьшения нагрузки на головку балансира принимаем длину хода сальникового штока равную максимальной для данного СК S = 2,1 м.

8. Определяем необходимое число качаний: n=(3.4)

---

где а - коэффициент подачи насоса, находится в пределах 0,7-0,8, принимаем а = 0,75;

F_пл - площадь сечения плунжера, определяется по формуле:
F_пл =п*d²/4(3.5)F_пл = 3.14*0,032²/4 = 0,000804 м²

n = 13
. Определяем максимальную нагрузку на головку балансира:
Рмак = Р_ж + Рш*(в + м)(3.6)
где Р_ж - вес столба жидкости в НКТ,
р_ж = F_пл*L*Р_см*g(3.7)

Р_ж = 0,000804*1080*937*9,81 = 7982 Н
Р_ш - вес колонны насосных штанг,
Р_ш = q₁₉*L (3.8)

Р_ш = 23,0535*1080 = 24900 Н
в - коэффициент потери веса штанг в жидкости,
в = ^Рш - ^Рсм Рш (3.9)
где р_ш - вес материала штанг, р_ш = 7850 кг/м,


в = 0,88
м - коэффициент динамичности,
S* n²

м = --- = (3.10)

1440

м = 0,25

Рмак = 7982 + 24900*(0,88 + 0,25) = 36119 Н
Сравниваем полученное значение с допустимым для данного СК, так как 40 > 36,2, то данный СК нас устраивает.

. Определяем максимальный крутящий момент:
М_кр.мак = 300*S + 0,236*S*(Р_мак - Р_мин)(3.11)
Где р_мин - минимальная нагрузка на головку балансира, определяем ее по формуле Милса:
Р_мин= P_ш* 1-(3.12)

Р =24900 * 1- = 19963Н

Мкр.мак = 300*2,1 + 0,236*2,1*(36119- 19963) = 8640 Н*м
. Сравниваем полученное значение с допустимым значением для данного СК, так как 16 > 8,64, то данный СК нас устраивает. Ю.

Определяем необходимую мощность электродвигателя СК:
N =0,401*10^-4*p*d²*S*n*p_см*L*Kу* +а (3.13)
где К_у - коэффициент уравновешенности, для балансирных СК

К_у=1,2;
N = 0,401*10-⁴*3.14*0,032²*2,1*13*937*1080*1,2*{ +0.75}= 4,9кВт
По таблице выбираем стандартный электродвигатель АОП-52-4 мощностью 7 кВт, число оборотов в минуту 1440, к.п.д. 86%.

. Рассчитываем напряжения в штангах. Обоснование конструкции штанговой колонны - наиболее ответственный этап проектирования установки, так как штанговая колонна - это тот элемент системы, который, в первую очередь, определяет длительность и безотказность работы установки в целом.

При нормальной работе насосной установки наибольшие напряжения действуют в точке подвеса штанг. Поэтому расчет ведем для штанг диаметром 19 мм.

.1 Определяем максимальное напряжение цикла:
_мак

Р

---

_мак/f_шт (3.14)
где f_шт - площадь поперечного сечения штанг в точке подвеса, м². Так как наибольшие нагрузки приходятся в верхней части колонны, берем диаметр верхней секции штанг.
f_шт = 3,14*0,019²/4 = 2,83*10^-4 м² мак = 36119/2,83* Ю-⁴ = 127,6* 10⁶ Па

= 127,6 МПа
.2 Определяем минимальное напряжение цикла:
_мин = Р_мин/f_шт (3.15)

_мин = 19963/2,83* 10^-4 = 70,6*10⁶Па = 70,6 МПа
.3 Определяем амплитудное напряжение цикла:
а = (_мак - _мин)/2 (3.16)

а_а = (127,6 - 70,6)72 = 28,5 МПа
.4 Определяем приведенное напряжение цикла: пр = (3.17)
_пр = 60,ЗМПа
Так как допускаемое приведенное напряжение для принятой колонны штанг [о_мак] = 70 МПа, а расчетное _пр = 60,3 МПа, то данная колонна штанг выбрана правильно.

.6 Характеристика работы насосных штанг
Насосные штанги служат соединительным звеном между наземным индивидуальным приводом станка-качалки и скважинным насосом. К штангам предъявляют повышенные требования, так как в процессе работы они испытывают значительные нагрузки, изменяющиеся в широких пределах в течение каждого хода станка-качалки.

Насосные штанги изготовляют из сталей разных марок, которые для придания равнопрочности подвергают термической обработке (нормализации) и обработке токами высокой частоты (ТВЧ).

Насосные штанги (табл. 3.1) применяют в виде колонн, составленных из отдельных, соединенных посредством муфт, штанг.

