Файл: Юрчук, А. М. Расчеты в добыче нефти учеб. пособие.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 17.10.2024

Просмотров: 249

Скачиваний: 3

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

где (?стр — страгивающая нагрузка для выбранных типа и размера труб в кгс; К — коэффициент запаса прочности, обычно принима­ емый равным 1,3—1,5; дтр — вес 1 м труб в кгс.

Для двухразмерной колонны длины секций будут

к

(''стр .

7

_ ( ? С Т Р

( ? С Т Р .

Іу-f-12 L.

(IV. 29)

Kq1

2 ~

K q *

 

Для трехразмерной колонны

 

 

 

 

 

 

к-

V стр .

Qстр

С*стр .

 

 

K q x

 

К<І2

 

 

 

 

 

7

< ? С ТР

0

с т р .

7

1 7

1 7

Г

(ІѴ.ЗО)

h —

K~q~3-----’

к к~

' І3

~ Ьш

 

Счет секций ведется снизу вверх.

Обычно внизу колонны уста­

навливаются трубы меньшего размера, а по направлению к устью размер труб увеличивается.

Для труб с высаженными наружу концами прочность по телу соответствует прочности по нарезанной части трубы (равнопрочная

конструкция). Расчет ведут по телу трубы, исходя из величины

растяжения от собственного веса.

 

Для одноразмерной колонны допустимая длина подвески труб

определяется из выражения

 

Qi

(IV.31)

K q 1

где (Д — растягивающее усилие, соответствующее пределу теку­ чести материала трубы, в кгс; Qx = F-^щ; <7і — вес 1 м трубы в кгс; F ± — площадь живого сечения труб в см2; щ — предел текучести в кгс/см2.

Для двухразмериой колонны длины нижней и верхней секций

будут

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г. = Ж

»

 

 

 

<™32>

где Q2 — усилие, соответствующее

пределу текучести

материала

трубы второй секции;

Q2 = F 2o q 2 — вес 1 м труб второй секции.

Для трехразмерной колонны

 

 

 

 

7 __

*?і

.

/

Q2 — Q1

.

/ _

<?з — <?2

(ІѴ.ЗЗ)

к

Кді

к

Кд%

,

h

Кдз

где Qз = F3o'r" — усилие, соответствующее пределу текучести для труб третьей секции.

Предельные глубины спуска колони при фонтанно-компрессорной эксплуатации можно определить по таблицам приложений 7, 8 и 9.

Допустимое внутреннее давление для труб определяется по фор­ муле Барлоу:

Рдоп = ^ 1 кгс/см2.

(IV. 34)

50


где б — толщина стенки трубы в мм; стт — предел текучести в кгс/см2; dH — наружный диаметр трубы в мм; К = 2 — коэффициент запаса прочности.

Прочностная характеристика насосно-компрессорных труб дана в приложении 5.

V.ЭКСПЛУАТАЦИЯ СКВАЖИН ШТАНГОВЫМИ НАСОСАМИ

1.Определение производительности и параметров работы насосной установки

Теоретическая производительность глубиннонасосной установки определяется по формуле

 

QT = 1440

snp т/сут,

( V .l)

где

1440 — число минут в сутках; D — диаметр плунжера

насоса

в м;

s — длина хода головки балансира

(сальникового штока) в м;

п — число качаний (двойных ходов) в

минуту; р — относительная

плотность жидкости.

 

 

 

Коэффициент подачи насосной установки

 

 

Л__

(?ф

 

(V.2)

гДе (?Ф — фактическая производительность насосной установки. Для ускорения и облегчания расчетов по определению теорети­

ческой производительности штанговых насосов можно пользоваться специальной таблицей (приложение 11) или номограммой Иванова, перестроенной нами для стандартных диаметров насосов и длин хода сальникового штока в соответствии с последним ГОСТ на станки-качалки 5866—66 (рис. 23). По этой номограмме можно найти любой из пяти параметров работы насосной установки (Q, D , s, п, ц) при четырех других известных. На практике чаще всего приходится определять D, Q и ц. Для определения диаметра плунжера D (при известных п, s, QT и ц ) необходимо из точки на левой ветви оси абс­ цисс, соответствующей значению числа качаний п, провести вер­ тикаль вверх до пересечения с лучом длины хода головки балан­

