книги / Расчёты в добыче нефти.-1
.pdfО п р е д е л я е м м е с т о у с т а н о в к и п е р в о г о к л а п а н а
и |
= йст + |
рg |
--Й - - 2 0 |
= 800 + |
|
|
|
D2 |
|
||
|
4 .6 - 10е |
0,0622 |
— 20 = |
869 м. |
|
+ |
- 900-9,81 |
0,152 |
Для определения места установки второго клапана воспользуемся номограммой (рис. V.6), по которой находим максимальный пере пад давления на уровне первого клапана. Он же будет и закры вающим перепадом давления первого клапана. Из точки 869 м на верхней горизонтальной оси номограммы опускаем вертикаль до кривой V = 500 м3/ч. Полученная точка оказалась ниже гори зонтальной штрихпунктирной линии, соответствующей пусковому давлению 4,6 МПа. В связи с этим для клапанов У-1-М необходимо не доходя до этой точки повернуть вправо от пересечения вер тикали со штрихпунктирной линией пускового давления 4,6 МПа (точка а) и найти точку пересечения этой линии с кривой пуско вого давления 4,6 МПа (точка б). Далее ведем наклонную линию влево вниз и на оси абсцисс находим точку в, соответствующую перепаду 3,65 МПа. Следовательно, закрывающий перепад давле
ния |
Дрх = |
3,65 МПа. |
|
Глубину |
установки второго клапана определим по формуле |
||
^ |
= ^ |
+ ^ - Ю |
= 869 + ^ § ^ - 10 = 1272 н. |
Закрывающий перепад давления второго клапана находим аналогично по той же номограмме. В данном случае вертикаль из точки 1272 м на верхней горизонтальной оси опущена до пере сечения с кривой V = 500 м3/ч. Находим Ар2 = 2,95 МПа.
Глубина установки третьего клапана
JLQ— Д |
Др3 |
- |
1 0 = 1272 + |
2,95.10е |
- 1 0 = 1597 М. |
|
Pg |
|
|
900-9,81 |
|
Учитывая, что L 3 = 1597 м > 1500 м, ограничимся двумя клапанами.
Однако следует отметить, что расчет пусковых клапанов воз можен по указанной формуле и номограмме до тех пор, пока спра ведливо неравенство
LK hcr +
Рпуск
pg ’
т. е. пока в процессе пуска скважины р3 > рпл и, следовательно, отсутствует приток жидкости из пласта.
91
В д а н н о м с л у ч а е |
мы и м еем |
U = 1 5 9 7 > Аст + |
= 800 + 940’06 91081 = 1322 “ • |
а поэтому местоположение третьего клапана по номограмме найти нельзя. Следовательно, закрывающий перепад давления Дрг следует находить по формуле
Л ' |
L 2 |
л г irv6 |
о о |
1 Аб 1272 |
|
Д/?2 — Рпуск Р1 ~£ |
— 4,6 •10 |
2,8• |
10 |
jgQQ — |
|
--=2,22-10е Па. |
|
|
|
|
|
Глубину |
установки |
третьего |
клапана |
определим пересчетом |
по вновь найденному значению закрывающего перепада давления
г' |
г . |
1Л |
1070 , |
2,22-10® |
1П |
1C1Q |
1 з = |
/'г + ~ р Г ~ |
1 0 = |
1272 + |
900-9,81 |
~ 10 = |
1513 “ • |
Третий клапан оказался немного ниже башмака подъемной колонны.
В связи с тем, что рабочее давление уменьшится на величину перепада давления в клапане, третий клапан от расчетной глу бины 1513 м следует приподнять примерно на 20 м (до 1493 м).
При наличии в струе жидкости песка хвостовик опускают ниже башмака подъемной колонны до фильтра, а при отсутствии песка спускают хвостовик длиной 30—40 м для устранения пуль сации скважины.
Для более равномерной нагрузки на клапаны второй клапан также рекомендуется приподнять в данном случае примерно на 10 м (до 1262 м).
После перестановки клапанов следует внести поправки на закрывающие перепады давлений, которые будут равны
Др[ = |
pg{L2 - |
Li) + |
105 = |
900-9,81 (1262 - |
869) + |
10Б = |
= 3,5710е Па; |
|
|
|
|
||
bp2 = |
pg(L3 - L i ) + |
105 = |
9 0 0 -9 ,8 Ь (1 4 9 3 - |
1 262)+ 105 = |
||
= 2 ,1 4 -10е Па; |
|
|
|
|
||
ДР; = |
p g ( L - |
Q + |
Ю5 = |
900-9,81 (1500 - |
1493) + |
10б = |
=0 ,1 6 -10е Па.
9.ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГАЗОВЫХ СКВАЖИН
Задача 47. Дебит газовой скважины Q = 250 -103 м3/сут; за бойное давление р3 = 9,7 МПа; пластовая температура Т = = 305 К. Требуется определить диаметр подъемных труб.
