25360 (Установление режима работы ШСНУ с учетом влияния деформации штанг и труб для скважины №796 Серафимовского месторождения), страница 5
Описание файла
Документ из архива "Установление режима работы ШСНУ с учетом влияния деформации штанг и труб для скважины №796 Серафимовского месторождения", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "геология" из 2 семестр, которые можно найти в файловом архиве . Не смотря на прямую связь этого архива с , его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "курсовые/домашние работы", в предмете "геология" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "25360"
Текст 5 страницы из документа "25360"
5. По диаграмме А. Н. Адонина выбираем диаметр насоса, который для Lн=900 м и Qж пл=26,2 м3/сут равен 38 мм. По таблице IV.25 /6/ выбираем насос НСВ1-38, пригодный для неосложненных условий эксплуатации (с обычными клапанами), II группы посадки с зазором δ=100 мкм (10-4) в плунжерной паре.
Таблица 13
Характеристика насосных штанг
Показатели | Диаметр штанг dшт, мм | ||||
16 | 19 | 22 | 25 | ||
Площадь поперечного сечения штанги, см2 Вес 1м штанг в воздухе, Н Наружный диаметр муфты, мм | 2,01 17,5 38 | 2,83 23,5 42 | 3,80 31,4 46 | 4,91 41,0 55 |
6. Колонна НКТ для насоса НСВ1-38 в соответствии с таблицей IV.25 /6/ выбирается с условным диаметром 73 мм и толщиной стенки 5,5 мм. Для труб этого размера Dт.н=0,073 м; Dт.в=0,062 м; fтр=11,6*10-4 м2.
7. Для давления рпр определим объемный коэффициент нефти:
количество растворенного газа:
м3/м3;
расход свободного газа:
м3/с;
подачу жидкости:
м3/с;
8. Коэффициент сепарации газа:
Трубный газовый фактор:
м3/м3.
Очевидно, Гн о=Gн о.
Новое давление насыщения МПа.
9. Определим давление на выкиде насоса МПа (рисунок 4)
Определим среднюю плотность смеси в колонне НКТ:
кг/м3.
10. Определим максимальный перепад давления в клапанах при движении через них продукции скважины.
Согласно таблице IV.1 /6/, dкл в=25 мм, dкл н=18 мм. Предварительно определим расход смеси через всасывающий клапан:
м3/с,
м3/с.
Максимальная скорость движения смеси в седле всасывающего клапана и число Рейнольдса:
м/с;
По графику (см. рисунок IV.1 /6/) определяем коэффициент расхода клапана при Rе=2,8*104 Мкл=0,4. Перепад давления на всасывающем клапане
Н/м2=0,03 МПа.
Аналогично определим перепад давления на нагнетательном клапане. Поскольку рвык>р’нас, то Q’г(рвык)=0 и Qкл=Qж(р’нас),
м3/с;
м3/с;
Mкл=0,4 (см. рисунок IV.1 /6/),
Н/м2=0,05 МПа.
Тогда давление в цилиндре насоса при всасывании рвс ц и нагнетании рнагнц и перепад давления, создаваемый насосом ∆рнас, будет следующее:
рвсц=рпр-∆ркл в=2,56-0,03=2,53 МПа;
рнагц=рвык+∆ркл н=7,94+0,05=7,99 МПа;
∆рн=рнагн ц-рпр=7,99-2,56=5,43 МПа.
11. Определим утечки в зазоре плунжерной пары:
Проверяем характер течения в зазоре:
Следовательно, режим течения жидкости в зазоре ламинарный.