сира s, затем из

найденной

точки

провести горизонталь

вправо

к лучам диаметра

плунжера

насоса

D. На правой стороне

номо­

граммы надо взять точку на оси ординат, соответствующую факти­ ческой производительности насосной установки Q в м3/сут, провести из этой точки горизонталь вправо до пересечения с лучомц и из полу­ ченной точки провести вертикаль вверх до пересечения с горизон­ талью, проведенной ранее к лучам D. Найденная точка и определит диаметр плунжера насоса D. В случае, если эта точка попадет в про­ межуток между двумя лучами D, диаметр плунжера находят интер­ полированием, и он получается нестандартным. Тогда пользуются ближайшим стандартным значением диаметра, а для получения

4*

51


заданной производительности соответственно изменяют значения: параметров s и п. Если принять больший диаметр, то следует в пер­ вую очередь уменьшить п и только при невозможности это сделать

283г 38 «

SB

68

Рис. 23. Номограмма для определения параметров работы штангового насоса

надо уменьшить s; если же принят меньший диаметр, то следуетувеличить s и только при отсутствии такой возможности увеличить п.

Для определения фактической производительности насосной уста­ новки Q (при известных п, s, D п ц ) необходимо на левой ветви оси абсцисс найти точку, соответствующую заданному значению и, затем провести вертикаль вверх до значения s, а из полученной точки провести горизонталь вправо до пересечения с лучом D, после чегп опустить вертикаль до луча ц и, наконец, провести горизонталь

52

влево до оси ординат, где и будет найдена фактическая производи­ тельность Q.

Для определения коэффициента подачи насосной установки р (при известных значениях п, s, D и Q) ведут из точки п (левая ветвь оси абсцисс) вертикаль вверх до пересечения с лучом s, откуда про­ водят горизонталь вправо до пересечения с лучом D, затем опускают вертикаль до пересечения с горизонталью, проведенной вправо из точки дебита Q, взятой на оси ординат. Если найденная точка попадет в промежуток между двумя соседними лучами, значение ц находят интерполированием.

2. Определение длины хода плунжера [31]

а. По статической (элементарной) теории длина хода плунжера

5пл = ^ ( і + ^ | ^ ) - ^ М , (Ѵ.З)

где s — длина хода сальникового штока в м; п —число качаний в минуту;

F плР£2 (/ш — /т)

(V.4>

 

— потеря хода от удлинений насосных штанг и труб; L — глубина

спуска насоса в м; Рпл — площадь сечения плунжера в см2; /ш —

площадь сечения насосных штанг в см2; /т — площадь сечения тела

насосных труб в см2; р — плотность жидкости в кг/м3;

Е = 2,1 X

X 10е — модуль упругости стали в кгс/см2.

 

б. По формуле Л. С. Лейбензона (по динамической теории)

sпл

S

Я,

(V.5)

COS Ф

 

 

 

где ер = — радиан — угол сдвига

фаз при движении

плунжера;

со = — угловая скорость; а = 5100 м/с — скорость [звука в ме­

талле штанг.® В случае применения двухступенчатой колонны насосных штанг

общее удлинение всей колонны определяют по формуле

о

 

Я

F П Л р £

(m + bx) м,

(Ѵ.6)

 

10*£/і

где т — доля длины

штанг большего диаметра (верхней ступени);

Ъ— то же, меньшего

диаметра

(нижней ступени);

/х — площадь

сечения штанг верхней ступени; / 2 — площадь сечения штанг нижней ступени;

(Ѵ.7)

53


При глубинах установки штангового насоса более 1500 м и при большом числе качаний расчет по динамической теории дает боль­

шие значения длины хода, чем по

статической теории.

