В большинстве случаев (при L •+ 1500 м) можно пользоваться более простой формулой статической теории или формулой Лейбензона. При малых числах качаний (до 6— 8 в минуту) можно опреде лять значение snjI по статической теории без учета фактора выиг-
рыша хода |
-j------^ |
■■J, т. е. с учетом только упругих удлинении |
насосных |
штанг и |
труб. |
В случае применения ступенчатой колонны насосных штанг общее удлинение X будет слагаться из удлинений отдельных сту пеней.
Принимая в данном случае (L = 1500 м) двухступенчатую ко лонну штанг — диаметром 22 (43%) и 19 мм (57%), общее удлинение
всей колонны определим |
по формуле [31] |
|
л |
Fплрі+ 2 |
(а -[- Ъх) м, |
Л— 104£/і |
|
|
где fx = 3,8 см2 — площадь поперечного сечения штанг диаметром
22 мм; /2 = |
2,83 см2 — то же, штанг диаметром 19 мм; |
а = 0,43 — |
||||||
доля длины |
штанг |
диаметром |
22 мм; Ъ = |
0,57 — то |
же, штанг |
|||
диаметром |
19 мм; |
/ |
3 8 |
= |
1,34. |
|
|
|
х = -}~ = — |
|
|
||||||
|
|
|
/ 2 |
2 , 0 0 |
|
значений |
найдем: |
|
После подстановки численных |
|
|||||||
|
X |
14,6 • 900 • 15002 |
(0,43 + 0,57-1,34) = 0,44 м. |
|||||
|
|
104 ■2,1 • 10« • 3,8 |
|
|
|
|
||
Задача |
34 |
|
|
|
|
|
|
|
Увеличение диаметра плунжера приводит к повышению произ водительности глубинного насоса только до определенного предела, так как одновременно с этим увеличиваются потери хода из-за упру гих деформаций насосных штанг и труб. Увеличение диаметра плун жера сверх этого предела при неизменных параметрах работы насоса (длина хода и число качаний) ведет к уменьшению производитель ности. Поэтому часто при использовании насоса малого диаметра можно получить большую производительность, чем при насосе боль шого диаметра при прочих равных условиях. Нагрузка же на штанги, станок-качалку и двигатель при этом уменьшается.
Для любой глубины спуска насоса существует некоторый пре дельный диаметр плунжера, при котором можно получить максималь ную производительность.
Максимальная производительность глубинного насоса может быть получена при таком диаметре плунжера, при котором потери хода от упругих деформаций равны половине хода сальникового штока [31].
Определим диаметр плунжера, обеспечивающего максимальную производительность насоса при следующих условиях его работы:
длина |
хода |
сальникового штока |
s = |
1,8 м; глубина установки |
насоса |
L = |
1000 м; расстояние от |
устья |
до динамического уровня |
182
ha = 950 м; плотность иефти р„ = 900 кг/м3; внутренний диаметр насосных труб dT = 62 мм; диаметр насосных штанг <2Ш= 19 мм.
В преобладающем большинстве случаев насосные трубы нахо дятся навесу (не заякорены). Для этих условий максимальная пло щадь сечения плунжера определяется по формуле
„ / |
s E |
10* . |
~\ \“ |
о |
F макс — |
~Г~\ |
1 |
||
^ |
( ■ |
й г + |
т г ) |
|
где Е = 2,1 • 10е кгс/см2 — модуль упругости для стали; |
/ш и /т — |
|||
площади живого сечения штанг и труб; |
|
|
||
^макс — ' |
1,8• 2,1 • 10« • 10* |
—50,5 см2, |
|
|
|
|
|
||
2 • 900 • 950 • 1000 |
2,83 ^ 11,7 |
) |
|
|
|
V |
|
||
откуда |
|
|
|
|
-Опл= ] / 4- ^--к?- = У |
= 8 см, |
или 80 мм. |
|
|
Следует принять ближайший |
стандартный диаметр |
плунжера |
||
— 82 мм. |
|
|
|
|
Если насосные трубы заякорены, то они не испытывают упругих деформаций. Поэтому формула для определения поперечного сечения плунжера, обеспечивающего максимальную производительность на
соса, будет |
иметь следующий впд: |
|
|
||
р» |
_ |
* £ /ш Ю* |
1,8 • 2,1 • 10« • 2 ■83 • 10* |
с о с |
_ а |
Р макс |
2р„Л д£, |
2 ■900 • 950 • 1000 |
° " ’° |
СМ ’ |
|
откуда |
|
|
|
|
|
|
= |
|
=8,9 см или 89 мм. |
||
Можно принять стандартный максимальный диаметр плунжераравным 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. Следовательно, при больших глубинах спуска насоса надо для сохранения произ водительности насоса при постоянном диаметре увеличивать длину хода сальникового штока.
