nnSnnN, (9.42)
где Fпл, 5„л, N — соответственно площадь поперечного сечения плунжера, м2; длина его хода, м; число двойных ходов, с-1. При известном диаметре насоса необходимую скорость откачки определяют по формуле
Sn.l-'V = 1Тнас Рпл, (9.43)
после чего, задаваясь одним из сомножителей (5ПЛ и N), можно вычислить второй.
Задача 9.7. Рассчитать подачу насоса и скорость откачки. Решение. Для рассматриваемых расчетных вариантов по (9.41) — (9.43) получим.
Для 1-го варианта
Ц71К.С ^ 3,38-10 —4/0,59 = 5,73-104 м3/с = 49,5 м3/сут.
При Опл = 55 мм и Кпл = 2,376 X 103 м2
(■Snc^li = 5,73-10“4/(23,8-10-4) = 0,241 м/с = 14,5 м/мин.
В качестве первого приближения задаем: 5ПЛ = 2,1 м, тогда 1V = 0,24/2,1 = 0,115 1/с или п = /V-60 = 6,9_кач/мин.
198
Для 2-го варианта
U7„ac = 3,8- Ю-4 м3/с = 32,8 м3/сут.
При Dn/i = 43 мм и Fun = 14,5 см2
(SM/V)2 = 3,8-10 4/(14,5-104) = 0,262 м/с = 15,7 м/мин.
Принимаем 5ПЛ = 2,4 м, тогда п = 6,54 1/мин.
Для 3-го варианта
Wн
ас = 2,9-10-4 м3/с = 25 м3/сут.При Ппл = 43 мм и Апл = 14,5 см2(S„n-N)з = 2,9 10—4/(14,5 10—4) = 0,2 м/с = 12 м/мин.Принимаем 5ПЛ = 2,4 м, тогда п = 5 1/мин.ВЫБОР КОНСТРУКЦИИ ШТАНГОВОЙ колонныКонструирование штанговой колонны (ШК) предполагает выбор марки материала штанг, определение необходимого числа ступеней, диаметра и длины штанг каждой ступени. Выбранная конструкция колонны должна обеспечить безаварийную работу насосной установки с запланированной подачей и при минимальных затратах.При проектировании штанговой насосной эксплуатации скважины наиболее простым и оперативным способом является подбор конструкции штанговой колонны по специальным таблицам. В настоящее время наибольшее распространение получили таблицы АзНИПИнефти [21, 24], для пользования которыми необходимо знать только диаметр и глубину спуска скважинного насоса.Однако штанговая колонна, выбранная по этим таблицам, может оказаться неравнопрочной, и поэтому при дальнейшем расчете ее конструкция должна быть уточнена.Задача 9.7. Выбрать конструкцию колонны штанг.Решение. Для каждого из рассматриваемых расчетных вариантов по таблицам АзНИПИнефть выбираем конструкцию ШК. -
й вариант. DUJI = 55 мм, LH = 1200 м.
Для этих условий по таблицам [21 ] выбираем двухступенчатую колонну штанг из легированной стали марки 20НМ нормализованной. Диаметр штанг нижней ступени
dmr, = 22 мм, верхней — Фит п = 25 мм, а соотношение длин ступеней 1У1п = 60 : 40. Предельная глубина спуска для насоса диаметром 55 мм на этой колонне составляет 1230 м. -
й в а р и а н т. Для £>пл = 43 мм, LH = 900 м.
Для этих условий выбираем двухступенчатую колонну штанг из легированной стали 20НМ, нормализованной фцТ1 = 16 мм, dшт ц = 19 мм, : 1п = 45 : 55. Предельно допустимая глубина спуска насоса диаметром 43 мм в этом случае составляет 1180 м. -
й вариант. Г)пл = 43 мм, L„ = 600 м.
Для этих условий по таблицам [21 ] выбираем одноступенчатую колонну штанг нормализованных из углеродистой стали диаметром
199
Показатель
|
16
|
19
|
22
|
25
|
Площадь поперечного сечения, см2
|
2,01
|
2,83
|
3,80
|
4,91
|
Наружный диаметр муфты, мм
|
38
|
42
|
46
|
55
|
Вес 1 м штанги с муфтой в воздухе, Н
|
17,5
|
23,5
|
31,4
|
41,0
|
4т = 19 мм. Предельная глубина спуска насоса для этих условий 860 м.
Геометрические и весовые характеристики насосных штанг, необходимые для дальнейших расчетов, приведены в табл. 9.6.
РАСЧЕТ ПОТЕРЬ ХОДА ПЛУНЖЕРА И ДЛИНЫ ХОДА ПОЛИРОВАННОГО ШТОКА
При работе ШСНУ колонны штанг и труб периодически подвергаются упругим деформациям от веса жидкости, действующей на плунжер, кроме того, на колонну штанг действуют динамические нагрузки и силы трения, вследствие чего длина хода плунжера может существенно отличаться от длины хода полированного штока.
Режимы работы ШСНУ принято делить на статические и динамические по критерию динамического подобия (критерий Коши) цд = H/a, (9-44))
где а — скорость звука в штанговой колонне, м/с; со = 2лN — частота вращения вала кривошипа, с-1; Ln — длина колонны штанг, м.
При рд < 0,3—0,4 режим работы установки считается статическим, при больших рд — динамическим. Для статических режимов силы инерции не оказывают практического влияния на длину хода плунжера.
Для статического режима работы длину хода полированного штока вычисляют по следующей формуле:
5 = 5ПЛ 4 (9.45)
где X — Хшт 4 4р (9.46)
представляет собой сумму упругих деформаций штанг (А.шт) и труб (Утр), вызванные действием гидростатической нагрузки на плунжер и вычисляемые по следующим формулам:
^шт — ^ (ei//шт i)J (Рви — Рве u) Рпл^н/^*
|
(9.47)
|
Ятр = Овн - Рве ц) ^Lh/(£/tP).
|
(9.48)
|
где ег — доля длины штанг с площадью поперечного сечения /шт ,■ в общей длине штанговой колонны L„; f'rp — площадь попереч-
200
ного сечения по телу подъемных труб, м2; Е — модуль упругости материала штанг, Е = 2-105 МПа.
Если колонна насосно-компрессорных труб заякорена у насоса,
то Хтр = 0.
При динамическом режиме работы ШСНУ длину хода полированного штока можно определить по следующим формулам. Формула АзНИПИнефть
где т — коэффициент, учитывающий влияние силы энерции массы столба жидкости на упругие деформации штанг. Значения коэффициента т, рассчитанные А. Н. Адониным, приведены ниже.
Формула (9.49) справедлива при рд < 0,5.
Формула А. С. Вирновского для двухступенчатой колонны штанг, учитывающая вынужденные колебания последней, вызванные периодическим приложением и снятием нагрузки от веса жидкости
s = (5ПЛ + h) [cos Идгсоэ Рд|1 — sin I-sin идц/штп//шт1]. (9.50)
где рд I, п =<й([, п/а; hi—длины ступеней колонны с площадями штанг /ШТ1 и /штц соответственно. Для частного случая колонны штанг постоянного сечения (т. е. одноступенчатой) формула (9.50) переходит в формулу Л. С. Лейбензона