С учетом полученных величин имеем по формуле (VI. 11)
Sпл |
|
2,1 |
|
|
|
2-0,33 |
|
4-0,33 |
•0,962= |
1,54 м; |
|
||
|
0,962 |
К |
' + |
( |
2,1 |
|
2,1 |
|
|||||
б) по |
формуле |
Л. С. Лейбензона — А. С. Вирновского |
|
||||||||||
5 пл |
|
5 |
"уд |
2,1 |
0,49 = |
1,69 м. |
|
|
|||||
|
COS ф |
0,962 |
|
|
|||||||||
При п = 15: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
а) по формуле И. А. Чарного |
|
|
|
|
|
||||||||
(0 = |
3,14-15/30= 1,57; |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
ср = |
1,57-1500/5100 = |
0,461 |
рад. или |
26°24'; |
|
|
|||||||
cos ф = cos 26°24 = |
0,896; |
|
|
|
|
|
|
||||||
S |
пЛ |
— |
2,1 |
- i |
f . . |
/ 2-0,33 \2 |
4-0,33 |
nonc |
, 71 |
|
|||
|
|
0,896 |
V |
1 + |
V |
~2,1 |
/) |
-------2,1j ~ |
0,896 = |
1»71 M; |
|
||
б) по формуле Л. С. Лейбензона — А. С. Вирновского |
|
||||||||||||
c |
|
|
2,1 |
|
0,49 = |
1,86 |
м. |
|
|
|
|
|
|
‘Ь,,л__ |
0,896 |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Полученные |
длины |
хода плунжера 5 пЛ |
сведем |
в табл. |
V I .2. |
||||||||
Как видно из этой таблицы, значения 5 ПЛ по статической тео |
|||||||||||||
рии и по формуле Л. С. Лейбензона — А. С. Вирновского |
почти |
||||||||||||
совпадают, а по формуле И. А. Чарного они несколько ниже. При глубинах установки насоса более 1500 м и при большем числе качаний расчет по динамической теории дает большие значения длины хода, чем расчет по статической теории.
В большинстве случаев (при L < 1500 м) можно пользоваться более простой формулой статической теории или формулой Лей бензона — Вирновского. При малых числах качаний (до шести — восьми в минуту) можно определить значение 5 ПЛ по статической
теории без учета фактора выигрыша хода (1 -\----- — ), т. е.
с учетом только упругих удлинений насосных штанг и труб.
|
|
Т а б л и ц а V I.2 |
Длина хода плунжера (в м) |
|
|
Теория расчета |
/1= 9 |
п = 15 |
Статическая |
1,69 |
1,85 |
Динамическая по Чарному |
1,54 |
1,71 |
Динамическая по Лейбензону— Вир- |
1,69 |
1,86 |
новскому |
|
|
106
В случае применения ступенчатой колонны насосных штанг общее удлинение Яуд будет слагаться из удлинений отдельных ступеней.
Принимая в данном случае (L = 1500 м) двухступенчатую колонну штанг диаметром 22 мм (43%) и 19 мм (57%), общее удли нение всей колонны определим по формуле [11]
F n»pgL* (а + |
Ьх) |
(VI.13) |
^уд — |
|
|
Eh |
|
|
где /i и /2 — соответственно площади поперечного сечения штанг диаметрами 22 и 19 мм, следовательно, f± = 3,8 см2; /2 = 2,83 см2; а и b — доли длины штанг диаметрами соответственно 22 и 19 мм
(а = 0,43; |
Ь = 0,57); х |
= |
f j h - 3,8/2,83 = |
1,34. |
|||
После |
подстановки |
численных |
значений |
в |
формулу (VI. 13) |
||
найдем удлинение |
|
|
|
|
|
||
к |
уд — |
14,6-900-9,81•15002 |
(0,43 + |
0,57 1,34) = |
0,435 м. |
||
|
0,21 •1013■3,8 |
|
|
|
|
|
|
Следовательно, при двухступенчатой колонне насосных штанг потери хода из-за упругих удлинений насосных труб и штанг для заданных условий будут на 0,055 м меньше, чем при одноступенча той колонне штанг, что способствует повышению подачи насоса.
