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

для верхней ступени

*^макс 1 О'ср j -f- СГа1.

Следовательно, для двухступенчатой колонны штанг должно иметь место равенство

^макс і®аі — ^макс 2^а2-

Подставляя в это равенство значения отдельных членов, найден­ ные выше, и решая его относительно I, можно определить длину нижней ступени колонны штанг.

При подборе группы прочности стали для штанг надо руковод­ ствоваться следующими нормами допускаемых приведенных напря­ жений [37]:

для углеродистых штанг (сталь 40У) — 7 кгс/мма; для тех же штанг с уплотненной поверхностью, наклепанной

дробью, — 8 кгс/мм2; для нормализованных штанг из хромоникелевой (20ХН) или

марганцовистой (36Г1) стали — 9 кгс/мм2; для сорбитизировэнных штанг из никельмолибдеиовой стали

15НМ — 11 кгс/мм2.

Кроме аналитического метода (по формулам А. С. Вирновского), для подбора насосных штанг по приведенным напряжениям можно пользоваться расчетными таблицами (приложения 13, 14, 15) и номо­ граммой Я. А. Грузинова (см. рис. 60). На этой номограмме по оси абсцисс отложены глубины спуска насоса в м, а по оси ординат — значения приведенных напряжений в кгс/мм2.

Система точек и квадратов в правой части номограммы (I), соеди­ ненных между собой пунктирными линиями, выражает сочетание применяемых диаметров насосов и штанг.

Система пунктирных линий в левой части номограммы (И) выра­ жает сочетание чисел качаний гг и длины хода сальникового штока s.

Система сплошных линий в левой части номограммы (III) служит для расчетов ступенчатых колонн. Расстояния между этими линиями и осью ординат выражают, величины снижения приведенного напря­ жения при переходе от ступени меньшего диаметра к соседней ступени большего диаметра.

Таким образом, пользуясь номограммой, можно быстро и без громоздких вычислений рассчитать ступенчатую колонну штанг.

60

7. Расчет утяжеленного низа колонны насосных штанг 1

Исследованиями Н. В. Зубкова установлено, что сила трения плунжера о цилиндр насоса при отсутствии в жидкости песка имеет небольшую величину, которой можно пренебречь.

Фактически опусканию штанг при ходе плунжера вниз противо­ действуют следующие силы:

1)разность гидравлических сил, действующих на плунжер снизу

исверху;

2)гидравлические сопротивления при движении жидкости через нагнетательные клапаны;

3)силы трения штанг о трубы и жидкость;

4)инерционные силы.

Последние две силы действуют равномерно по всей колонне штанг (кроме случая искривления ствола), а потому не вызывают продоль­ ного изгиба штанг. Следовательно, суммарная сила, вызывающая продольный изгиб штанг при ходе вниз, будет

где 0,1І,рж/ш — разность гидравлических сил, действующих на плунжер снизу и сверху (L — глубина спуска насоса в м); рж — относительная плотность жидкости; /ш — площадь сечения штанг в см2); GTK— гидравлические сопротивления в нагнетательных кла­ панах, равные

где re« — число нагнетательных клапанов на плунжере; F„n — пло­ щадь сечения плунжера в см2; / 0 — площадь отверстия в седле кла­ пана в см2; Ар — потеря напора в одном клапане, определяемая по формуле [39]

с Dnn размерности); р — коэффициент расхода (определяется в зави­ симости от числа Рейнольдса) [47, рис. 23]).

Для определения Re надо найти максимальную скорость движе­ ния жидкости через отверстие в седле клапана по формуле [39]

По величине силы, вызывающей продольный изгиб штанг, нахо­

61

где dr и dw — внутренний диаметр насосных труб и диаметр насос­ ных штанг в см; W = 0,1 — момент сопротивления штанг.

где допускаемая нагрузка ^Доп определяется из формулы для сгнз:

ленного низа, в кгс.

Утяжеленный низ колонны насосных штанг следует также при­ менять при небольших заклиниваниях плунжера насоса песком. Необходимый вес утяжеленного низа в этих случаях определяется опытным путем и не должен превышать 360 кгс.

После подбора утяжеленного низа надо проверить его на воз­ можность спуска в иасосиые трубы принятого диаметра. Иногда приходится увеличивать диаметр насосных труб.

8. Расчет газового и газо-песочного якорей [31]

Расчет газового и газо-песочного якорей состоит в определении диаметра корпуса, числа корпусов, длины якоря, коэффициента сепарации, числа отверстий в каждом корпусе, объема песочной секции и диаметра рабочей трубки песочного якоря.

Площадь сепарационного сечения якоря Ея в см2 (при диаметре пузырьков газа 0,2 см и коэффициенте использования объема якоря 0,6) определяется по формулам:

для тяжелых, вязких нефтей

Величины, входящие в эти формулы, имеют следующие значения и размерности; Рпл — площадь сечения плунжера насоса в см2; s — длина хода плунжера в см; п — число качаний в минуту; ѵ — кинематическая вязкость жидкости в см2/с.

62

Задаваясь диаметром всасывающей трубы (обычно принимается 48 мм), определяют диаметр корпуса газового якоря:

где £?„ — количество газа, приходящееся на газовый якорь, в м3/м3; G„ — количество газа, проходящего через насос, в м3/м3;

давление на приеме якоря в кгс/см2 (h — глубина погружения насоса под динамический уровень в м; р — плотность жидкости); GT — газовый фактор для потока нефти в трубах в м3/м3; а — коэффициент

растворимости газа в (кгс/сма) ; Р — площадь сечения эксплуата­

ционной колонны в см2.

