2020-05-12
884«Выбор основного оборудования при штанговой глубинно-насосной эксплуатации скважин и определение параметров работы насоса»
Технологический расчет выбора основного оборудования при штанговой глубинно-насосной эксплуатации скважин и определение параметров работы насоса сводится к следующим задачам: Выбрать станок-качалку, диаметр и тип насоса, штанг, насосно-компрессорных труб и установить режимные параметры работы штанговой насосной установки для заданных условий.
Решение. Графический метод основан на использовании диаграмм А.Н. Адонина (рис. 4.3). При его применении необходимо знать дебит скважины Q в м 3 /сут и глубину спуска насоса L в м. Типоразмер станка - качалки и диаметр плунжера насоса определяют непосредственно по диаграмме А.Н. Адонина в точке пересечения проекций дебита и глубины спуска насоса.
Рис. 4.3. Диаграмма А.Н. Адонина
Тип насоса определяют в зависимости от глубины спуска и параметров добываемой жидкости. При глубинах спуска более 1200 м и наличии в жидкости значительного количества абразивных частиц (более 1,5 г/л) следует применять вставные насосы (типа НВ) с диаметром плунжера 29, 32, 38, 44 и 57 мм.
При меньших глубинах спуска и больших дебитах жидкости отдают предпочтение невставным насосам (типа НН) с диаметром плунжера 29, 32, 44, 57, 70, 95 и 102 мм.
При выборе диаметра насосных труб следует учитывать тип и размер насоса. При использовании вставных насосов превышение диаметра НКТ над диаметром плунжера составляет 28–32 мм. При применении невставных насосов превышение не должно составлять более 14–18 мм.
Диаметр насосных штанг и группу прочности стали, выбирают по соответствующим таблицам с последующей проверкой расчетом на приведенное напряжение. При глубинах подвески более 1200 м следует применять ступенчатые колонны штанг.
Для приближенного определения режимных параметров работы насоса следует принять максимальную длину хода точки подвеса штанг для выбранного станка-качалки и найти необходимое число качаний по зависимости:
n = n max ·Qф / Q max,
где n – максимальное число качаний по характеристике станка-качалки;
Q ф – фактический дебит скважины;
Q max – максимальная производительность насоса при работе на максимальных параметрах (можно найти по диаграмме А.Н. Адонина).
Далее, для принятого станка-качалки определяют диаметр плунжера D длину хода полированного штока S и число качаний п.
При выборе оптимального режима работы насоса исходят из условия получения минимальных напряжений в штангах, а, следовательно, и минимальной нагрузки на головку балансира с последующей проверкой прочности штанг на разрыв и выносливость.
Для получения минимума напряжений в штангах основные параметры работы насоса находятся между собой в следующей зависимости:
n = 6,58 · 
,
Fпл = 0,47· 
,
где S – ход штока,
п – число качаний,
q СР – средняя масса 1 погонного метра двухступенчатых штанг.
Для выбора оптимального режима сначала задаются рядом возможных значений S для принятого типа станка-качалки, и находят соответствующие им значения п. Далее для принятых значений S и полученных значений п определяют площадь сечения плунжера из формулы производительности насоса, см 2:
F пл = 7,9 Q / S· n,
где Q – производительность насоса, м 3 /сут.;
S – длина хода сальникового штока, м.
Отсюда, диаметр плунжера:
D пл = 
Затем задаются стандартными значениями п, определяют соответствующие им значения
F пл, и определяют S.
Для режимов с максимальным S и минимальным п, которые входят в приемлемую область работы станка-качалки, определяют нагрузку на головку балансира.
Максимальная нагрузка:
Рmax = Fпл · pж · L·g + qср· L·g· (b+ S· n2 /1440),
где L – глубина спуска насоса, м;
b = Рш – Рж / Рш – коэффициент облегчения штанг в жидкости;
Р ш и РЖ – плотность материала штанг и жидкости, соответственно;
S ·п 2/1440 – фактор инерционных нагрузок;
g – ускорение свободного падения.
Минимальная нагрузка при начале хода штанг вниз:
Рmin = qср· L·g· (b - S· n2 /1440),
Затем выбирают режим, при котором нагрузка на головку балансира Рmах будет наименьшей, и определяют максимальное и минимальное напряжения в штангах:
σmax = Pmax / fш;
σ min = P min/ fш,
где f ш – площадь поперечного сечения штанг.
Для выбора материала штанг определяют σпр:
σпр = 
где σа = σ max + σ min /2 – амплитудное значение напряжения в асимметричном цикле.
По таблице подбирают соответствующий материал дляштанг, так чтобы σпррасч 
σпр.
Задача № 1
Выбрать станок-качалку, диаметр и тип насоса, штанг, насосно-компрессорных труб и установить режимные параметры работы штанговой насосной установки для заданных условий.
Исходные данные принять из табл. 2.
Таблица 2
| № варианта | Дебит скважины Q, м 3 /сут | Плотность нефти pн, кг/м 3 | Глубина спуска насоса L, м |
| 0 | 115 | 820 | 500 |
| 2 | 105 | 850 | 700 |
| 3 | 100 | 900 | 800 |
| 4 | 95 | 850 | 900 |
| 5 | 90 | 920 | 1000 |
| 6 | 85 | 950 | 1050 |
| 7 | 80 | 990 | 1100 |
| 8 | 75 | 960 | 1150 |
| 9 | 70 | 930 | 1200 |
Литература
Ф.А. Симанкин. Техника и технология добычи и подготовки нефти и газа: метод.указ. и индивид. задания для студентов ИнЭО, обучающихся по направлению 151000 «Технологические машины и оборудование» / сост.Ф.А. Симанкин; Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2017. – 60 с.