В большинстве случаев (при

L

1500 м) можно пользоваться

более простой формулой статической теории. При малых числах

качаний (до 6—8

в минуту) snjl можно определять по статической

теории без учета

фактора выигрыша ходаМ +

— )> т- е-

с учетом только упругих удлинений насосных штанг и труб.

3. Определение диаметра плунжера, обеспечивающего максимальную производительность насоса [31]

Увеличение диаметра плунжера приводит к повышению произ­ водительности глубинного насоса только до определенного предела, так как одновременно увеличиваются потери хода вследствие упру­ гих деформаций насосных штанг и труб. Увеличение диаметра плун­ жера сверх этого предела при постоянных параметрах работы насоса (длина хода и число качаний) ведет к уменьшению производитель­ ности. Поэтому для любой глубины спуска насоса существует пре­ дельный диаметр плунжера, при котором можно получить макси­ мальную производительность.

Для условий свободной подвески насосных труб максимальная

площадь сечения плунжера определяется по формуле

[31]

7рг

SIL 'Ю

j Г~ GM,

/тт л\

■^макс=

;j

(V.8)

где рж — плотность добываемой жидкости в кг/м3; — расстояние от устья до динамического уровня в м; L — глубина спуска насоса в м; остальные обозначения прежние;

Dn„ = y r^ f ^ c M .

(V.9)

Если насосные трубы заякорены (опираются па забой или трубо­ держатель), то они не испытывают упругих деформаций. Тогда максимально возможное поперечное сечение плунжера определяется по формуле

 

s E f шіО1*

 

(Ѵ.10)

 

2РжйдЬ

 

 

откуда

 

 

 

f

ыакс

 

(V.ll)

d : -V

71

CM.


4. Подбор основного глубиннонасосного оборудования и установление режима работы насоса

Эта задача может решаться графическим и аналитическим методами.

Графический метод основан на применении диаграмм АзНИИ (эти диаграммы приведены на рис. 55 и 56). Для его использования надо знать дебит скважины Q в т/сут и глубину спуска на­ соса L в м.

Тип станка-качалки и диаметр плунжера насоса находят непо­ средственно нз диаграмм (пересечением проекций точек дебита и глу­ бины спуска насоса). Тип насоса определяют в зависимости от глу­ бины его спуска (при глубине более 1000—1200 м следует применять вставные насосы).

Диаметр насосных труб зависит от типа и диаметра насоса. Группу прочности (марку) стали для труб выбирают с учетом глу­ бины подвески насоса. Диаметр насосных штанг и группу прочности стали подбирают также с учетом глубины подвески насоса. При глубине подвески более 1000—1200 м для облегчения собственного веса насосных штанг следует применять ступенчатые колонны. При двухступенчатой колонне углеродистых штанг (из стали 40У) про­ центное количество штанг верхней ступени равно диаметру плунжера в мм. Для штанг из стали других групп прочности (марок) длину ступеней находят по соответствующим таблицам [1].

Для установления режимных параметров работы насоса следует принять максимально возможную длину хода сальникового штока применительно к выбранному типу станка-качалки и найти необхо­

димое число качаний из следующей зависимости:

 

П=Щтк- £ * - ,

(V-12)

ѵмакс

 

где дмакс — максимальное число качаний по характеристике станкакачалки; @ф — фактический дебит скважины в т/сут; @макс — максимальная производительность насоса при работе на максимальных параметрах (находят по диаграмме АзНИИ).

Аналитический метод решения этой задачи состоит в определении диаметра плунжера Dnn для принятого типа станка-качалки, длины хода сальникового штока s и числа качаний п. Тип станка-качалки может быть выбран и позже, после определения указанных пара­ метров и величины нагрузки на головку балансира.

Для выбора оптимального режима работы насоса надо исходить из условия получения минимальной нагрузки на головку балансира, минимальных напряжений в штангах с последующей проверкой прочности штанг на разрыв и частоту обрыва.

Для получения минимального напряжения в штангах значе­ ния DnJl, s и п должны находиться между собой в следующей

55