Расчет и подбор оборудования штанговых скважинных насосных установок
Министерство образования и науки
Филиал государственного
образовательного учреждения
Высшего профессионального образования
"Российский государственный
университет нефти и газа имени И.М. Губкина" в г. Оренбурге
Контрольная работа
по дисциплине "Оборудование для
добычи нефти"
Тема: Расчет и подбор оборудования
штанговых скважинных насосных установок
Выполнил:
студент группы ОРГб-10-01
Кротов П.В.
Преподаватель: Ахмедзянов О.Х.
г. Оренбург, 2016 г.
Содержание
1. Состояние применения ШСНУ в современных условиях
2. Схема ШСНУ
3. Скважинные штанговые насосы
4. Расчет и подбор оборудования ШСНУ
5. Характеристика работы насосных штанг
Список литературы
1. Состояние
применения ШСНУ в современных условиях
В России к началу 90-х годов из всего комплекса
оборудования ШСНУ производились только насосные штанги (ОАО
"Мотовилихинские заводы", г. Пермь, "Очерский машиностроительный
завод", г. Очер Пермской области). Отсутствие производства необходимого
оборудования вынуждало нефтяные компании осуществлять его закупки по импорту у
западных фирм: "Лафкин" и "Трайко" (США),
"Шеллер-Блекман" (Австрия) и др. опыт эксплуатации оборудования
показал, что его качество и технологические возможности значительно
превосходили параметры ранее использовавшегося оборудования, которое получали с
бакинских заводов.
В этих условиях встала задача быстрой
разработки и освоения серийного производства российскими заводами
высококачественного оборудования, которое ранее в нашей стране не выпускалось.
При этом из-за отсутствия своих современных стандартов на нефтепромысловое
оборудование отечественные производители ориентировались на принятые в
"нефтяном мире" стандарты Американского нефтяного института, кстати,
далеко не во всем превосходившие старые советские ГОСТы и ОСТы. Три российских
предприятия "Уралтрансмаш" (г. Екатеринбург), "Ижнефтемаш"
(г. Ижевск) и "Очерский машиностроительный завод" - провели
комплексную аттестацию производства и получили на свои изделия сертификат
Американского нефтяного института (API).
К настоящему времени российским заводам
удалось практически полностью решить задачу серийного производства основных
видов глубинно-насосного оборудования при значительном повышении качества их
изготовления. Производство станков-качалок (СК) в различной комплектации освоили
11 заводов, выпускающих всю гамму этого оборудования грузоподъемностью от 3 до
12 т с длиной хода от 1,2 до 3,5 м и числом качаний от 1,2 до 10 двойных ходов
в минуту. "Уралтрансмаш" освоило серийное производство
станков-качалок улучшенной кинематики грузоподъемностью 6 и 8 т (длина хода 3,5
м), аналогичных "Марк П", выпускаемым фирмой "Лафкин", а
также передвижных с приводом от автономного газового двигателя.
Штанговые глубинные насосы (ШГН) диаметром
от 28 до 70 мм (вставные и трубные) серийно выпускаются 10 российскими
заводами. Два предприятия "Ижнефтемаш" (г. Ижевск) и
"Кубань-Аксельсон" (г. Краснодар) - выпускают насосы по стандарту API, а остальные пользуются
его положениями в большей или меньшей степени. Изготовители ШГН приступили
также к освоению серийного производства вспомогательного оборудования для
глубинно-насосной эксплуатации скважин - газовых и песочных якорей,
шламоуловителей, автосцепов, сбивных клапанов.
Пермская компания нефтяного машиностроения
по документации "Техника и технология добычи нефти" изготовила
опытную партию двухступенчатых насосов НН1Б-44-ДГ и НН1-57-ДП предназначенных
для эксплуатации скважин с высоким газовым фактором. Конструкция насосов
выполнена по принятым за рубежом схемам и реализована на базе впервые найденных
в России технологических решений, которые позволяют значительно повысить
эффективность работы оборудования.
Акционерные общества "Очерский
машиностроительный завод" и "Мотовилихинские заводы" освоили
серийное производство всей номенклатуры насосных штанг диаметром от 13 до 28
мм. Кроме того, "Очерский машиностроительный завод" начал
производство насосных штанг с защитными протекторами различных конструкций и
материального исполнения. Здесь проведен комплекс мероприятий по улучшению
качества штанг, введена дробеструйная обработка с последующим нанесением
антикоррозионного покрытия, осуществляется правка методом растяжения,
"Мотовилихинские заводы" впервые в России приступили к выпуску
улучшенных насосных штанг из проката повышенной точности исполнения М-2 для
тяжелых условий эксплуатации. По своим техническим характеристикам штанги
полностью соответствуют марке "Д" стандарта API.