92
При номинальной скорости газового потока в подъемных тру бах 10 м/с, которая обеспечивает вынос воды, конденсата и меха нических примесей, диаметр фонтанных труб находят по формуле
(V.23)
где Q — дебит скважины, тыс. м3/сут (в нормальных условиях); Т — пластовая температура, К; р3 — забойное давление, Па; z — коэффициент сжимаемости газа, принимаем z = 1.
Подставляя значения величин в формулу (V.23), находим внутренний диаметр фонтанных труб
Принимаем по ГОСТ 3845—75 трубы с условным диаметром 73 мм. В случае, если вследствие изменения условий притока газа к сква жине эти трубы не обеспечат получение заданного дебита, а также в целях уменьшения гидравлических потерь на трение, можно применить одновременную эксплуатацию скважины по фонтанным трубам и затрубному пространству.
Задача 48. Определить [максимально возможный дебит газо вой скважины (пропускную способность) при отборе газа через фонтанные трубы и через обсадную колонну.
Исходные данные: внутренний диаметр фонтанных труб d =
— 62 мм (площадь сечения / = 0,00302 м2); диаметр обсадной колонны D = 127 мм (площадь сечения F = 0,0128 м2); глубина скважины Н = 1000 м; забойное давление р3 = 10 МПа; темпе ратура газа на устье Т = 300 К.
Максимальный дебит может быть при критической скорости газа в трубах на устье при давлении 0,1 МПа. Критическая ско рость газа определяется по формуле
шкр = 3 , 3 3 V R T , м / с , |
(V.24) |
где R — универсальная газовая постоянная, равная 51,5. |
|
По формуле (V.24) имеем |
|
шкр= 3 ,33/ 51,5 -300 = 415 |
м/с. |
Максимальный суточный дебит газа при отборе его через фонтанные трубы равен
<2Ф= wKpf86400 = 86400 -415 -0,00302= 108300 м8/сут.
9 3
Максимальный суточный дебит газа при отборе его через эксплуатационную колонну
Q3кс = 86 400t<yKpF = 86 400-415-0,0128 = 4 5 8 -103 м3/сут.
Задача 49. Рассчитать для газовой скважины диаметр штуцера,
если |
дебит скважины |
Q = 25 0 -103 м3/сут, а давление |
на устье |
ру = |
9 МПа. |
|
|
Диаметр штуцера определяется по формуле |
|
||
d = 83,4 Y Q/M-Fy, |
мм, |
(V.25) |
где р — коэффициент расхода, равный 0,96. Подставив в формулу (V.25) данные, получим
d = 8 3 ,4 2 5 0 0 - 103/0,96 - 9 * 10е = 14,2 мм.
VI. ЭКСПЛУАТАЦИЯ СКВАЖИН ШТАНГОВЫМИ НАСОСАМИ
О ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОДАЧИ И ПАРАМЕТРОВ РАБОТЫ ШТАНГОВОГО НАСОСА
Задача 50. Подача |
глубиннонасосной установки |
опреде |
|||
ляется |
по следующей |
формуле: |
|
||
Q = |
1440 |
^бпрт], |
т/сут, |
(VI. 1) |
|
где 1440 — число |
минут |
в сутках; D — диаметр плунжера на |
соса, м; S6 — длина хода головки балансира (сальникового штока), м; п — число качаний (двойных ходов) в минуту; р — относитель ная плотность жидкости; т] — коэффициент подачи насосной уста новки.
Формула (VIЛ) связывает пять переменных параметров, из которых можно определить любой при известных четырех других.
Для ускорения и облегчения расчетов по определению подачи штанговых насосов можно пользоваться специальной таблицей (см. прил. 5) или номограммой Иванова (рис. VI. 1), перестроен ной для стандартных диаметров насосов и длин хода сальникового штока в соответствии с ГОСТ 5866—76 на станки-качалки. На практике чаще всего приходится определять Q, D и rj, при этом произведение длины хода сальникового штока 5 на число качаний в минуту п принимают таким, чтобы оно не выходило из пределов, указанных в технических характеристиках станков-качалок. Сле дует ориентироваться на S max, при котором Sri изменяется от 22,5
до |
4,5, что соответствует скорости движения плунжера 0,75 — |
1,5 |
м/с. |
Определим по номограмме (см. рис. VI. 1) фактическую подачу насоса <2Ф при следующих условиях: D = 68 мм, 5 = 1,8 м, п = 15, г| = 0,75 и р = 900 кг/м3. Для этого на левой ветви оси абсцисс найдем точку, соответствующую заданному значению п, затем проведем вертикаль вверх до значения S, а из полученной точки проведем горизонталь вправо до пересечения с лучом D, после чего опустим вертикаль до луча ц в четвертом квадранте и, наконец, проведем горизонталь влево до оси ординат, где и най дем фактическую подачу @ф = 105 м3/сут или 95 т/сут.
