Практическое занятие № 6 – расчет основных технологических параметров работы ШСНУ

2019-05-24

1849

Обсуждений (0)

0.00 из 5.00 0 оценок

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 678 Следующая ⇒

Задача 6.1

Выбрать станок-качалку, диаметр и тип насоса, штанг и НКТ и установить режимные параметры работы насоса для заданных условий: дебит скважины – 35м³/сут., плотность нефти ρ_н= 850кг/м³, глубина спуска насоса – 1400м, коэффициент подачи насоса η = 0,7.

Решение:

По диаграмме А.Н. Адонина на пересечении проекций (Q=35 м³/сут. L=1400 м находим СК8-3,5 – 4000 и диаметр плунжера насоса 35мм. При глубине >1200 м следует выбрать вставной насос (выбираем НВ1Б-32-30-15).

Насосы НВ1Б предназначены для откачивания из нефтяных скважин маловязкой жидкости с содержанием механических примесей до 1,3г/л и свободного газа на приеме не более 10%. В качестве цилиндра в нем использован цельный безвтулочный цилиндр, характеризующийся повышенной прочностью, износостойкостью и транспортабельностью.

Для НВ-1Б-32 требуется НКТ: 32+28=60 мм – НКТ 60 x 5,0 мм. К этому насосу требуется замковая опора ОМ – 60, устанавливаемая в НКТ – 60 мм.

Выбираем штанги из углеродистой стали (δ_пр=70 Мпа) диаметр = 22 мм (31%) и диаметр = 19 мм (69%). При общей глубине спуска 1400 м длина секции штанг диаметром 22 мм – 434 м, диаметром 19 - 966м.

Режимные параметры 7СК8-3,5 – 1400 по ГОСТ 5866 S_a = 1,7; 2,1; 3,0; 3,5 м – длина хода точки подвески штанг. Число качаний, n = 5-12 мин.^-1.

Редуктор – Ц2П-750 с передаточным отношением i=38, и диаметром шкива - 1000 мм.

Для обеспечения продолжительной работы СК следует принять максимальную длину хода и найти по диаграмме А.Н. Адонина максимальную производительность насоса диаметром 12мм, которая может быть получена при работе станка-качалки на максимальных параметрах.

По диаграмме находим P_max = 38 м³/сут.

При длине хода S_max = 3,5 м, число качаний по формуле (6.1) будет:

n = n_max (6.1)

где:

n_max - максимальное число качаний по характеристике станка-качалки;

Q_ф– фактический дебит скважины;

Q_max – максимальная производительность насоса при работе на максимальных параметрах (находят по диаграмме А.Н. Адонина).

мин.^-1.

Определим параметры работы насоса аналитическим методом, исходя из минимума напряжений в штангах.

Зададимся стандартными значениями S_a и n и по формулам (6.2) – (6.4) определим F_пли D_пл

n = 8,9 ; (6.2)

F _пл = 0,25 , (6.3)

где q _ср– средняя масса 1 п. м двухступенчатых штанг.

Для принятия значений S и полученных значений n определяют площадь сечения плунжера из формулы производительности насоса, см²:

F_пл = , (6.4)

где Q – производительность насоса, м³/сут.; S – длина хода сальников штока, м. Отсюда:

D_пл _.

Средняя масса двухступенчатой колонны штанг:

q_cp = q₁ · 0,31+q₂· 0,69=3,14 · 0,31+2,35 · 0,69=2,60 кг/м,

где q₁и q₂– масса 1 п.м. верхней и нижней секций штанг соответственно.

Таким образом, что наиболее приемлемыми режимами работы насоса при среднем коэффициенте подачи насоса η = 0,7 являются 5-й и 4-й, однако диаметр плунжера при этих режимах получится больший.

Для выбора оптимального режима определим максимальные значения нагрузок в точке подвеса штанг по формуле (6.5):

P_max = F_пл , (6.5)

где L – глубина спуска насоса, м; b = (p_ш – p_ж) / p_ш– коэффициент облегчения штанг в жидкости; p_ш, p_ж– плотность материала штанга и жидкости соответственно; S / 1400 – фактор инерционных нагрузок; g – ускорение свободного падения.

Р⁵_max = 11,96 · 10^-4 · 850 · 1400 ·9,81 + 2,6 · 1400 · 9,81 x

X = 13962+39198=53160 H,

где,

b =

Р⁴ _max = 12,58 10^-4 · 850 · 1400 · 9,81 + 2,6 · 1400 · 9,81

== 14686+39592=54278 Н.

Наиболее выгодным режимом будет 5-й, при котором Р_max = 53,2 кН наименьшая. Минимальную нагрузку найдем по формуле (6.6):

P_min = q_ср _, (6.6)

Р⁵_min = 2,6 · 1400 ·9,81 x = 24506 H.

Определим максимальное и минимальное напряжения по формуле (6.7) и δ_прпо формуле (6.8):

δ_max= ; (6.7)

δ_min= ,

где – площадь поперечного сечения штанг.