Число отверстий в каждом корпусе газового якоря можно опре­ делить по формуле А. С. Вирновского

(V.54)

1 Н. В. З у б к о в . Определение коэффициентов сепарации газовых яко­ рей. «Нефть и газ», 1963, № 5, с. 37—40.

63

(скорости свободного падения песчинок в неподвижной жидкости) w в м/с. Три линии соответствуют разным жидкостям: тяжелая нефть

где DB— внутренний диаметр насосных труб в м; dH — наружный диаметр насосных штанг в м; ѵ — скорость восходящего потока жидкости, которая должна быть не менее чем в 2 раза выше скорости свободного падения песчинок в неподвижной жидкости (ѵ = 2w), в м/с.

10. Расчет уравновешивания станков-качалок

Уравновешивание новых станков-качалок рассчитывается по формулам или по специальным номограммам [18], а проверяется уравновешивание действующих установок при помощи амперклещей.

Массу противовеса при балансирном уравновешивании Q6 можно

в кгс; а — длина переднего плеча балансира (расстояние от головки балансира до оси качания) в м; с — расстояние от оси качания балан­ сира до середины противовеса, находящегося на хвосте балансира, в м; /с — коэффициент, учитывающий уравновешивающее действие движущихся частей станка-качалки (кривошипов, шатунов, удли­ нения заднего плеча балансира). Для станков-качалок различных

Массу противовеса при роторном (кривошипном) уравновеши­

где b — длина заднего плеча балансира (расстояние от оси качания балансира до оси подвески шатунной траверсы) в м; г — радиус кривошипа, соответствующий принятой длине хода, в см; R — рас­ стояние от центра кривошипного вала до центра тяжести криво­ шипного противовеса в см.

Комбинированное уравновешивание применяется в станках-ка­ чалках для средних нагрузок, так как балансирное уравновешивание в этих условиях привело бы к возникновению больших сил инерции от движущихся противовесов.

При комбинированном уравновешивании в условиях применения насосов малых диаметров, особенно при малых числах качаний, нужно максимально увеличивать груз на балансире.

Так как кривошипные противовесы выпускаются определенной величины, то для уравновешивания станков-качалок с роторным и комбинированным уравновешиванием определяют не массу про­ тивовеса, а положение кривошипных грузов по отношению к центру кривошипного вала, т. е. длину плеча R.

При практических расчетах по уравновешиванию новых станковкачалок нормального ряда пользуются приводимыми ниже фор­ мулами.

66

В тех случаях, когда при комбинированном уравновешивании расстояние R от центра кривошипного вала до центра тяжести криво­ шипных противовесов получается очень малое (а иногда и отрица­ тельное), балансирные плиты могут быть сняты. Балансирные плиты следует также снимать при работе насосов диаметром 93 мм. Тогда при расчете комбинированного уравновешивания из правой части формул выпадут члены, содержащие число балансирных плит пб.

Масса и число противовесов для станков-качалок приводятся в табл. 10.

Таблица ІО

Масса II число противовесов

Станок-качалку необходимо переуравновешивать при каждом существенном изменении его режима работы: смене диаметра насоса, изменении глубины его подвески более чем на 10%, изменении диа­ метра насосных штанг, длины хода и глубины динамического уровня.

Для проверки и переуравновешивания действующих установок пользуются амперклещами, которые имеют специальный транс­ форматор тока с разъемным сердечником.

Коэффициент неуравновешенности станка-качалки

где / б и J„ — сила тока по амперметру при ходе сальникового штока вверх и вниз. Уравновешенным считается станок-качалка, у кото­ рого Кку < 0,05. Для уравновешивания станка-качалки при по­ мощи амперклещей определяют по одной из следующих формул сумму т расстояний в сантиметрах, на которые должны быть пере­ двинуты кривошипные грузы:

где К р — коэффициент, зависящий от типа станка-качалки,’ длины хода сальникового штока и диаметра глубинного насоса, который

определяют по специальным таблицам [18]; Кпр — коэффициент, зависящий от веса кривошипного груза (определяется по табл. 11), L —• глубина устаповки насоса в м; s — длина хода сальникового штока в м; п — число качаний в минуту; Dn4 — диаметр плунжера насоса в мм.

При положительном значении т грузы надо передвинуть дальше от центра кривошипного вала на полученную по расчету величину, а при отрицательном значении т грузы надо передвинуть ближе

кцентру вала.

Взависимости от положения грузов на кривошипах и расстояния, на которое надо их передвинуть, допускается передвижка не всех, а только части грузов. При этом разница между средним удалением грузов от центра кривошипного вала па обоих кривошипах не должна превышать 15—20 см.

11. Определение мощности электродвигателей для станков-качалок [24]

Мощность электродвигателей для станков-качалок может быть определена по различным формулам, из которых наибольшее при­ менение имеют формулы Д. В. Ефремова, Азинмаша и АзИИ. Для быстрых и приближенных расчетов можно пользоваться упрощенной формулой (в зависимости от веса поднимаемого столба жидкости и средней скорости движения плунжера) и специальными таблицами.

где DnJI, s u n — значения прежние; Н — высота подъема жидкости (расстояние от устья до динамического уровня) в м; р — относитель­ ная плотность жидкости; т)н — 0,85 -а 0,95 — к. п. д. насоса; т)ск —

68

Т а б л и ц а 12

где L — глубина спуска насоса в м; Fn„ — площадь сечения плун­

щей массе всех противогрузов (см. табл. 10); кс и кК— постоянные коэффициенты, зависящие от длины плеч балансира и шатунов стан­

69