книги / Скважинные насосные установки для добычи нефти

и уточняем этот вес после округления длины «тяжелого» низа.

где q — масса погонного метра выбранных штанг, кг; Z,8 — длина «тяжелого» низа, округленная до длины, кратной 8 — и метрам; КАрх = 1 — рж/рст — коэффициент Архимеда.

Длина «тяжелого низа» округляется в большую сторону до

Индекс «/» говорит о том, что в расчете используется не вся колонна штанг, а только ее нижняя часть, т.е.:

где ^ — площадь поперечного сечения /-й ступени штанг.

Отсюда выбирается длина нижней ступени колонны штанг (при / = 1) Lv

9. По длинам и весам «тяжелого низа» и нижней ступени штанговой колонны выбираем длину второй секции колон­ ны диаметром 22 мм, исходя из того же условия прочности. При этом в формуле 7,143 / = 2, а вес Ртяж2 = Ртяж, + Рштг

Определяем суммарную длину «тяжелого низа», первой и вто­ рой ступени колонны штанг. Если суммарная длина превышает глубину спуска насоса или равна ей (±5%), расчет штанг закон­ чить, если меньше глубины спуска, то перейти к п. 10 настояще­ го раздела методики.

10. Определяем длину третьей ступени штанговой колонны (диаметром 25 мм) аналогично предыдущим шагам. Проверяем длину колонны и сравниваем ее с глубиной спуска. Если длина меньше глубины спуска — перейти к 11 пункту.

11.Определяем длину четвертой ступени колонны штанг (ди­ аметр 28 мм). Работа аналогична пунктам 8, 9, 10 настоящей методики.

12.Все расчеты по пп. 8—12 проводятся для штанг с опреде­ ленным [апр]. Если при принятой прочности необходимы 4 и более ступеней штанг с диаметрами более 25 мм, переходим к расчету штанг из более прочной стали (20Н2М, 15НЗМА или иной) с повышенным значением [апр].

Кроме длин ступеней в компоновке колонны штанг необхо­ димо определять места обязательной и желательной установки центраторов. В качестве критерия места обязательной установ­ ки центраторов выбран темп набора кривизны более 1 град./10 м и/или зенитный угол более 12 град.; для желательной установки — темп набора кривизны более 0,4 град./10 м и/или зенитный угол более 6 град.

13. По величине максимальной и минимальной нагрузки и типу выбранного СК определяются параметры уравновешива­ ния (например — радиус уравновешивания и количество контр­ грузов на кривошипе станка-качалки).

Необходимо отметить, что на промыслах применяется боль­ шое число других, часто достаточно упрощенных методик под­ бора СШНУ, которые обеспечивают предварительный подбор оборудования без учета осложняющих промысловых факто­ ров (сложная инклинометрия, влияние газа, механических при­

месей и т.д.). Одной из наиболее известных методик такого рода является работа, сведенная в диаграмму Адонина и спе­ циальные таблицы или номограммы.

Простой и наглядный способ выбора оборудования и перво­ начального режима откачки — использование диаграмм и таб­ лиц имеющихся в справочниках по добыче нефти и инструкци­ ях [1, 15, 28].

Рассмотрим диаграмму, построенную для модернизирован­ ного ряда станков-качалок, выпускавшихся по ГОСТ 5866-66.

При построении таких диаграмм по горизонтальной оси от­ кладывают глубину спуска насоса, которая принята равной вы­ соте подъема жидкости (погружение насоса под динамический уровень считается равным нулю). Это нужно иметь в виду, так как если погружение под динамический уровень составляет бо­ лее 8—10% глубины спуска насоса (для разных диаметров насо­ сов), то необходимо в принимаемую для выбора оборудования глубину спуска насоса вводить поправку.

При построении диаграмм принято, что противодавление на устье скважины также равно нулю. Поэтому, если фактическое противодавление больше 5 кгс/см2, необходима поправка.

По вертикальной оси откладывают подачу насоса в м3/сут. Предельные глубины спуска насосов прежде всего определя­ ются двумя параметрами станка-качалки: максимальной до­ пустимой нагрузкой на балансир в точке подвеса штанг и мак­ симальным допустимым крутящим моментом на кривошип­ ном валу станка. При этом сами величины нагрузок и момен­ тов рассчитывают для максимальных длины хода, числа кача­ ний и веса принятой рациональной конструкции штанговой колонны. Но иногда при применении станков-качалок с вы­ сокими допускаемыми нагрузками на головку, а также штанг сравнительно малой усталостной прочности предельная глу­ бина спуска насосов ограничивается усталостной прочностью штанг.

При построении диаграмм все расчеты максимальных и ми­ нимальных нагрузок в точке подвеса штанг выполнены по фор­ мулам А.С. Вирновского, а крутящих моментов по формуле Р.А. Рамазанова. Подача насосов рассчитывалась по форму­ лам, приведенным в главе I, причем коэффициент наполнения насосов был принят равным 0,85.