δ_max =

δ_min =

δ_a =

Для выбора материала штанг определяют δ_пр:

δ_пр = , (6.8)

где – амплитудное значение напряжения в асимметричном цикле.

δ_пр=

выбираем штанги из стали 20Н2М

δ_пр· доп = 90 Мпа для некоррозионных условий.

Коэффициент запаса прочности штанги составит (формула (6.9)):

η= , (6.9)

где – предел текучести материала штанг.

η=

Определим необходимое число качаний при использовании стандартного диаметра плунжера (для 5-го режима это будет 38мм). По формуле (6.10):

n = n_p - , (6.10)

где n_p – расчетное число качаний; - расчетный диаметр плунжера; – стандартный диаметр плунжера.

n=9,2 · ^-1.

Для насоса НВ1Б-38-35-15 допустимы длина хода 3,5 м и глубина спуска 1500м. Диаметр НКТ 73 X 5,5 мм. Определим диаметр шкива электродвигателя для нестандартного числа качаний по формуле (6.11):

D_эл = , (6.11)

где n – число качаний в мин.; – диаметр шкива редуктора; i – передаточное число редуктора; – частота вращения вала электродвигателя, мин.^-1.

D_эл=

Таким образом, в результате аналитического расчета мы увеличили диаметр насоса, НКТ, уменьшили число качаний с 11 до 9,4 мин.^-1 и выбрали более прочные штанги из стали 20Н2М по сравнению с таблично-графическим расчетом.

Задача 6.2

Определить производительность и коэффициент подачи ШГНУ по различным формулам и сравнить их.

Дано:

глубина скважины Н = 1500 м;

глубина спуска насоса L = 1400 м;

диаметр насоса D _пл = 38 мм;

диаметр штанг d _шт = 19 мм; d _тр = 60 мм;

плотность нефти p _н = 850 кг/м³;

длина хода точки подвеса штанг S _А = 2,1 м;

число качаний n = 10мин.^-1;

забойное давление Р_заб = 30 кгс/см²;

содержание воды n _в = 0,25.

Решение:

Плотность жидкости:

p _ж = p_н · (1- n _в )+р_в· n_в = 850 · 0,75+1000 · 0,25=887,5 кг/м².

Расстояние до динамического уровня:

h _д = H –

Вес столба жидкости над плунжером, полагая, что Р_буф = 0,

Р_ж = h _д · p _ж · F · g = 1155 · 887,5 · 0,038² · 9,81 = 11399 Н = 11400 Н.

1. Определим производительность по теории А.М. Юрчука (формула (6.12)).

Qi_ф = 1440 , (6.12)

где F – площадь поперечного сечения плунжера, n – число двойных ходов в мин; – длина хода точки подвеса штанг; – удлинение насосных штанг и труб от веса столба жидкости.

Предварительно определим:

_шт + λ_тр = · = 0,365 м ;

f _шт = 0,785 · 0,019² = 2,83 · 10^-4 м²;

F = 0,785 · 0,038² = 11,34 · 10 ^-4м²;

F _тр= 0,785 · (0,06² – 0,051²) = 7,84 · 10^-4 м²;

Q_ф = 1440 · 11,34 · 10^-4 10 x = 29,85 м³/сут.

2. Производительность по формуле (6.13) А.Н. Адонина:

Q_ф = 1440 · F n , (6.13)

где параметр Коши; а – скорость звука в колонне штанг; т – коэффициент, учитывающий влияние инерции столба жидкости.

Режим откачки статический, D_пл m=1,

Q_ф = 1440 · 11,34 · 10^-4 10 = 29,80 м³/сут.

3. Производительность по формуле (6.14) А.С. Вирновского:

Q_ф = 1440 · F n , (6.14)

где член , выражающий перемещение плунжера при отсутствии статистических удлинений , получен для вынужденных колебаний «свободной» штанги, т.е. штанги без плунжера, при гармоническом законе движения балансира.

= 16,8 ;

Q_ф = 1440 · 11,34 · 10^-4 10 = 29,87 м³/сут.

4. Определим производительность по формуле (6.15) при условии, что h=0,6 с^-1:

Q_ф = 1440 · F n , (6.15)

где ;

h – константа трения, с^-1 (h=0,2 - 1,0 c^-1); sh – гиперболический синус:

Q_ф = 1440 · 11,34 · 10^-4 10 = 29,33 м³/сут.

5. Определим производительность полагая, что сила сопротивления движению плунжера Р_с = 4 кН.

По формуле (6.16) определим λ_сж штанг:

λ_{сж. ш}= = (6.16)

Изгиб штанг под действием Р_с по формуле (6.17):

λ_из = . (6.17)

λ_из =

где,

R_c =

L_сж =

I = .

По формуле (6.18) найдем λ:

λ = (6.18)

λ = 0,365 + 0,094 + 0,019 = 0,478 .

Найдем производительность по формуле:

Q_ф = 1440 м³/сут.

Таким образом, производительность по первым трем формулам не отличается. Существенные отличия наблюдаем при наличии силы сопротивления и с учетом гидродинамического сопротивления при высоких константах трения h с^-1.