12. Определим коэффициент наполнения:
Установим предварительно Qсм (рвсц):
Qж(рвсц)≈Qж(рпр)≈3,39∙10-4 м3/с;
м3/м3;
м3/с;
Qсм=(3,39+1,95)∙10-4=5,34∙10-4 м3/с;
Проверяем условие рвсц<р’нас. Поскольку оно выполняется, то в цилиндре во время хода всасывания имеется свободный газ. Тогда коэффициент наполнения ηнап определяем в следующем порядке:
Коэффициент утечек:
Газовое число:
рнагнц=7,99 МПа>р’нас=5,5 МПа. Следовательно, коэффициент наполнения:
В расчете принято bж(р)=bн(р);
Определим коэффициент наполнения также для неравновесного характера процесса растворения газа:
Определим коэффициент наполнения также для процесса неравновесного и при полной сегрегации фаз:
По формуле И.М. Муравьева:
Вероятные средние значения коэффициента наполнения и соответствующие максимальные абсолютные отклонения δi составят соответственно:
Следовательно, значения коэффициента наполнения насоса, определенные для различных схем процесса выделения и растворения газа и сегрегации фаз, лежат в довольно узком диапазоне значений: ηнап=0,59-0,62. Погрешность схематизации не превышает 0,02.
Для дальнейших расчетов принимаем ηнап=0,60.
Коэффициент ηрг, учитывающий усадку нефти:
13. Определим подачу насоса Wнас, обеспечивающую запланированный дебит нефти при получившемся коэффициенте наполнения:
м3/с.
При известном диаметре насоса можно определить необходимую скорость откачки, пользуясь, например, формулой:
м/мин.
По диаграмме А. Н. Адонина для заданного режима можно использовать станки-качалки 6СК6-1,5*1600 или 6СК6-2,1*2500.
Первый из них не подходит, поскольку не обеспечит требуемую скорость откачки (для этого станка snmax=22 м/мин). Поэтому следует ориентироваться на параметры станка СК6-2,1-2500 по ГОСТ 5866-76, параметры которого аналогичны параметрам станка-качалки 6СК6-2,2*2500.
Выбираем sпл=2 м; n=15 кач/мин или N=0.25 1/c.
14. При выборе конструкции штанговой колонны, вначале воспользуемся таблицами АзНИПИ ДН. По таблице IV.8 /6/ для насоса диаметром 38 мм выбираем двухступенчатую колонну штанг из углеродистой стали 40 ([σпр]=70 МПа) диаметрами 16 и 19 мм с соотношениями длин ступеней 55*45%. Выберем также конструкцию равнопрочной штанговой колонны по методике МИНХ и ГП.
Предварительно установим значения следующих коэффициентов (необходимые размеры штанг приведены в таблице 13):
; ; ;
;
Площадь плунжера насоса:
м2.
Гидравлическая нагрузка:
Н.
Коэффициенты динамичности при ходе вверх mв и вниз mн, а также плавучести штанг Карх и вспомогательный множитель М:
Сила гидравлического трения, действующая на единицу длины колонны:
Н/м,
Н/м.
Далее определим силы сопротивлений, сосредоточенные у плунжера:
Н,
Н.
Вес “тяжелого низа” принимаем равным сумме сил сопротивления, сосредоточенных у плунжера:
Н.
Далее установим длины нижней l1 и верхней l2 ступеней.
Последовательно отметим, что qтр 1 и qтр 2 составляют весьма незначительную часть от веса единицы длины штанг qшт 1 и qшт 2. Поэтому при расчете можно не учитывать qтр 12:
м.
м;
Оценим необходимую длину “тяжелого низа”, если его выполнить из штанг диаметром 25 мм:
м, или 1,6% от общей длины колонны.
Таким образом, расчетным путем была получена конструкция колонны диаметром 16*19 мм с соотношением длин ступеней 65*35%. Для дальнейших расчетов принимаем конструкцию колонны с соотношением длин для ступеней 65*35%.
15. Рассчитаем потери хода плунжера и длину хода полированного штока:
м.
м.
м.
Критерий динамичности для данного режима:
Поскольку кр=0,2 (см. табл. II.3 /6/), то и длину хода полированного штока S можно определить по формулам:
м;
м.
Обе формулы дают одинаковый результат, причем длина хода штока оказалась несколько меньше, чем рассчитываемая без учета динамических усилий в штангах.