Для определения диаметра плунжера D (при известных п, S, QT и т]) берем точку фактической подачи в нижней части оси орди нат и точку числа качаний п в левой половине оси абсцисс и про ектируем их — первую вправо до пересечения с линией заданного
95
увеличить 5 и только при отсутствии такой возможности увели чить п.
При известных п, S, D и Q по номограмме можно определить коэффициент подачи насосной установки т).
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПОДАЧИ НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ
Определение коэффициента подачи насоса, учитывающего упру гие удлинения насосных труб и штанг, требует длительных расче тов. Для облегчения и ускорения расчетов можно пользоваться номограммами1 (рис. V I.2, V I.3), построенными с использованием следующих формул.
Рис. V I.2. Номограмма для определения коэффициента подачи насоса тц
1. Коэффициента подачи, учитывающего упругие удлинения
насосных труб и штанг от действия статических сил, |
|
||||
т ц = 1 |
Ю6ЯжЕ / у |
1 , |
J _ |
(V1-2) |
|
S6E |
/ш ^ |
/т |
|||
|
|
1 З у б к о в Н. В. Номограмма для определения коэффициента наполне ния глубинного насоса. — «Нефть и газ», 1969, № 7, с. 34— 37.
4 А . М. Юрчук |
97 |
2. Коэффициента подачи, учитывающего выигрыш хода за счет инерционных сил,
rj.2 = 225L2/22/1012. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(V I.3) |
|||
Общий коэффициент подачи 11 = |
1 1! + |
т]2. |
|
|
|
|
|
|
||||||
В формулах |
(V I.2), |
(V I.3) |
L — глубина |
спуска насоса, |
м; |
|||||||||
5 — длина хода |
головки |
балансира, |
м; п — число |
ходов |
насоса |
|||||||||
|
|
|
в |
минуту; |
Рж — вес |
|
столба |
|||||||
|
|
|
жидкости |
над плунжером |
на |
|||||||||
|
|
|
соса, |
Н; /ш— сечение насосных |
||||||||||
|
|
|
штанг, |
см2; |
/т — площадь |
се |
||||||||
|
|
|
чения |
насосных труб, |
см2; Е — |
|||||||||
|
|
|
модуль |
упругости металла, Па; |
||||||||||
|
|
|
21//ш — сумма |
значений |
1//ш |
|||||||||
|
|
|
для ступенчатой |
колонны |
на |
|||||||||
|
|
|
сосных |
штанг. |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
Номограммы |
на рис. V I.2, |
|||||||||
|
|
|
V I.3 дают возможность опреде |
|||||||||||
|
|
|
лять |
отдельно значения |
и ri2. |
|||||||||
|
|
|
Номограмма |
на |
рис. V I.2 |
по |
||||||||
|
|
|
строена |
|
следующим |
образом: |
||||||||
|
|
|
на оси абсцисс квадранта I |
|||||||||||
|
|
|
отложены значения 1//ш. В ква |
|||||||||||
|
|
|
дранте I |
|
нанесены |
линии, соот |
||||||||
|
|
|
ветствующие разным диаметрам |
|||||||||||
|
|
|
насосных |
труб, |
а |
в квадранте |
||||||||
|
|
|
II — величинам |
Р ж; |
в |
квад |
||||||||
Рис. V I.3. Номограмма для определе |
ранте |
III |
приведены |
значения |
||||||||||
S 6 и |
в |
квадранте |
IV — вели |
|||||||||||
ния коэффициента |
подачи насоса т]2 |
|||||||||||||
|
|
|
чины L |
и %. |
|
|
|
|
|
Вномограмме на рис. V I.3 нанесены значения п и L для опре деления iia-
Вслучае применения ступенчатой колонны штанг необходимо
вычислить среднюю площадь сечения штанг |
/ср и найти 1//ср. |
|
Вес жидкости определяется по формуле |
|
|
Р» = |
0 > т - Р ,) Г + Е О ,р |
(VI.4) |
или |
|
|
Рж = |
КРжё?, |
(V I.5) |
где /?т — давление жидкости в насосных трубах над плунжером, Па; р u — давление всасывания насоса, Па; F — площадь сечения
плунжера насоса, м2; S< J TP — сумма сил гидравлического трения в трубах и трения плунжера в цилиндре насоса, Н; /гд — глубина до динамического уровня, м; рж — плотность жидкости, кг/м3.
