Задание.
Выбор наземного и подземного оборудования при глубинно-насосной штанговой эксплуатации.
1. Выбрать типоразмер станка-качалки и диаметр плунжера насоса (выбор станка-качалки выполнить для станков-качалок выпускаемых по ГОСТ 5866-84, согласно диаграмм составленных Адониным А.И.).
2. Выбрать типоразмер плунжерного насоса и назначить его рабочие параметры, длину хода плунжера и число качаний в минуту. При выборе типоразмера насоса обратить внимание на заданную глубину, связав её с типоразмером насоса НСН (НГН). При наличии песка в жидкости назначить тип плунжера (Г; К; П; В) и группу посадки. При выборе числа качаний стремиться к минимальному его значению, а при выборе длины хода к максимально возможному значению.
3. Выбрать конструкцию колонны штанг и рассчитать их на выносливость.
4. Выбрать типоразмер НКТ, рассчитать НКТ на прочность (от воздействия страгивающей нагрузки).
5. Определить нагрузки в точке подвеса штанг (по формуле Вирновского А.С.).
6. Выбрать типоразмер станка-качалки.
7. Определить значения ускорения точки подвеса штанг по уточненной (приближенной теории) через 150(00; 150; 300; и т.д. до 1800).
8. Определить мощность привода (по формулам Ефремова, Ларионова, Плюща).
9. Рассмотреть основные правила эксплуатации СК.
Дано: Глубина установки насоса – 2200м;
количество отбираемой жидкости – 40м3/с;
динамический уровень – 1800м;
содержание песка – 0,1%;
вязкость – 0,2Па/>;
плотность нефти – 890кг/м3;
наружный диаметр обсадной колонны – 0,146м.
Решение.
1. По (1) выберем станок-качалку 8СК-12-3,5-8000 и диаметр плунжера насоса 38мм.
2. Выберем типоразмер плунжерного насоса НСВ2-38-25-35, длина хода плунжера />/> Назначим тип плунжера В (наличие песка). Группа посадки 2 – с зазором от 0,07 до 0,12мм.
3. В заданных условиях по (1) следует принять />
Максимальное значение нагрузок в точке подвеса штанг />
/>
где /> – коэффициент потери веса штанг в жидкости:
/>
где /> – плотность материала насосных штанг (стали), />.
/>
/> – вес 1 м принятых штанг диаметром 22мм, />
/> – площадь поперечного сечения плунжера, />:
/>.
/>
Максимальное напряжение в штангах />/>:
/>
Условие обеспечения прочности выполняется.
4. Соответственно выбранному диаметру и типу насоса выберем по (1) диаметр и тип НКТ:
НКТ 73 с высаженными наружу концами.
Величина страгивающей нагрузки резьбового соединения, когда напряжение в нарезанной части материала трубы достигает предела текучести />, Н:
/>
где /> – средний диаметр резьбы в плоскости первого витка, />
/> – толщина тела трубы под резьбой в основной плоскости, />
/> – предел текучести, />
/> – коэффициент:
/>
где /> – номинальная толщина стенки трубы />
/>
/> – угол между опорной поверхностью резьбы и осью трубы, />
/> – угол трения для резьбы, />
/> – длина резьбы до основной плоскости, />
/>
Напряжения от действия страгивающей нагрузки />
/>
где /> – площадь сечения труб.
/>
Условие обеспечения прочности выполняется.
5. Максимальная нагрузка на основе динамической теории по формуле А.С. Вирновского с учетом собственных колебаний колонны насосных штанг />
/>
где /> – сила тяжести колонны штанг, Н:
/>
/> – сила тяжести жидкости, находящейся над плунжером, Н:
/>--PAGE_BREAK--
/> – коэффициенты отношения длин звеньев станка-качалки:
/>
где /> – угловое перемещение кривошипа соответствующего моменту максимальной скорости точки подвеса штанг.
Из зависимости /> получим значение />
/>
/>
где /> – площадь сечения насосных труб, м2:
/>
где /> – наружный диаметр НКТ, м;
/> – внутренний диаметр НКТ, м:
/>
/>
/> – деформация штанг, м:
/>
где /> – модуль упругости материала штанг, />
/>
/> – угловая скорость вращения кривошипа, />
/>
/>
6. При глубине установки насоса 2200м, диаметре плунжера насоса 38мм и количестве отбираемой жидкости 40м3/сут принимаем в качестве базового типоразмера станок-качалку 8СК-12-3,5-8000 по диаграмме Адонина А.Н.