Задача 56. Для любой глубины спуска насоса существует неко торый предельный диаметр плунжера, при котором можно полу чить максимальную подачу.
Максимальная подача насоса достигается при таком диаметре плунжера, при котором потери хода от упругих деформаций равны половине хода сальникового штока.
Определим диаметр плунжера, обеспечивающего максималь
ную подачу насоса, если длина хода сальникового штока 5 = |
1,8 м; |
||||||||
глубина установки |
насоса L = 1000 м; |
расстояние от устья сква |
|||||||
жины |
до |
динамического |
уровня |
h A = |
950 м; |
плотность |
нефти |
||
р = 900 кг/м3; внутренний диаметр насосных |
труб dr = |
62 |
мм; |
||||||
диаметр |
насосных |
штанг |
dm = |
19 мм; модуль упругости |
для |
||||
стали |
Е = 0,21 ТПа. |
|
|
|
|
|
|
||
В |
большинстве |
случаев насосные |
трубы |
находятся на весу |
|||||
(не заякорены). Для этих условий максимальная площадь сечения
плунжера |
определяется по формуле |
|
|
^шах = |
---------- т -^ ------- j—У , CM2 |
|
(V1. 14) |
|
2pghAL ------1— — ) |
|
|
(где /ш и /т — площади живого сечения |
штанг и труб соответст |
||
венно, см2) |
|
|
|
с/ |
1,8-0,21 - 101а |
|
= 51,3 см . |
* max — |
j |
|
|
|
2-900-9,81-950-1000 |
11 |
т ) |
|
|
||
117
Откуда |
|
|
D'„„ = ] / |
= |
Т~ = 8.°8 см « 8 1 мм. |
Следует принять ближайший стандартный диаметр плунжера Dnл = 82 мм.
Если насосные трубы заякорены, то они не испытывают упру гих деформаций. Поэтому формула для определения поперечного сечения плунжера, обеспечивающего максимальную подачу насоса, имеет вид:
S E fm |
|
1,8-0,21 -1012-2,83 |
= 63,8 см2 |
(VI. 15) |
|
2pghAL |
~ |
2-900-9,81-950-1000 |
|||
Следовательно, |
|
У |
|
|
|
0 "п л = у |
- = |
= 9,09 |
см = 90,9 |
мм. |
|
Можно принять стандартный максимальный диаметр плунжера равным 93 мм.
Из приведенного расчета видно, что предельная глубина спуска насоса (или высота подъема жидкости) и длина хода сальникового штока находятся между собой в прямой зависимости. Следова тельно, при больших глубинах спуска надо для сохранения подачи насоса при постоянном диаметре увеличить длину хода сальни кового штока.
Расчеты показывают, что область применения насосов больших диаметров при малой длине хода сальникового штока ограничи вается только небольшими глубинами спуска насоса. За преде лами этих глубин большие упругие деформации не компенсируются при малой длине хода, что уменьшает подачу насосов.
6. ПОДБОР ОСНОВНОГО ГЛУБИННОНАСОСНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
ИУСТАНОВЛЕНИЕ РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ РАБОТЫ НАСОСА
Задача 57 Подобрать тип станка-качалки (см. прил. 6), диаметр и тип насоса, диаметр насосных труб и штанг и установить режим ные параметры работы насоса для следующих условий: дебит скважины Q = 36 т/сут; плотность нефти р = 900 кг/м3; глубина спуска насоса L = 1400 м; динамический уровень находится у приема насоса; коэффициент подачи насосной установки г\ = 0.7.
Задачу решим сначала графическим методом при помощи
диаграммы АзНИИ |
(А. Н. Адонина), |
а |
затем |
аналитическим |
|
методом. По диаграмме АзНИИ (рис. |
V I.6), составленной для |
||||
станков-качалок ГОСТ 5866—76, для |
получения |
подачи насоса |
|||
Q = 36 т/сут или 36 |
0,9 = 40 м3/сут, рассчитанной |
при коэффи |
|||
циенте подачи 1] = 0,7 и глубине установки насоса |
L = 1400 м, |
||||
рекомендуется станок-качалка СКН10-2115. |
Его находим на пере |
||||
108
J
сечении линий, проведенных от дебита скважины и глубины спуска насоса. Это же пересечение определяет диаметр плунжера насоса d = 43 мм 1.