Диаграмма рис. 2.72 разделена на области применения раз­ личных станков, входящих в данный стандарт. Области ограни­ чиваются сплошными ломаными линиями и различаются штри­ ховкой. Область каждого станка-качалки состоит из полей стан­ дартных диаметров насосов (указаны в кружочках). Границы поля каждого насоса обозначены пунктиром. Верхняя граница поля каждого насоса представляет собой кривую подачи данного на­ соса при максимальной длине хода станка-качалки, указанного в его шифре, и максимальном числе качаний, указанном в таб­ личке. Этот параметр не входит в шифр станка-качалки и выб-

Q, ы/сут

О 1000 2000 3000 L, м

Рис. 2.72. Диаграмма для выбора насосного оборудования и режима откачки (станки-качалки по ГОСТ 5866-66)

Шифр станка-качалки и максимальное число качаний соответственно:

12-2,5-6000 и 13; X - 9СК-15-6-12000 и 8.

ран нами потому, что применяемые обычно числа качаний не бывают почти никогда выше 15. Кроме того, применяемые таб­ лицы для подбора штанговых колонн основаны на промысло­ вых данных о работе скважин с числом качаний 10—15.

Для длин ходов, больших 1,8 м, максимальные числа качаний рассчитаны из условия приближенного сохранения отношения внешних сил инерции (возникающих от неравномерного движе­ ния штанг и столба жидкости) к статической нагрузке в точке подвеса штанг. При этом относительные величины усилий, расша­ тывающих станок-качалку, и амплитуды вибраций могут считаться в первом приближении одинаковыми у всех станков-качалок.

Существует несколько методов конструирования или состав­ ления штанговой колонны — при помощи номограмм, таблиц и расчетных формул.

Для оперативного подбора колонны штанг можно пользоваться номограммами Я.А. Грузинова [15] и ТатНИПИнефти [40, 42].

Номограмма Я.А. Грузинова приведена на рис. 2.73. На оси абсцисс отложены глубины спуска насоса, а на оси ординат — значения приведенных напряжений. Номограмма состоит из трех

систем точек. Первая — совокупность сочетаний диаметров насо­ сов и штанг — вместе с нулевой точкой номограммы позволяет определить начальные ординаты опр. Вторая выражает сочетание чисел качаний п и длин ходов плунжера S и вместе с точкой 2500 позволяет определить углы наклонов графиков к оси абсцисс. Тре­ тья — вспомогательная система для расчета ступенчатых колонн.

Пример. Определить значение приведенного напряжения в точке подвеса штанг, пользуясь данными, приведенными ниже.

Решение. Соединяем прямыми линиями начальную точку оси абсцисс О (см. рис. 2.86) с точкой 19 системы 7, находящейся на пунктирной линии D-44, и точку 2500 с точкой (12; 1,8) системы П. От точки 1000 на оси абсцисс проводим вертикаль вверх до пере­ сечения с линией 0-19 в точке А и из этой точки — прямую, параллельную линии 2500-1,8 до пересечения в точке С с верти­ калью, проведенной вверх из точки 300 оси абсцисс стпр = 70 МПа.

По вертикали 300 — С опускаем из точки Сотрезок CD, равный на высоте точки С отрезку ВБ между осью ординат и вспомога­ тельной переводной линией 0—19—22 системы III. Через точку D проводим прямую DB, параллельную линии 2500—12—1,8 до пере­ сечения с осью ординат апр, в точке В. Величина ординаты ОВ и будет выражать собой значение приведенного напряжения опр, рав­ ного в рассматриваемом примере 63 МПа для первой ступени штанг.

Значение спр для второй ступени штанг находим в точке С' на пересечении прямой С С с ординатой. Оно составляет 70 МПа.

Следовательно, для заданных условий можно принять штан­ ги из стали марки сталь 40 с допускаемым приведенным напря­ жением стпр =70 МПа.

Номограмма ЯЛ. Грузинова, как и другие номограммы, состав­ лена с использованием весьма приближенных формул элементар­ ной теории работы насосной установки, поэтому значения приве­ денных напряжений, определяемые по этой номограмме, существенно отличаются от фактических. Эта разница возрастает с увеличением диаметра насоса, глубины его спуска и скорости откачки.

Довольно широкое распространение на нефтяных промыслах страны получили таблицы типовых конструкций колонн насос­ ных штанг, составленные АзНИПИнефть [39].

2.2.10. ИССЛЕДОВАНИЕ СКВАЖИН. КЛАССИФИКАЦИЯ НЕИСПРАВНОСТЕЙ В РАБОТЕ СШНУ. ДИНАМОМЕТРИРОВАНИЕ

Неисправности СШНУ: немедленно приводящие к отказам оборудования; прогрессирующие неисправности (при­ водящие к отказам в обозримом будущем); не оказывающие су­ щественного влияния на работу оборудования (табл. 2.20) [38].