В настоящее время созданные в России
мощности по производству таких видов глубинно-насосного оборудования, как
станки-качалки, ШГН и насосные штанги, значительно превосходят потребность в
них нефтедобывающих предприятий. Это дает возможность потребителю при закупке
оборудования выбирать того поставщика, оборудование которого отвечает его
требованиям как по цене, так и по качеству и техническому уровню. Освоенная
отечественными предприятиями широкая гамма достаточно надежного оборудования
ШСНУ по своим техническим показателям и качеству изготовления в значительной
степени отвечает предъявляемым к нему технологическим требованиям, что позволяет
практически полностью отказаться от его закупки за рубежом.
К основным проблемам в области
производства оборудования для глубинно-насосной эксплуатации можно отнести
следующие. Это, прежде всего, освоение серийного производства высокоточной
трубной заготовки для цилиндра насоса, чтобы не приходилось ее импортировать.
Далее речь идет об увеличении производства прутка из высоколегированной стали
повышенной прочности для изготовления насосных штанг, имеющих наработку в
искривленных скважинах с тяжелыми условиями эксплуатации до 30 млн. циклов.
Таким образом, имеющийся у нефтедобывающих
предприятий широкий набор достаточно надежного оборудования позволяет им
успешно эксплуатировать установками штанговых насосов скважины глубиной до
3500м в диапазоне подач от 0,5 до 100м3/сут.
2. Схема ШСНУ
Наиболее распространенный способ
эксплуатации нефтяных скважин охватывает более 59% действующего фонда скважин.
Отбор жидкости этим способом составляет от нескольких сот килограммов до сотен
тонн в сутки при различной глубине спуска насоса в скважину.
Штанговая насосная установка (рис.2.2)
состоит из скважинного насоса 2 вставного или невставного типов, насосных штанг
4, насосно-компрессорных труб 3, подвешенных на планшайбе или в трубной
подвеске устьевой арматуры 5, сальникового уплотнения 6, сальникового штока 7,
станка качалки 8 и фундамента 9. На приеме скважинного насоса устанавливают
защитное приспособление в виде газового или песочного фильтра 1.
Насос 2 спускают в скважину под уровень
жидкости
Возвратно-поступательное движение плунжера
насоса, подвешенного на штангах, обеспечивает подъем жидкости на поверхность.
При наличии парафина в продукции скважины на штангах устанавливают скребки,
очищающие внутренние стенки насосно-компрессорных труб. В зависимости от
глубины скважины, дебита и других факторов подбирают тип станка-качалки,
диаметр насосно-компрессорных труб, штанг и скважинного насоса, устанавливают
необходимую длину хода и число качаний в минуту.
Вставные скважинные насосы наиболее
эффективно применять в глубоких скважинах с относительно небольшими
межремонтными периодами. Невставные насосы эффективней применять в скважинах
относительно небольшой глубины с большими межремонтными периодами.
Штанговый скважинный насос состоит из
цилиндра, плунжера, всасывающего и нагнетательного клапанов. Цилиндр насоса
крепится к НКТ. На нижнем конце цилиндра установлен неподвижный всасывающий
клапан, открывающийся при ходе плунжера вверх. Плунжер пустотелый (со сквозным
каналом) имеет нагнетательный шариковый клапан, открывающийся при ходе плунжера
вниз.
Электродвигатель через клиноременную
передачу и редуктор придает двум массивным кривошипам, расположенным с двух
сторон редуктора, круговое движение. Кривошипно-шатунный механизм в целом
превращает круговое движение в возвратно-поступательное движение балансира,
который качается на опорной оси. Балансир сообщает возвратно-поступательное
движение штангам и через них плунжеру насоса.
При ходе плунжера вверх нагнетательный
клапан под действием жидкости закрывается и вся жидкость, находящаяся над
плунжером, поднимается вверх на высоту, равную длине хода плунжера. В это время
скважинная жидкость через всасывающий клапан заполняет цилиндр насоса.
Рис. 2.2 Схема штанговой скважинной
насосной установки
- фильтр; 2 - скважинный насос; 3 -
насосно-компрессорные трубы; 4 - насосные штанги; 5 - тройник; 6 - устьевой
сальник; 7 - сальниковый шток; 8 - станок-качалка; 9 - фундамент
Станки-качалки
Станок-качалка - балансирный
индивидуальный механический привод штангового скважинного насоса.
