книги из ГПНТБ / Юрчук, А. М. Расчеты в добыче нефти учеб. пособие

от точки 475 на оси абсцисс проводим вертикаль по линии L = 900 м и поворачиваем влево. На оси ординат получаем приближенное значение избыточного давления у башмака р г — 10 кгс/см2. Дебит скважины определяем по уравнению притока, принимая рза6 = рр.

е = *(р„л-Ла«0 = 5(28 -Ю ) = 9О т/сут.

Принимаем стандартный внутренний диаметр трубы d = 7,6 см. Суточный расход нагнетаемого газа с учетом поправочного коэф­ фициента на 76-мм трубы, равного 0,912, составит Ѵи= 400- 90-0,912 —

= 32830 м3/сут.

Поправочный коэффициент 0,912 введен потому, что графики зависимости менаду давлением у башмака и удельным расходом газа, которыми мы пользовались, составлены для 62-мм труб, а мы при­ няли диаметр подъемника равным 76 мм. Для 50,3-мм подъемных труб поправочный коэффициент будет 1,2, а для 100,3-мм труб —0,8.

17. Расчет пусковых давлений компрессорных подъемников

Задача 28

Величина пускового давления компрессорного подъемника зави­ сит от конструкции и системы подъемника, от высоты статического уровня жидкости в скважине, а также от проницаемости пласта

итемпа продавливания жидкости в скважину в пусковой период. Определим величину пускового давления для двух- и одноряд­

ной конструкции кольцевой системы и для центральной системы подъемника в условиях отсутствия и наличия поглощения жидкости пластом и различной высоты статического уровня в скважине.

Данные по скважине: внутренний диаметр эксплуатационной колонны D = 150 мм; внутренний диаметр наружного ряда подъем­

Для двухили полуторарядной конструкции кольцевой системы при отсутствии поглощения жидкости пластом (что возможно при

170

быстром продавливании жидкости и очень плохой проницаемости пласта) необходимое пусковое давление находим по формуле

_ ^стРн____ ^ ___

.Рпуск— -to D Z — d ^ + d * ’

где глубина погружения подъемных труб под статический уровень

h'cr = L — hcr= 1000 — 600 = 400 м;

Для однорядной конструкции кольцевой системы при диаметре подъемных труб d = 62 мм и отсутствии поглощения жидкости пластом

При полном поглощении пластом всей жидкости, вытесняемой из кольцевого пространства между эксплуатационной колонной и подъемными трубами (случай маловероятный, возможный при медленном продавливании жидкости в скважину и хорошей прони­ цаемости пласта), пусковое давление будет зависеть только от глу­ бины погружения подъемных труб под статический уровень:

А ,у ск = “ 3 6 КГС/СМ 2 ( 3 ’ 5 3 М П а ) *

При частичном поглощении жидкости пластом (наиболее реаль­ ный в практике случай) в правую часть формулы следует вводить сомножителем коэффициент /ссн, учитывающий снижение столба жидкости, вытесняемой в подъемные трубы вследствие поглощения ее пластом. Значения этого коэффициента могут колебаться в широ­ ких пределах (от нуля до единицы), и они могут быть определены в каждом отдельном случае только опытным путем. Поэтому пуско­ вые давления рассчитывают обычно без учета поглощения, что при­ водит к завышению расчетного пускового давления и увеличению запаса мощности компрессорных агрегатов.

При пуске в работу компрессорных скважин, оборудованных однорядным подъемником кольцевой системы, и при высоких стати­ ческих уровнях жидкости возможны случаи, когда не потребуется высокое пусковое давление, определенное расчетом. Тогда вытесня­ емая из кольцевого пространства жидкость поднимается в подъем­ ных трубах до устья скважины раньше, чем весь столб жидкости будет оттеснен до башмака подъемника. Максимально возможное пусковое давление при этом будет равно гидростатическому

171

давлению столба жидкости в подъемных трубах, т. е. в заданных условиях

Из полученных результатов видно, что наименьшее пусковое давление будет при полном поглощении жидкости пластом, затем при подъемнике центральной системы и двухрядном подъемнике кольцевой системы.

18. Определение коэффициента иодачн насосной установки 1

Определение коэффициента подачи насоса, учитывающего упру­ гие удлинения насосных труб п штанг, требует длительных

Рис. 53. Номограмма для определения коэффициента подачи насоса гц

расчетов. Для облегчения и ускорения расчетов можно пользоваться номограммами (рис. 53 и 54), построенными по формулам:

1 Н. В. 3 у б к о D. Номограмма для определения коэффициента напол­ нения глубинного насоса. «Нефть н газ», 1969, № 7, с. 34—37.

172

коэффициента подачи, учитывающего упругие удлинения насос­ ных труб и штанг от действия статических сил,

Ржѣ

ч.-*+^s6 Eг(2 ѵ +т)!

коэффициента подачи, учитывающего выигрыш хода за счет инерционных сил,

квадранта I находятся значения 4—. В квадранте I нанесены линии, 7іП

соответствующие разным диаметрам насосных труб. В квадранте II

173

плунжера насоса в см2; 2 GTp — сумма сил гидравлического трения в трубах и трения плунжера в цилиндре насоса в кгс; /ід — глубина до динамического уровня в м; рж — относительная плотность жид­ кости.

Задача 29

Определить ц ц ц 2 и общий коэффициент подачи насосной уста­ новки т], работающей в следующих условиях: глубина спуска насоса

(см. рис. 53) равна 0,352 (точка а). Проводим из точки а вертикаль до пересечения с линией диаметра насосных труб (точка Ь), затем горизонталь влево до пересечения с линией />ж = 902 кгс (точка с). Из этой точки проводим вертикаль вниз до пересечения с линией s6 = 1,8 в квадранте III (точка d) и горизонталь вправо до пересе­ чения с линией L = 1500 м в квадранте IV (точка е). Точка К верти­ кали, проведенной из точки е вниз, определит значение т) і = 0,825.

Упругие удлинения насосных труб и штанг

%= s6(1 — цх) = 1,8 (1,0-0,825) = 0,315 м.

Увеличение длины хода плунжера за счет инерционных сил

“кі — Sß ( 1 'Чг)— s6—1,8(1 -f- 0,05) —1,8 — 0,09 м.

174

19. Определение глубины погружения насоса под динамический уровень

Движение жидкости через всасывающие клапаны глубинного штангового насоса сопровождается некоторой потерей напора.

Для насосов, погруженных под уровень жидкости на большую глубину, потеря напора в клапане не имеет существенного значения, так как напор под клапанами в несколько раз превышает эту потерю напора. Но в тех случаях, когда погружение насоса под уровень сравнительно невелико, а также при откачке вязкой жидкости вопрос о сопротивлениях во всасывающих клапанах и о минимальной глубине погружения насоса имеет существенное значение.

Кроме того, в скважинах, дающих вместе с нефтью большое количество газа, обычным средством против вредного влияния газа на производительность насоса является увеличение погружения насоса под динамический уровень. При этом исходят из того, что чем больше погружение, тем большая часть газа в нефти находится в растворенном состоянии, тем меньше вредное действие газа, выше производительность и коэффициент подачи насосной установки.

Однако с повышением глубины погружения иасоса под динамиче­ ский уровень замедляется темп роста коэффициента подачи из-за влияния газа и одновременно увеличиваются упругие удлинения насосных штанг и труб. В результате этого наступает момент, когда дальнейшее увеличение глубины погружения насоса влечет за со­ бой снижение коэффициента подачи и производительности насоса. Поэтому в таких случаях требуется определить с учетом обоих факторов (влияния газа и удлинения насосных штанг и труб) раци­ ональную глубину погружения насоса, при которой получается наи­ более высокий коэффициент подачи.

Задача 30

Рассчитать минимальное погружение насоса под динамический уровень без учета влияния газа при следующих условиях работы: диаметр плунжера насоса D = 56 мм; клапаны одинарные, нормаль­ ного исполнения, открытого типа; диаметр отверстия в седле всасы­

где F — площадь сечения плунжера в см2; /0 — площадь сечения отверстия в седле всасывающего клапана в см2; р. — коэффициент расхода, характеризующий пропускную способность клапана и явля­ ющийся функцией числа Рейнольдса; значение р находят по графику рис. 54а.

175

По кривой |т = / (Re) (см. рис. 54а) для одинарных клапанов, нормального исполнения, открытого типа находим ц = 0,27. Следо­ вательно,

Таким образом, при погружении насоса более нем на 6,7 м будет обесценено условие, необходимое для поступления жидкости в ци­ линдр насоса.

Потери напора в одинарном всасывающем клапане нормального исполнения, как видно из этого примера, являются основной состав­ ляющей величиной /ін мнн . Они резко увеличиваются в насосах малого диаметра и с двойными всасывающими клапанами. Поэтому в целях сравнения определим для тех же условий (s, п, ѵ, ру, рн)

Рис. 54а. Графическое определение коэффициента расхода для различных клапанов штанговых насосов:

1 — клапаны завода им. Д зерж инского; 2 — клапаны нормаль­ ного исполнения открытого типа; 3 — то ж е закрытого типа

минимальное погружение под динамический уровень насоса диамет­ ром D = 32 мм с двумя всасывающими клапанами нормального исполнения, открытого типа с отверстиями в седлах d0 = 14 мм.

Максимальная скорость жидкости в седле клапана

По кривой р — f (Re) находим ц = 0,23.

176

Ввиду отсутствия данных о коэффициенте расхода двух после­ довательно расположенных всасывающих клапанов примем, что сопротивление этих клапанов вдвое больше сопротивления одного клапана. Следовательно,

В этом случае нормальная работа насоса будет обеспечена при

Задача 31

Определить с учетом влияния газа и упругих удлинений насос­ ных штанг рациональную глубину погружения насоса под динами­ ческий уровень, при которой насосная установка будет работать с наиболее высоким коэффициентом подачи.

Исходные данные: глубина скважины Н = 1500 м; внутренний диаметр эксплуатационной колонны D = 150 мм; диаметр плунжера насоса Dn„ = 28 мм; наружный диаметр вставного насоса Da = = 46 мм; расстояние от устья до динамического уровня hA = 890 м; длина хода сальникового штока s = 1,8 м; относительная величина

насосных штанг двухступенчатая, диаметром 22 (28%) и 19 мм (72%). При сепарации в газовом якоре 80% поступающего в скважину

Для полного устранения влияния свободного газа на наполнение насоса (когда т]Р. с = 1) необходимо весь газ перевести в раство­ ренное состояние. Для этого потребуется давление

P = ^ - = W = 286 кгс/см2

или погружение насоса под динамический уровень на

Учитывая, что при ограниченной глубине скважины такое погру­ жение насоса под динамический уровень невозможно и во всех случаях неэкономично, для определения рациональной глубины по­ гружения насоса с учетом совместного проявления влияния газа и

упругих удлинений штанг найдем общий коэффициент подачи на­ сосной установки по формуле 1

1 Н. В. З у б к о в . О рациональной глубине погружения насоса под динамический уровень, «Нефтяное хозяйство», 1963, № 4, с. 46—48.

178

Проделаем аналогичные расчеты для различных давлений погру­ жения: 80; 70; 60; 50; 40; 30; 20 и 10 кгс/см2 и полученные резуль­ таты сведем в табл. 40.

Из таблицы видно, что при р = 90 кгс/см2 величина ц ' = 0,893, а при р = 30 кгс/см2 ц ' = 0,866. Разница между ними составляет всего 0,027 (3%), поэтому нет смысла спускать насос на большую глубину под уровень жидкости, а рационально опустить его на глубину, где давление будет равно 30 кгс/см2.

Тогда общая глубина спуска насоса определится по формуле

20. Определение утечек жидкости в насосных трубах

Задача 32

Определить величину утечки жидкости из насосных труб путем динамометрирования глубинноиасосной установки.

Для этого снимают две динамограммы: одну после установивше­ гося режима работы насоса при полностью заполненных насосных трубах и другую после остановки насоса на известный промежуток времени, т. е. при понижении уровня жидкости в насосных трубах.

По динамограммам с учетом масштаба определяем нагрузки на сальниковый шток при ходе плунжера вверх. Пусть эти нагрузки составляют: до остановки насоса при полностью заполненных трубах

Найдем глубину, до которой опустится уровень жидкости в на­ сосных трубах (считая от устья скважины) за время остановки насоса (2 ч):