Тип насоса выбирают в зависимости от глубины его работы: при глубине более 1200 м следует применять вставные насосы. Для заданной глубины принимаем насос НГВ-1.
О, м 3/ с .у т
Рис. V I.6. Диаграмма АзНИИ для подбора станков-кача лок
1 — СКН2-615; 2 — СКНЗ-915; 3 — СКН5-1812; 4 — СКН10-2115
Диаметр насосных труб зависит от типа и диаметра насоса. Для насоса НГВ-1 диаметром 43 мм требуются 62-мм насосные трубы. Диаметр насосных штанг зависит от группы прочности стали, диаметра насоса и глубины его работы. В заданных условиях (А,л = 43 мм, L = 1400 м) следует принять штанги d = 22 мм, но для облегчения их собственного веса лучше взять двухступенча тую колонну насосных штанг. Для штанг из углеродистой стали
40%-ное количество штанг верхней ступени практически |
близко |
к диаметру плунжера в мм (так, например, для плунжера D = |
|
= 28 мм при двухступенчатой колонне требуется 28% |
штанг |
диаметром 22 мм). |
|
1 Для выбора нового глубиннонасосного оборудования (ГОСТ 5866— 76) необходимо пользоваться диаграммой, изображенной на рис. 39 справочника мастера по добыче нефти [8].
109
J
Для штанг из другой стали длину ступеней находят по спе циальным таблицам (прил. 10, 11, 12). В данном случае надо
взять |
штанги с d = 22 мм длиной 1400 -0,43 = 602 |
м и штанги |
||
с d = |
19 мм длиной 798 м. |
|
|
|
Станок-качалка СКН10-2115 имеет |
ход |
головки |
балансира |
|
1,2; 1,5; 1,8 и 2,1 м и число качаний 9; |
12 и |
15 в минуту. |
||
Для установления оптимального режима работы скважины надо знать допускаемый дебит или забойное давление.JB скважи нах с ограниченным дебитом оптимальный режим устанавливается на основе предельно допускаемого дебита или забойного давления. В малодебитных скважинах отбор жидкости определяется потен циальными возможностями пласта, а в скважинах с неограничен ным отбором (с очень большим обводнением) отбор определяется мощностью имеющегося на скважине оборудования.
Практически проще всего устанавливать необходимый режим работы скважины путем подбора параметров насосной установки (длины хода и числа качаний) по диаграмме АзНИИ. Чтобы обеспе чить спокойную продолжительную работу станка-качалки, следует для получения заданного дебита Q = 40 м3/сут принять макси мальную длину хода и найти по диаграмме АзНИИ максимальную подачу насоса диаметром 43 мм, которую можно получить при работе станка-качалки с максимальными параметрами (S = 2,1 м и п = 15 качаний в минуту). Для этого надо найти точку пересе чения вертикальной линии от оси абсцисс (глубины спуска насоса) с верхней пунктирной линией, ограничивающей область примене ния насоса диаметром 43 мм.
Затем снести эту точку на вертикальную ось, где получим Qmax = 5 0 М3/сут.
Необходимое для получения заданного дебита число качаний
при 5 = 2,1 м равно |
|
^ — ^тах QmaxQ |
= 1 2 качаний в минуту. |
Для получения этого числа качаний надо установить на быстроход ном электродвигателе стандартный шкив диаметром 240 мм.
Аналитический метод решения этой задачи состоит в определе нии для принятого типа станка-качалки диаметра плунжера Dn„, длины хода сальникового штока S и числа качаний п. Тип станка-качалки можно выбрать и позже, после определения й пЛ, S, п и нагрузки на голову балансира.
При выборе оптимального режима работы насоса следует исходить из условия получения минимальных напряжений в штан гах, а следовательно, и минимальной нагрузки на головку балан сира с последующей проверкой прочности штанг на разрыв и выносливость (частотность обрыва).
ПО