Задана 51. Определить % и т]2 и общий коэффициент подачи насосной установки ц, работающей в следующих условиях: глу бина спуска насоса L = 1500 м; глубина скважины Н = 1600 м;
98
диаметр насоса Dn = 32 мм; диаметр насосных штанг dm = 19 мм; внутренний диаметр насосных труб dT = 50,3 мм; забойное давле ние р3 = 3 МПа; плотность жидкости рж = 850 кг/м3; процентное содержание воды пъ = 25%; длина хода головки балансира S 6 =
=1,8 м; число ходов в минуту п = 10.
Выполним сначала предварительные вычисления. Плотность жидкости
рж = 8 5 0 -0 ,7 5 + 1000-0,25 = 887 кг/м3.
Расстояние до динамического уровня
* * - ■ н - 7 ^ |
= 1600 — ® $ s r - |
1255 |
“ ■ |
|
|
|
||
Вес жидкости |
по формуле (V I.5) |
|
|
|
|
|
||
Лк = |
/ 1 д Р ж £ ^ = 1255-887-9,81 ^ °-3-2^-3' 14= |
8 ,8 -Ю3 Н. |
|
|||||
Для |
насосных |
штанг |
диаметром |
19 мм |
1//ш = |
0,352. |
На |
|
рис. V I.2 |
она обозначена |
на оси абсцисс точкой |
а. |
Далее |
для |
определения величины % проводим из точки а вертикаль до пере сечения с линией диаметра насосных труб (точка Ь), затем гори
зонталь влево до пересечения с линией Рж = 8,8 |
кН. Из |
этой |
||
точки проводим вертикаль вниз до пересечения |
с |
линией |
S 6 = |
|
= 1,8 м в квадранте |
III (точка d) и горизонталь |
вправо до пере |
||
сечения с линией L = |
1500 м в квадранте IV (точка е). Вертикаль, |
проведенная из точки е вниз, определит точку k , которая соответ
ствует значению |
= 0,82. |
Зная п и L, по номограмме (см. рис. V I.3) находим г)2 = 0,05. Общий коэффициент подачи
т) ■= “Hi + Лз = 0,82 + 0,05 = 0,87.
Упругие удлинения насосных труб и штанг Яуд = s6(l - 1 1, ) = 1,8(1 - 0 ,8 2 ) = 0,324 м.
Увеличение длины хода плунжера за счет инерционных сил
= 5 бт]а = 1,8-0,05 = 0,09.
3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛУБИНЫ ПОГРУЖЕНИЯ НАСОСА ПОД ДИНАМИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ
Задача 52. Рассчитать минимальное погружение насоса под динамический уровень без учета влияния газа при следующих условиях работы: диаметр плунжера насоса D = 56 мм; клапаны одинарные, нормального исполнения, открытого типа; диаметр отверстия в седле всасывающего клапана d0 = 26 мм; длина хода сальникового штока 5 = 1,8 м; число качаний в минуту п = 10; кинематическая вязкость нефти v = 1СГб ма/с; упругость паров
4* |
99 |
откачиваемой нефти ру = 35 кПа; плотность нефти р = 860 кг/м3; атмосферное давление рат = 0,1 МПа.
Минимальное погружение насоса под динамический уровень
hн min |
Ру |
Рат_ |
I |
_|____ J____F 2 |
( S n ) * |
(VI.6) |
|
Р£ |
g |
||||||
|
pg |
‘ 2 |
' 729(Х2 д* |
|
где F — площадь сечения плунжера, м2; fQ— площадь сечения отверстия в седле всасывающего клапана, м2; р — коэффициент расхода, характеризующий пропускную способность клапана и являющийся функцией числа Рейнольдса; значение р находят по графику (рис. V I.4).
Рис. V I.4. График для определения коэффициента рас хода для различных клапанов штанговых насосов
|
Клапаны: 1 — завода им. Дзержинского; |
2 — нормального |
|
исполнения; 3 — закрытого типа |
|
Число |
Рейнольдса |
|
Re = |
d0v/v, |
(VI.7) |
где v — максимальная скорость жидкости в седле клапана, м/с:
v
F |
nnS |
D2 nnS |
( |
0,056 |
\ 2 |
3 , 1 4 - 10-1,8 |
л 07 |
м/с. |
/о ' |
60 |
60 |
V |
0,026 |
) |
60 |
~ 4,d/ |
По формуле (V I.7) получим
Re = 0,026 - 4,37/10-5 = 11 350.
По кривой р = / (Re) (см. рис. V I.4) для одинарных клапанов нормального исполнения открытого типа находим р = 0,27. Следовательно, по формуле (V I.6)
и |
_ |
35-Ю3 |
ю5 |
, |
1,8 , |
п н т ш |
|
860-9,81 |
860-9,81 |
' |
2 |
1 |
/ 0,056 \4 |
(1,8-Ю)2 |
= 6,62 м. |
+ 729-0,272 |
\ 0,026 ) |
9,81 |
Таким образом, при погружении насоса более чем на 6,62 м будет обеспечено условие, необходимое для поступления жидкости в цилиндр насоса.
100