Таблица 3.1

Штанга	Номинальный диаметр		Размеры квадратной части
	штанги	Резьбы штанги	головки	Штанги
	(по телу)	(наружный)
ШН 16	16	23,824	35	22
ШН 19	19	26,999	35	27
ШН 22	22	30,17	35	27
ШН 25	25	34,936	42	32

---

Штанговые муфты выпускают следующих типов:

соединительные МШ - для соединения штанг одинаковых размеров;

переводные МТТТП - для соединения штанг разных размеров.

Муфты каждого типа изготовляют в исполнении 1-е "лысками" под ключ и в исполнении II - без "лысок".

Муфты в основном изготовляют из углеродистой стали марок 40 и 45. Предусматривается также изготовление муфт из легированной стали марки 20Н2М для эксплуатации в тяжелых условиях. Муфты, как правило, подвергают поверхностной термообработке ТВЧ.

Штанги поставляют с плотно навинченными на один конец муфтами. Открытая резьба штанги и муфты предохраняется колпачками или пробками.

Каждую штангу маркируют на двух противоположных сторонах каждого квадрата. На одну сторону квадрата наносят товарный знак или условное обозначение предприятия-изготовителя и условный номер плавки. На другой стороне квадрата проставляют марку стали, год выпуска, квартал и технологическую маркировку предприятия изготовителя. Штангу, подвергнутую обработке ТВЧ, маркируют на третьей стороне каждого квадрата буквой "Т".

Основные параметры, используемые при выборе колонны насосных штанг для обычных условий, - это максимальная нагрузка на штанги и ее возможные колебания. Для быстрого и правильного подбора штанговых колонн следует пользоваться таблицами и специальными номограммами.

Для обеспечения наибольшего срока службы насосных штанг требуются тщательное наблюдение за каждым комплектом штанг, спускаемых в скважину, и своевременная отбраковка негодных.

Насосные штанги и муфты к ним выпускают:

для легких условий работы - из стали марки 40, нормализованные;

для средних и среднетяжелых условий работы - из стали марки 20Н2М, нормализованные;

для тяжелых условий работы - из стали марки 40, нормализованные с последующим поверхностным упрочнением тела штанги по всей длине ТВЧ и из стали ЗОХМА, нормализованные с последующим высоким отпуском и упрочнением тела штанги по всей длине ТВЧ;

для особо тяжелых условий работы - из стали марки 20Н2М, нормализованные с последующим упрочнением тела штанги ТВЧ. Данные о механических свойствах материалов штанг приведены в таблице 2.9

ГОСТ предусматривает изготовление штанг диаметром 12; 16; 19; 22 и 25 мм длиной 8 м. Допускается выпуск штанг длиной 7,5 м в количестве не более 8 % от числа штанг длиной 8 м. Кроме штанг нормальной длины, для подбора необходимой длины подвески изготовляют штанги укороченные длиной 1; 1,2; 1,5; 2 и Зм

---

Таблица 3.2

Марки стали	Вид термической обработки	Временное сопротивление разрыву, МПа	Предел текучести, МПа	Относительное удлинение, %
40	Нормализация или нормализация	570	320	16
20Н2М	с последующим поверхностным упрочнением нагревом ТВЧ	600	390	21
	Объемная закалка и высокий	630	520	18
ЗОХМА	отпуск Нормализация и высокий отпуск	610	400	20
15НЗМА	с последующим поверхностным упрочнением нагревом ТВЧ Нормализация с последующим	650	500	22
15Х2НМФ	поверхностным упрочнением нагревом ТВЧ Закалка и высокий отпуск или нормализация и высокий отпуск	700	630	16

Основные виды износа и разрушения насосных штанг

Переменная нагрузка на штанги вызывает усталость, приводящую к внезапному обрыву. При расчете штанг принимается, что напряжения растяжения (сжатия) по поперечному сечению штанг одинаковы в любых точках сечения. В действительности в некоторых точках сечения оно меньше, чем расчетное. В этих точках штанги с течением времени происходит микроскопический сдвиг частиц металла и постепенно образуется трещина, являющаяся концентратором напряжения. Концентрация напряжений развивает трещину, вследствие чего через некоторый момент времени происходит обрыв.

Усталостные трещины образуются также по следующим причинам.

. Наличие на поверхности штанг механических повреждений от ударов металлическими предметами. На дне риски создается концентрация напряжения и развивается трещина.

. Появление перенапряжений в поверхностном слое металла, возникших вследствие изгиба штанги при ее транспортировке или спуско-подъемных операциях.

---

Смотрите также файлы

• Методические указания для студентов На этом занятии вам предстоит оценить качество программного средства учебного назначения.docx

• Программа среднего профессионального образования 40. 02. 01 Право и организация социального обеспечения соо дисциплина Иностранный язык ( 2 семестр ) Практическое задание к Разделу 2.docx

• Жаратылыстануылыми пндер Кафедрасы.docx

• Понятие и сущность общей физической подготовки, и е значение для гармонического развития.docx

• Отчет по производственной практике пм. 04. Пп. 04. 01 Участие в организации производственной деятельности малого структурного подразделения.docx