Буровое оборудования при глубинно-насосной штанговой эксплуатации
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:
–
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;
–
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,
–
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.