Техническая характеристика 8СК-12-3,5-8000:
— номинальная нагрузка на устьевой шток, /> 117,8
— номинальная длина хода устьевого штока, /> 2,1 — 3,5
— номинальный крутящий момент, /> 78,4
— число ходов балансира в минуту 5,2 – 11
— масса,/> 20000
7. Определение значений ускорения точки подвеса штанг по уточненной (приближенной) теории через />, />
/>;
/>
/>
Получаем: />
/>/>
/>/>
/>/>
/>/>
/>/>
/>/>
/>/>
/>/>
/>/>
/>/>
/>/>
/>/>
/>/>
8. а) Мощность привода /> определим по формуле Ефремова Д.В.:
/>
где /> – высота подъема жидкости, />
/> – КПД подачи, />
/> – КПД станка-качалки, />
/> – коэффициент уравновешивания, />
/> – диаметр плунжера насоса, />
/>
б) Мощность по формуле Плюща Б.М. />
/>
где /> – КПД передачи, /> продолжение
--PAGE_BREAK--
/> – коэффициент, зависящий от типа станка-качалки, />
/> – коэффициент:
/>
/>
/>
в) Мощность привода />по формуле Ларионова:
/>
где /> – потери холостого хода станка-качалки, />
/> – относительный коэффициент формы кривой крутящего момента на валу электродвигателя, для станков-качалок с балансирным уравновешиванием:
/>
где /> – коэффициент, зависящий от длины плеч балансира и шатунов станка-качалки, />
/>
/> – поправочный коэффициент, учитывающий влияние деформации штанг и труб на величину среднеквадратичной мощности и зависящий от отношения длины хода плунжера к ходу сальникового штока, />
/>
9. Основные правила эксплуатации СК.
Надежная и безаварийная работа станков-качалок достигается за счет правильного подбора оборудования, который зависит от технологического режима эксплуатации скважины, качественного выполнения монтажных работ, точного уравновешивания, своевременных профилактических ремонтов и смазки.
После пуска станка-качалки в эксплуатацию по истечении первых нескольких дней работы следует осмотреть все резьбовые соединения и подтянуть их. В первые дни эксплуатации требуется систематически контролировать состояние сборки, крепления подшипников, затяжки кривошипных и верхних пальцев на шатуне, уравновешивание, натяжение ремней, отсутствие течи масла в редукторе и т.п.; проверять соответствие мощности и скорости вращения вала электродвигателя установленному режиму работы станка. Электродвигатель должен быть подключен к сети так, чтобы кривошипы вращались по стрелке, указанной на редукторе.
В процессе эксплуатации необходимо регулярно проверять и смазывать узлы станка-качалки и редуктора в соответствии с инструкцией по их эксплуатации.
Если станок-качалка подвергается действию больших и переменных нагрузок и эксплуатируется в условиях высоких или низких температур, повышенной влажности или пыльности, необходимо чаще проверять его.
После пуска в эксплуатацию нового редуктора необходимо через 10 – 15 суток вылить из него масло и промыть керосином или соляровым маслом для удаления частиц металла, появляющихся в процессе первоначальной работы редуктора. Для повторного использования слитое масло необходимо обязательно профильтровать. Наличие масла в редукторе проверяют через контрольные клапаны или щупом. Свежее масло добавляют в редуктор тогда, когда через нижнее контрольное отверстие оно не поступает. Уровень масла в редукторе должен быть между нижним и верхним контрольными клапанами. Для механизированной смены смазки в редукторах и подшипниковых узлах станка-качалки следует применять агрегаты Азинмаш-48 и МЗ-131СК.
Литература.
1. Юрчук А.М. Расчеты в добыче нефти. – М.: Недра, 1974.
2. Муравьев И.М. Технология и техника добычи нефти и газа. – М.: Недра, 1971.
3. Бухаленко Е.И., Абдуллаев Ю.Г. Монтаж, обслуживание и ремонт нефтепромыслового оборудования: Учебник для учащихся профтехобразования и рабочих на производстве. – М.: Недра, 1985.
4. Аванесов В.А. Нефтегазопромысловое оборудование: Методические указания. – Ухта: УГТУ, 2004.