Расчеты показывают, что область применения насосов больших диаметров при малой длине хода сальникового штока ограничи вается только небольшими глубинами спуска насоса. За пределами этих глубин большие упругие деформации не компенсируются при малой длине хода, что приводит к уменьшению подачи насосов.
183
22. Подбор основного глубиннонасосного оборудования и установление режимных параметров работы насоса
Задача 35
Подобрать тип станка-качалки, диаметр п тип насоса, диаметр насосных труб и штанг и установить режимные параметры насоса для следующих условий работы: дебит скважины Q = 36 т/сут; ллотность нефти р„ = 0,9 т/м3; глубина спуска насоса L = 1400 м;
0 , м }/ с у т
0 Пн=2д S0O W00 1500 WOO ■ Z500L,H
Рис. 55. Диаграмма АзНПН |
для выбора |
глу- |
биннонасосиого оборудования нормального |
ряда. |
|
Станкіі-качатш: 1 — СКН2-6І5; |
2 — СКНЗ-9І5; |
3 — |
СКН5-1812: 4 — CKHlO-2115 |
|
|
.динамический уровень находится у приема насоса; коэффициент подачи насосной установки р =0, 7.
Задачу решим сначала графическим методом при помощи диа граммы АзНИИ (А. Н. Адонина), а затем аналитическим методом.
По диаграмме АзНИИ (рис. 55) для получения производитель-
36
ности насоса Q = 36 т/сут или — = 40 м3/сут при коэффициенте
подачи г; = 0,7 и глубине установки L = 1400 м рекомендуется станок-качалка СКН10-2115 (находится пересечением проекций то чек дебита и глубины спуска насоса). Это же пересечение проекций
определяет диаметр плунжера насоса Dm = |
43 мм Ч |
Тип насоса выбирают в зависимости от |
глубины его работы:1 |
1 Для выбора нового глубшшонасоспого оборудования (ГОСТ 5866—66) необходимо пользоваться диаграммой, изображенной па рнс. 56.
184
при глубине более 1200 м следует применять вставные насосы. Для заданной глубины принимаем насос НГВ-1.
Диаметр насосных труб зависит от типа и диаметра насоса. Для насоса НГВ-1 диаметром 43 мм требуются 62-мм насосные трубы.
Диаметр насосных штанг и группа прочности стали зависят от диаметра насоса и глубины его работы. В заданных условиях (£>пл — = 43 мм, L = 1400 м) следует принять штанги d — 22 мм, но для облегчения их собственного веса лучше взять двухступенчатую колонну насосных штанг. Для штанг из углеродистой стали 40У процентное количество штанг верхней ступени равно диаметру плунжера в мм. Для штанг из стали других групп прочности длину ступеней находят по специальным таблицам [1]. В данном случае
надо взять штанги |
d = 22 мм, длиной 1400-0,43 = |
602 м и штанги |
d = 19 мм, длиной |
798 м. |
балансира 1,2* |
Станок-качалка |
СКН10-2115 имеет ход головки |
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.
В скважинах с ограниченным дебитом оптимальный режим уста навливают на основе предельно допускаемого дебита или забойного давления.
В скважинах с неограниченным дебитом (скважины малодебит ные и скважины, эксплуатирующие пласты с обводнением более 80%) отбор жидкости определяется в первом случае потенциальными возможностями пласта, а во втором — мощностью имеющегося на скважине оборудования.
Практически проще всего необходимый режим работы скважины устанавливают путем подбора параметров насосной установки (длины хода и числа качаний) по диаграмме АзНИИ.
Чтобы обеспечить спокойную продолжительную работу станкакачалки, следует для получения заданного дебита Q = 40 м3/сут принять максимальную длину хода и найти по диаграмме АзНИИ (см. рис. 55) максимальную производительность насоса диаметром 43 мм, которая может быть получена при работе станка-качалки на максимальных параметрах (s = 2,1 м и га = 15 качаний в минуту). Для этого надо точку пересечения вертикальной проекции глубины спуска насоса с верхней пунктирной линией насоса диаметром 43 мм снести на вертикальную ось. Найдем @макс = 50 м3/сут.
Необходимое для получения заданного дебита число качаний при s = 2,1 м будет
Q |
і г 4 0 |
л о |
V |
п = ?гмакс7г-----= |
15 -г- = |
12 качании в минуту . |
|
ч/макс |
5U |
|
|
Для получения этого числа качаний надо установить на быстро ходном электродвигателе стандартный шкив диаметром 240 мм.
Аналитический-метод решений этой задачи состоит в определении для принятого типа станка-качалки диаметра плунжера Dnn, длины хода сальникового штока s и числа качаний п. Тип станка-качалки
185
Q , f i 3/ c y r r
можно выбрать и позже, после определения DnJI, s, п и величины нагрузки на головку балансира.
В дальнейшем при выборе оптимального режима работы насоса будем исходить из условия получения минимальных напряжений в штангах, а следовательно, и минимальной нагрузки на головку балансира с последующей проверкой прочности штанг на разрыв и выносливость (частотность обрыва).
Для указанного выше условия — минимума напряжений в штан гах — основные параметры работы насоса (при коэффициенте по
дачи ц |
= |
0,7 |
и плотности нефти рн = 900 кг/м3) находятся между |
|||
собой |
в |
следующей |
зависимости [31]: |
|
||
|
|
|
|
п = |
|
(1) |
|
|
|
|
Ліл = 0,29 У Qngcp , |
(2) |
|
гДе Яср — средний вес 1 м принятых |
двухступенчатых |
штанг диа |
||||
метром |
22 и |
19 мм; |
3,14 -43 + 2,35 -57 |
|
|
|
|
|
|
7ср |
= 2,69 кгс/м. |
|
|
|
|
|
100 |
|
||
Для определения наивыгоднейшего режима, соответствующего минимальному напряжению в штангах, возьмем ряд возможных режимов. Для этого вначале задаемся для принятого типа станкакачалки СКН-10-2115 возможными значениями s и находим по пер вой формуле соответствующие им значения п.
Площадь сечения плунжера |
Рпл находим для принятых значений |
s и вычисленных 'значений п из |
формулы производительности насоса: |
|
' FП Л ----- |
11Q |
СМ2, |
|
|
|
s n |
|
|||
|
|
|
|
||
где Q — производительность насоса в м3/сут. |
|
||||
Рис. 56. Диаграмма для |
выбора нового |
глубиннонасосного |
оборудования |
||
|
(ГОСТ 5866-66) |
|
|||
Обозначение |
Станок-качалка |
Максимальное |
|||
число качаний |
|||||
|
|
|
|
||
1 |
1СК-1,5-0,42-100 |
15 |
|||
2 |
2CK-2-0.6-250 |
|
іо |
||
3 |
ЗСК-З-0,75-400 |
15 |
|||
4 |
4СК-3-1.2-700 |
|
|||
6 |
5СК-6-1,5-1600 |
14 |
|||
6 |
6СК-6-2,1-2500 |
||||
7 |
7CK-12-2,5-4000 |
13 |
|||
8 |
7СК-12-2,5-6000 |
13 |
|||
9 |
7СК-8-3,5-4000 |
11 |
|||
10 |
7СК-8-3,5-6000 |
11 |
|||
11 |
8СК-12-3,5-8000 |
11 |
|||
12 |
9СК-20-4,2-12000 |
10 |
|||
13 |
9СК-15-0-12000 |
8 |
|||
Цифры в нружках на диаграммах обозначают диаметр насоса в мм.
а — базовые модели станков-началок; б — модифицированные модели станков-качалок.
187
По площади плунжера находим его диаметр:
Dr _ \ [
1 У 0.7S5
Затем задаемся стандартными значениями п и находим по фор муле (2) соответствующие им значения Fun. Из формулы производи тельности насоса па основе вычисленных значений ,^пл и принятых
значении п |
находим s = |
И Q . |
|
|
Результаты вычислений |
* ПЛ^ |
табл. 42. |
|
|
сведем в |
Т а б л и ц а 42 |
|||
|
При стандартных значениях s |
|||
|
|
|||
Лі режима |
S , м |
V |
^плсм= |
•°плга1 |
1 |
1,2 |
19,1 |
19,2 |
4,95 |
2 |
1,5 |
16,5 |
17,8 |
4,75 |
3 |
1,8 |
14,6 |
16,8 |
4,62 |
4 |
2,1 |
13,2 |
15,8 |
4,48 |
|
При стандартных значениях п |
|
||
ЭЛ режима |
п |
S, м |
^п л . СЫІ |
°п л - см |
5 |
9 |
5,35 |
9,15 |
3,41 |
6 |
12 |
3,49 |
10,5 |
3,65 |
7 |
15 |
2,48 |
11,8 |
3,87 |
Из этой таблицы видно, что удовлетворяющими заданным усло виям являются режимы 3-й и 4-й, так как только при этих режимах s и п находятся в возможных для станка-качалки СНК10-2115 пре делах.
Для выбора самого выгодного режима определим для 3-го и 4-го режимов максимальные значения нагрузок в точке подвески штанг по формуле
а » , с - ^ + И срі(бн -щ г).
где Ъ— коэффициент потери веса штанг в жидкости, который равен
рш—Рн _ |
7850—900 _ 0,885; рш = |
7850 кг/м3 — плотность мате- |
Рш |
785U |
|
риала насосных штанг (стали); |
— фактор динамичности. |
|
Для |
3-го режима |
|
пШ |
16,8 • 900 • 1400 |
2,09-1400 (0,885 |
-LМЯК* |
104 |
|
|
|
= 6440 кгс (63 кН).
1,8 ■14,62 \
1440 )
188