Рис. 2.3 Станок-качалка типа СКД
- подвеска устьевого штока; 2 - балансир с
опорой; 3 - стойка; 4 - шатун; 5 - кривошип; 6 - редуктор; 7 - ведомый шкив; 8
- ремень; 9 - электродвигатель; 10 - ведущий шкив; 11 ограждение; 12 -
поворотная плита; 13 - рама; 14 - противовес; 15 - траверса; 16 - тормоз.
Станок-качалка каждого типа
характеризуется максимальными допустимыми нагрузками на устьевой шток, длиной
хода устьевого штока и крутящим моментом на кривошипном валу редуктора.
Станки-качалки выпускают двух исполнений:
СК семи типоразмеров и СКД шести типоразмеров. Технические характеристики
станков-качалок и их области применения приведены в табл.2.4 и 2.5.
Таблица 2.4
Станок-качалка
|
Показатели
|
|
Номинальная
нагрузка (на устьевом штоке), кН
|
Номинальная
длина хода устьевого штока, м
|
Число ходов
балансира в минуту
|
Масса, кг
|
СКЗ-1, 2-630
|
30
|
1,2
|
5-15
|
3787
|
СК5-3-2500
|
50
|
3
|
5-15
|
9500
|
СК6-2Д-2500
|
60
|
2,1
|
5-15
|
8600
|
СК12-2,5-4000
|
120
|
5-15
|
14415
|
СК8-3,5-4000
|
80
|
3,5
|
5-12
|
14200
|
СК8-3,5-5600
|
80
|
3,5
|
5-12
|
14245
|
СКЮ-3-5600
|
100
|
3
|
5-12
|
14120
|
Таблица 2.5
Станок-качалка
|
Показатели
|
|
Номинальная
нагрузка (на устьевом штоке), кН
|
Номинальная
длина хода устьевого штока, м
|
Число ходов
балансира в минуту
|
Масса, кг
|
СКДЗ-1,5-710
|
30
|
1,5
|
5-15
|
3270
|
СКД4-2Д-1400
|
40
|
2,1
|
5-15
|
6230
|
СКД6-2,5-2800
|
60
|
2,5
|
5-14
|
7620
|
СКД8-3-4000
|
80
|
3
|
5-14
|
11600
|
СКДЮ-3,5-5600
|
100
|
3,5
|
5-12
|
12170
|
СКД12-3-5600
|
120
|
3
|
5-12
|
12065
|
Отличительные особенности станков-качалок
типа СКД: кинематическая схема преобразующего механизма несимметричная
(дезаксиальная) с углом дезаксиал 9° с повышенным кинематическим отношением
0,6; меньшие габариты и масса; редуктор установлен непосредственно на раме
станка-качалки без подредукторной тумбы.
В шифре станка-качалки типа СК, например
СК6-2,1-2500 указано: 6 - наибольшая допускаемая нагрузка на головку балансира
в точке подвеса штанг в тоннах (1т = 10 кН); 2,1 - наибольшая длина хода
устьевого штока в м; 2500 - наибольший допускаемый крутящий момент на ведом
валу редуктора в кгс*м (1 кгс*м = 10-2 кН*м).
3. Скважинные
штанговые насосы
Скважинные штанговые насосы предназначены
для откачивания из нефтяных скважин жидкости обводненностью до 99%,
температурой не более 130°С, содержанием сероводорода не более 50 мг/л,
минерализацией воды не более 10 г/л. Рекомендуемая область применения штанговых
насосов приведена в таблице 2.6.