Для дальнейших расчетов принимаем ближайшую стандартную длину хода станка-качалки СК6-2,1-2500 s=2,1, тогда для сохранения прежней скорости откачки определяем уточненное число качаний:
кач/с=14,7 кач/мин;
рад/с.
Длина хода плунжера при s=2,1 м:
м;
а общий коэффициент подачи штанговой насосной установки:
16. Перейдем к определению нагрузок, действующих в точке подвеса штанг. Соответственно вес колонны штанг в воздухе и в жидкости с учетом веса “тяжелого низа”:
кН.
Вычислим предварительно коэффициенты mω и φ в формулах А. С. Вирновского:
Принимаем a1=a2=a1=a2=1 (для упрощения расчета).
Определим вибрационную и инерционную составляющие по формулам:
кН,
кН.
Исследованиями установлено, что вибрационная составляющая экстремальной нагрузки не может быть больше, чем гидростатическая. Следовательно, результат расчета Рвиб получился завышенным. Поэтому примем:
Рвиб=Рж=6,1 кН;
Рmax=Р’шт+Рж+Рвиб+Рин=16,3+6,1+3,9=32,4 кН;
Рmin=Р’шт – (Рвиб+Рин)=16,3-(6,1+3,9)=6,3 кН.
Тогда экстремальные нагрузки по скорректированным формулам А. С. Вирновского составят:
Рmax=Р’шт+Рж+Кдин в(Рвиб+Рин)=16,3+6,1+0,97(6,1+3,9)=32,1 кН,
Рmin=Р’шт-Кдин в(Рвиб+Рин)=16,3-0,93(6,1-3,9)=6,8 кН.
17. Оценим силы сопротивлений, возникающие при работе насосной установки.
Будем считать постоянным угол a и равным ≈5º (~0,087 рад), а азимутальным отклонением можно пренебречь.
Тогда силу механического трения штанг можно определить по формуле:
Ртр мех=Сштα(Рж+Р’шт)=0,25∙0,087(6,1+16,3)=0,49 кН,
где Сшт по данным В. М. Троицкого для νн=3∙10-6 м2/с можно принять равной 0,25.
Силу гидравлического трения рассчитаем по формуле А. М. Первердяна:
18. Рассчитаем напряжение в штангах по формулам:
МПа,
МПа,
МПа,
МПа.
Приведенное напряжение в точке подвеса штанг составляет соответственно:
по формуле И. А. Одинга:
МПа,
по формуле М. П. Марковца:
МПа,
Для штанг из стали 40 нормализованных предельно допускаемое приведенное напряжение составляет 70 МПа (по Одингу). Следовательно, для этих штанг условие обеспечения усталостной прочности не выполняется, так как [σпр]=70 МПа<σпр од =72 МПа.
Следовательно, можно либо подобрать штанговую колонну из штанг той же марки, но большего диаметра, например 19*22 мм, или сохранить конструкцию колонны, но выбрать штанги с более высокой усталостной прочностью, например, из стали 20 НМ, нормализованные с [σпр]=90 МПа по И. А. Одингу, [σпр]=74 МПа по М. П. Марковцу. В расчетах воспользуемся вторым вариантом.
19. Крутящий момент на кривошипном валу редуктора определим по формуле:
Mкр max=300S+0.236S(Рmax-Рmin)=300∙2.1+0.236∙2.1(32.1-6.8)103=13200 Н∙м.
20. Выберем станок-качалку. Предыдущими расчетами было установлено: Рmax=32.1 кН; (Mкр)max=13200 Н∙м; S=2.1 м; n=14.7 кач/мин.
Сравнивая расчетные данные с паспортными характеристиками станков-качалок находим, что этим условиям удовлетворяет станок-качалка СК4-2,1-1600, который и выбираем окончательно.
21. Рассчитаем энергетические показатели работы штанговой насосной установки.
Полезная мощность: