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

Этот способ определения утечки жидкости можно применять лишь в тех случаях, когда трубы ниже найденной глубины (1160 м) негер­ метичны. Расчет даст неточные результаты, если насосные трубы негерметичны выше указанной глубины.

21. Определение длины хода и диаметра плунжера, обеспечивающих максимальную производительность насоса

Задача 33

Определить длину хода плунжера по статической (элементарной) и дипамическоп теории (по формулам И. А. Чарпого и Л. С. Лей-

угол сдвига фаз в движении плунжера и сальникового штока; со =

180

И. А. Парного они значительно ниже. При глубинах установки насоса более 1500 м и при большом числе качаний расчет по динами­ ческой теории дает большие значения длины хода, чем расчет постатической теории.

181

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-

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

где fx = 3,8 см2 — площадь поперечного сечения штанг диаметром

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:

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

Если насосные трубы заякорены, то они не испытывают упругих деформаций. Поэтому формула для определения поперечного сечения плунжера, обеспечивающего максимальную производительность на­

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

.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

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

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

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

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

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.

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

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

188

Для 4-го режима

Следовательно, самым выгодным режимом будет 4-й, при котором нагрузка в точке подвески штаиг наименьшая (Рнакс = 6290 кгс).

При этом режиме максимальное напряжение в штангах dw = = 22 мм будет

Такое напряжение допустимо для штанг из легированной стали. Проверим 3-й и 4-й режимы на выносливость штанг, характери­

зуемую частотностью их обрыва.

Частота обрыва штаиг на скважино-год может быть определена по следующей формуле А. С. Вирновского [31]:

где В — коэффициент, зависящий от качества стали.

Так как качество стали В и длина насосных штанг L для каждой скважины являются постоянными величинами, то частотность об­ рыва штанг будет пропорциональна параметру К, определяемому только переменными величинами п, Dnn и dm .

Ввиду того что наибольшее число обрывов (в среднем до 50%) наблюдается, как правило, в верхней части колонны штанг, расчет

Следовательно, и с точки зрений частотности обрывов 4-й режим будет самым выгодным.

Полученные расчетным путем режимные параметры (Dn„ и п) получились нестандартными. Принимая для 4-го режима стандарт­ ный диаметр плунжера 43 мм, найдем необходимое число качаний в минуту:

п = 1 3 , 2 ^ ^ 1 4 .

Но так как принятый станок-качалка СКН10-2115 рассчитан на стандартные числа качаний 9, 12 и 15, надо взять ближайшее боль­ шее число качаний (15), при этом насос будет давать при

189