Таблица 2.6
Насос
|
Условный
диаметр, мм
|
Длина хода
плунжера, мм
|
Концентрация
механических примесей, г/л
|
Вязкость
добываемой жидкости, Па*с, не более
|
Объемное
содержание свободного газа, %, не более
|
Водородный
показатель рН
|
НВ1Б
|
29, 32, 38,
|
1200-6000
|
|
|
|
|
|
44,57
|
|
|
|
|
|
НВ2Б
|
1800-6000
|
|
|
|
|
|
57
|
|
|
|
|
|
НН2Б
|
32, 44, 57,
|
1200-4500
|
<1,3
|
|
|
4,2-6,8
|
|
70, 95
|
|
|
|
|
|
НВ1С
|
29, 32, 38,
|
1200-3500
|
|
|
|
|
|
44, 57
|
|
|
|
|
|
НН1С
|
29, 32, 38,
|
900
|
|
0,025
|
10
|
|
|
44, 57
|
|
|
|
|
|
НН2БУ
|
44, 57
|
1800-3500
|
|
|
|
|
ННБА
|
70, 95, 102
|
2500-4500
|
|
|
|
|
НВ1БИ
|
29, 32, 38,
|
1200-6000
|
|
|
|
|
|
44,57
|
|
|
|
|
|
НН2БИ
|
32, 44, 57,
|
1200-4500
|
>1,3
|
|
|
6-8
|
|
70,95
|
|
|
|
|
|
НВ1ВТИ
|
44,57
|
1200-3000
|
|
|
|
|
НН2БТИ
|
44,57
|
1200-3000
|
|
|
|
|
НВ1БД1
|
38/57, 57/44
|
1800-3500
|
|
0,3
|
|
|
ННБД1
|
44/29,57/31,
|
1800-3500
|
<1,3
|
|
25
|
4,2-6,8
|
|
70.44
|
|
|
|
|
|
НВ1БД2
|
38.57
|
1800-3500
|
|
0,025
|
|
|
Скважинные насосы имеют вертикальную конструкцию одинарного
действия с неподвижным цилиндром, подвижным металлическим плунжером и
шариковыми клапанами. Насосы спускают в скважину на штангах и
насосно-компрессорных трубах. Скважинные насосы изготовляют следующих типов
(рис. 2.4):
НВ1 - вставные с замком наверху;
НВ2 - вставные с замком внизу;
НН - невставные без ловителя;
НН1 - невставные с захватным штоком;
НН2 - невставные с ловителем
Рис. 2.4 Скважинные штанговые насосы
Выпускают насосы следующих конструктивных
исполнений:
а) по цилиндру:
Б - с толстостенным цельным (безвтулочным)
цилиндром;
С - с составным (втулочным) цилиндром;
б) - специальные:
Т - с полым (трубчатым) штоком для подъема
жидкости по каналу колонны трубчатых штанг;
А - со сцепляющим устройством (только для
насосов типа НН), обеспечивающим сцепление колонны насосных штанг с плунжером
насоса;
Д2 - двухступенчатые, двухплунжерные,
обеспечивающие двухступенчатое сжатие откачиваемой жидкости;
У - с разгруженным цилиндром (только для
насосов типа НН2), обеспечивающим снятие с цилиндра циклической нагрузки при
работе.
Насосы всех исполнений, кроме Д1 и Д2,
одноступенчатые, одноплунжерные.
в) по стойкости к среде:
без обозначения - стойкие к среде с содержанием
механических примесей до 1,3 г/л - нормальные;
И - стойкие к среде с содержанием
механических примесей более 1,3 г/л - абразивостойкие.
Скважинные штанговые насосы являются
гидравлической машиной объемного типа, где уплотнение между плунжером и цилиндром
достигается за счет высокой точности их рабочих поверхностей и регламентируемых
зазоров. При этом в зависимости от размера зазора в паре
"цилиндр-плунжер" выпускают насосы четырех групп посадок (табл.2.7).
Таблица 2.7
Группа посадки
|
Размер зазора между
цилиндром и плунжером насоса в мм, при исполнении цилиндра
|
|
Б
|
С
|
0
|
<0,045
|
<0,045
|
1
|
0,01-0,07
|
0,02-0,07
|
2
|
0,06-0,12
|
0,07-0,12
|
3
|
0,11-0,17
|
0,12-0,17
|
Цилиндры насосов изготовляют двух
исполнений:
ЦБ - цельный (безвтулочный),
толстостенный;
ЦС - составной, из набора втулок, стянутых
внутри кожуха переводниками.
Исходя из назначения и области применения
скважинных насосов плунжеры и пары "седло-шарик" клапанов выпускают
различных конструкций, материальных исполнений их рабочих поверхностей.
Плунжеры насосов изготовляют четырех
исполнений:
П1Х - с кольцевыми канавками,
цилиндрической расточкой на верхнем конце и с хромовым покрытием наружной
поверхности;
ШХ - то же, без цилиндрической расточки на
верхнем конце;
П1И - с кольцевыми канавками, цилиндрической
расточкой на верхнем конце и упрочнением наружной поверхности напылением
износостойкого порошка;
П2И - то же, без цилиндрической расточки
на верхнем конце.
Скважинные насосы нормального исполнения
по стойкости в среде, применяемые для подъема жидкости с незначительным
содержанием (до 1,3 г/л механических примесей, комплектуются плунжерами
исполнения П1Х или ШХ с парами "седло-шарик" исполнения К или КБ.
Скважинные насосы абразивностойкого исполнения И, применяемые преимущественно
для подъема жидкости, содержащей более 1,3 г/л механических примесей,
комплектуются плунжерами исполнения П1И или П2И и парами
"седло-шарик" исполнения КИ.
Конструктивно все скважинные насосы
состоят из цилиндра, плунжера, клапанов, замка (для вставных насосов),
присоединительных и установочных деталей, максимально унифицированных.
штанговая скважинная насосная установка
Скважинные насосы типа НВ1 выпускаются
шести исполнений: НВ! С - вставной с замком наверху, с втулочным цилиндром
исполнения ЦС, нормального исполнения по стойкости к среде;
НВ1Б - вставной с замком наверху, с
безвтулочным цилиндром исполнения ЦБ, нормального исполнения по стойкости к
среде;
НВ1БИ - то же, абразивостойкого исполнения
по стойкости к среде;
НВ1БТИ - то же, с полым штоком;
НВ1БД1 - вставной с замком наверху,
цельным цилиндром исполнения ЦБ, одноступенчатый, двухплунжерный, нормального
исполнения по стойкости к среде;
НВ1БД2 - вставной с замком наверху,
цельным цилиндром исполнения ЦБ, двухступенчатый, двухплунжерный, нормального
исполнения по стойкости к среде.
Скважинные насосы, всех исполнений, кроме
исполнения НВ1БД1 и НВ1БД2, одноплунжерные, одноступенчатые.
Скважинные насосы типа НВ2 изготовляют
одного исполнения: НВ2Б - вставной с замком внизу, цельным цилиндром исполнения
ЦБ, одноплунжерный, одноступенчатый, нормального исполнения по стойкости к
среде.
Скважинные насосы типа НН выпускают двух
исполнений:
ННБА - невставной без ловителя, с цельным
цилиндром исполнения ЦБ, сцепляющим устройством, одноступенчатый,
одноплунжерный, нормального исполнения по стойкости к среде.
ННБД1 - невставной без ловителя, с цельным
цилиндром исполнения ЦБ, одноступенчатый, двухплунжерный, нормального
исполнения по стойкости к среде.
Скважинные насосы типа НН1 изготовляют
одного исполнения: НН1С - невставной с захватным штоком, составным цилиндром
исполнения ЦС, нормального исполнения по стойкости к среде.
Скважинные насосы типа НН2 выпускают пяти
исполнений:
НН2С - невставной с ловителем, составным
цилиндром исполнения ЦС, нормального исполнения по стойкости к среде;
НН2Б - невставной с ловителем, цельным
цилиндром исполнения ЦБ, нормального исполнения по стойкости к среде;
НН2БИ - то же, абразивостойкого исполнения
по стойкости к среде;
НН2БТИ - то же, с полым штоком,
абразивостойкого исполнения по стойкости к среде;
НН2БУ - невставной с ловителем,
разгруженным цельным цилиндром исполнения ЦБ, нормального исполнения по
стойкости к среде.
Все насосы типа НН2 - одноплунжерные,
одноступенчатые.
4. Расчет и
подбор оборудования ШСНУ
В конце фонтанирования дебит скважины составлял
12 т/сут. при обводнености продукции 54%, то есть дебит по нефти составлял 5,5
т/сут. После перевода скважины с фонтанного способа добычи на ШСНУ дебит возрос
до значения 22 т/сут. при сохранении обводненности, дебит по нефти возрос до
значения 10,1 т/сут.
Определить по данным исследования режим
работы скважины оборудованной ШСНУ и подобрать оборудование, а также определить
мощность и подобрать электродвигатель при следующих исходных данных по
скважине:
Глубина спуска насоса, L, м 1080Дебит жидкости, Q1, т/сут.22 Плотность
нефти, рн9 кг/м3 830Плотность пластовой воды, рв,
кг/м3 1030. Обводненность продукции, пв9 % 54
Решение:
. Определяем плотность смеси:
Рcм = Рв*Пв + рн*Пн
(3.1)
где пн - доля нефти в продукции
скважины,
пн = 1 - пв (3.2)
пн = 1 - 0,54 = 0,46
Рсм = 1030*0,54 + 830*0,46 = 937 кг/м3
. Переводим дебит из т/сут в м3/сут
103Q1*
Q = - --- (3.3)
Рсм
10322*
937
. По диаграмме Адонина выбираем тип
станка-качалки и диаметр насоса в зависимости от планируемого дебита и глубины
спуска насоса. Для наших условий нас устраивает 5СК-4-2Д-1600 с диаметром
насоса 32 мм.
Проводим расшифровку СК: 5 - модификация
СК;
. - наибольшая допускаемая нагрузка на
головку балансира в тоннах или 40 кН; 2,1 - максимальная длина хода
сальникового штока в м;
- наибольший допускаемый крутящий момент
на ведомом валу редуктора в кгс*м или 16кН*м.
. Проводим выбор насоса по таблице в
зависимости от глубины спуска насоса и планируемого дебита. Для наших условий
подходит насос НСН2 с предельной глубиной спуска 1200 м. Выписываем техническую
характеристику насоса:
вязкость жидкости до 25 мПа*с;
объемное содержание механических примесей
не более 0,05 %;
условный размер насоса 32 мм;
идеальная подача при п = 10 мин-1
35 м3/сут;
максимальная длина хода плунжера 3 м;
максимальная высота подъема жидкости 1200
м
условный диаметр НКТ - 48 мм.
. Проводим выбор штанг по таблице в
зависимости от диаметра насоса и глубины спуска. Для наших условий
рекомендуется одноступенчатая колонна штанг диаметром 19 мм с предельной
глубиной спуска 1170м изготовленных из углеродистой стали нормализованной при [Qпр] = 70МПа.
Вес 1 метра штанг диаметра 19 мм по
таблице соответственно: q19 = 23,0535 Н
. С целью создания статического режима
откачки и уменьшения нагрузки на головку балансира принимаем длину хода
сальникового штока равную максимальной для данного СК S = 2,1 м.
. Определяем необходимое число качаний: n= (3.4)
где а - коэффициент подачи насоса, находится в пределах 0,7-0,8,
принимаем а = 0,75;
Fпл -
площадь сечения плунжера, определяется по формуле:
Fпл =п*d2/4 (3.5) Fпл = 3.14*0,0322/4 = 0,000804 м2
n = 13
. Определяем максимальную нагрузку на головку балансира:
Рмак = Рж + Рш* (в + м) (3.6)
где Рж - вес столба жидкости в НКТ,
рж = Fпл*L*Рсм*g
(3.7)
Рж = 0,000804*1080*937*9,81 = 7982 Н
Рш - вес колонны насосных штанг,
Рш = q19*L (3.8)
Рш = 23,0535*1080 = 24900 Н
в - коэффициент потери веса штанг в жидкости,
в = Рш - Рсм Рш (3.9)
где рш - вес материала штанг, рш = 7850
кг/м,
в = 0,88
м - коэффициент динамичности,
S* n2
м = ___- = (3.10)
1440
м = 0,25
Рмак = 7982 + 24900* (0,88 + 0,25) = 36119 Н
Сравниваем полученное значение с допустимым для данного СК, так
как 40 > 36,2, то данный СК нас устраивает.
. Определяем максимальный крутящий момент:
Мкр. мак = 300*S +
0,236*S* (Рмак - Рмин) (3.11)
Где рмин - минимальная нагрузка на головку балансира,
определяем ее по формуле Милса:
Рмин= Pш* 1- (3.12)
Р =24900 * 1 - = 19963Н
Мкр. мак = 300*2,1 + 0,236*2,1* (36119 - 19963) = 8640 Н*м
. Сравниваем полученное значение с допустимым значением для
данного СК, так как 16 > 8,64, то данный СК нас устраивает. Ю.
Определяем необходимую мощность электродвигателя СК:
N =0,401*10-4*p*d2*S*n*pсм*L*Kу* +а (3.13)
где Ку - коэффициент уравновешенности, для балансирных
СК
Ку=1,2;
N = 0,401*10-4*3.14*0,0322*2,1*13*937*1080*1,2*{
+0.75}= 4,9кВт
По таблице выбираем стандартный электродвигатель АОП-52-4
мощностью 7 кВт, число оборотов в минуту 1440, к. п. д.86%.
. Рассчитываем напряжения в штангах. Обоснование конструкции
штанговой колонны - наиболее ответственный этап проектирования установки, так
как штанговая колонна - это тот элемент системы, который, в первую очередь,
определяет длительность и безотказность работы установки в целом.
При нормальной работе насосной установки наибольшие напряжения
действуют в точке подвеса штанг. Поэтому расчет ведем для штанг диаметром 19
мм.
.1 Определяем максимальное напряжение цикла:
мак ~ Рмак/fшт (2,14)
где fшт - площадь поперечного сечения штанг в точке подвеса, м2.
Так как наибольшие нагрузки приходятся в верхней части колонны, берем диаметр
верхней секции штанг.
fшт =
3,14*0,0192/4 = 2,83*10-4 м2 мак = 36119/2,83*
Ю-4 = 127,6* 106 Па
= 127,6 МПа
.2 Определяем минимальное напряжение цикла:
мин
= Рмин/fшт (2.15)
мин
= 19963/2,83* 10-4 = 70,6*106Па = 70,6 МПа
.3 Определяем амплитудное напряжение цикла:
а = (мак - мин) /2 (2.16)
аа = (127,6 - 70,6) 72 = 28,5 МПа
סïð = 60, ЗМПа
Так как допускаемое приведенное напряжение для принятой колонны
штанг [омак] = 70 МПа, а расчетное סïð = 60,3 МПа, то данная колонна штанг
выбрана правильно.
5. Õàðàêòåðèñòèêà
ðàáîòû íàñîñíûõ
øòàíã
Íàñîñíûå
øòàíãè ñëóæàò
ñîåäèíèòåëüíûì
çâåíîì ìåæäó
íàçåìíûì èíäèâèäóàëüíûì
ïðèâîäîì ñòàíêà-êà÷àëêè
è ñêâàæèííûì
íàñîñîì. Ê øòàíãàì
ïðåäúÿâëÿþò ïîâûøåííûå
òðåáîâàíèÿ, òàê
êàê â ïðîöåññå
ðàáîòû îíè èñïûòûâàþò
çíà÷èòåëüíûå
íàãðóçêè, èçìåíÿþùèåñÿ
â øèðîêèõ ïðåäåëàõ
â òå÷åíèå êàæäîãî
õîäà ñòàíêà-êà÷àëêè.
Íàñîñíûå
øòàíãè èçãîòîâëÿþò
èç ñòàëåé ðàçíûõ
ìàðîê, êîòîðûå
äëÿ ïðèäàíèÿ ðàâíîïðî÷íîñòè
ïîäâåðãàþò òåðìè÷åñêîé
îáðàáîòêå (íîðìàëèçàöèè)
è îáðàáîòêå òîêàìè
âûñîêîé ÷àñòîòû
(ÒÂ×).
Íàñîñíûå
øòàíãè (òàáë.
2.8) ïðèìåíÿþò â âèäå
êîëîíí, ñîñòàâëåííûõ
èç îòäåëüíûõ,
ñîåäèíåííûõ
ïîñðåäñòâîì ìóôò,
øòàíã.
Òàáëèöà
2.8
Øòàíãà
|
Íîìèíàëüíûé
äèàìåòð
|
Ðàçìåðû
êâàäðàòíîé ÷àñòè
|
|
øòàíãè
|
Ðåçüáû
øòàíãè
|
ãîëîâêè
|
Øòàíãè
|
|
(ïî
òåëó)
|
(íàðóæíûé)
|
|
|
ØÍ
16
|
16
|
23,824
|
35
|
22
|
ØÍ
19
|
19
|
26,999
|
35
|
27
|
ØÍ
22
|
22
|
30,17
|
35
|
27
|
ØÍ
25
|
25
|
34,936
|
42
|
32
|
Øòàíãîâûå
ìóôòû âûïóñêàþò
ñëåäóþùèõ òèïîâ:
ñîåäèíèòåëüíûå
ÌØ - äëÿ ñîåäèíåíèÿ
øòàíã îäèíàêîâûõ
ðàçìåðîâ;
ïåðåâîäíûå
ÌÒÒÒÏ - äëÿ ñîåäèíåíèÿ
øòàíã ðàçíûõ
ðàçìåðîâ.
Ìóôòû êàæäîãî
òèïà èçãîòîâëÿþò
â èñïîëíåíèè
1-å "ëûñêàìè" ïîä
êëþ÷ è â èñïîëíåíèè
II - áåç
"ëûñîê".
Ìóôòû â
îñíîâíîì èçãîòîâëÿþò
èç óãëåðîäèñòîé
ñòàëè ìàðîê 40 è
45. Ïðåäóñìàòðèâàåòñÿ
òàêæå èçãîòîâëåíèå
ìóôò èç ëåãèðîâàííîé
ñòàëè ìàðêè 20Í2Ì
äëÿ ýêñïëóàòàöèè
â òÿæåëûõ óñëîâèÿõ.
Ìóôòû, êàê ïðàâèëî,
ïîäâåðãàþò ïîâåðõíîñòíîé
òåðìîîáðàáîòêå
ÒÂ×.
Øòàíãè
ïîñòàâëÿþò ñ
ïëîòíî íàâèí÷åííûìè
íà îäèí êîíåö
ìóôòàìè. Îòêðûòàÿ
ðåçüáà øòàíãè
è ìóôòû ïðåäîõðàíÿåòñÿ
êîëïà÷êàìè èëè
ïðîáêàìè.
Êàæäóþ
øòàíãó ìàðêèðóþò
íà äâóõ ïðîòèâîïîëîæíûõ
ñòîðîíàõ êàæäîãî
êâàäðàòà. Íà îäíó
ñòîðîíó êâàäðàòà
íàíîñÿò òîâàðíûé
çíàê èëè óñëîâíîå
îáîçíà÷åíèå
ïðåäïðèÿòèÿ-èçãîòîâèòåëÿ
è óñëîâíûé íîìåð
ïëàâêè. Íà äðóãîé
ñòîðîíå êâàäðàòà
ïðîñòàâëÿþò ìàðêó
ñòàëè, ãîä âûïóñêà,
êâàðòàë è òåõíîëîãè÷åñêóþ
ìàðêèðîâêó ïðåäïðèÿòèÿ
èçãîòîâèòåëÿ.
Øòàíãó, ïîäâåðãíóòóþ
îáðàáîòêå ÒÂ×,
ìàðêèðóþò íà
òðåòüåé ñòîðîíå
êàæäîãî êâàäðàòà
áóêâîé "Ò".
Îñíîâíûå
ïàðàìåòðû, èñïîëüçóåìûå
ïðè âûáîðå êîëîííû
íàñîñíûõ øòàíã
äëÿ îáû÷íûõ óñëîâèé,
- ýòî ìàêñèìàëüíàÿ
íàãðóçêà íà øòàíãè
è åå âîçìîæíûå
êîëåáàíèÿ. Äëÿ
áûñòðîãî è ïðàâèëüíîãî
ïîäáîðà øòàíãîâûõ
êîëîíí ñëåäóåò
ïîëüçîâàòüñÿ
òàáëèöàìè è ñïåöèàëüíûìè
íîìîãðàììàìè.
Äëÿ îáåñïå÷åíèÿ
íàèáîëüøåãî
ñðîêà ñëóæáû
íàñîñíûõ øòàíã
òðåáóþòñÿ òùàòåëüíîå
íàáëþäåíèå çà
êàæäûì êîìïëåêòîì
øòàíã, ñïóñêàåìûõ
â ñêâàæèíó, è
ñâîåâðåìåííàÿ
îòáðàêîâêà íåãîäíûõ.
Íàñîñíûå
øòàíãè è ìóôòû
ê íèì âûïóñêàþò:
äëÿ ëåãêèõ
óñëîâèé ðàáîòû
- èç ñòàëè ìàðêè
40, íîðìàëèçîâàííûå;
äëÿ ñðåäíèõ
è ñðåäíåòÿæåëûõ
óñëîâèé ðàáîòû
- èç ñòàëè ìàðêè
20Í2Ì, íîðìàëèçîâàííûå;
äëÿ òÿæåëûõ
óñëîâèé ðàáîòû
- èç ñòàëè ìàðêè
40, íîðìàëèçîâàííûå
ñ ïîñëåäóþùèì
ïîâåðõíîñòíûì
óïðî÷íåíèåì
òåëà øòàíãè ïî
âñåé äëèíå ÒÂ×
è èç ñòàëè ÇÎÕÌÀ,
íîðìàëèçîâàííûå
ñ ïîñëåäóþùèì
âûñîêèì îòïóñêîì
è óïðî÷íåíèåì
òåëà øòàíãè ïî
âñåé äëèíå ÒÂ×;
äëÿ îñîáî
òÿæåëûõ óñëîâèé
ðàáîòû - èç ñòàëè
ìàðêè 20Í2Ì, íîðìàëèçîâàííûå
ñ ïîñëåäóþùèì
óïðî÷íåíèåì
òåëà øòàíãè ÒÂ×.
Äàííûå î ìåõàíè÷åñêèõ
ñâîéñòâàõ ìàòåðèàëîâ
øòàíã ïðèâåäåíû
â òàáëèöå 2.9
ÃÎÑÒ ïðåäóñìàòðèâàåò
èçãîòîâëåíèå
øòàíã äèàìåòðîì
12; 16; 19; 22 è 25 ìì äëèíîé
8 ì. Äîïóñêàåòñÿ
âûïóñê øòàíã
äëèíîé 7,5 ì â êîëè÷åñòâå
íå áîëåå 8 % îò ÷èñëà
øòàíã äëèíîé
8 ì. Êðîìå øòàíã
íîðìàëüíîé äëèíû,
äëÿ ïîäáîðà íåîáõîäèìîé
äëèíû ïîäâåñêè
èçãîòîâëÿþò
øòàíãè óêîðî÷åííûå
äëèíîé 1; 1,2; 1,5; 2 è Çì
Òàáëèöà
2.9
Ìàðêè
ñòàëè
|
Âèä
òåðìè÷åñêîé
îáðàáîòêè
|
Âðåìåííîå
ñîïðîòèâëåíèå
ðàçðûâó, ÌÏà
|
Ïðåäåë
òåêó÷åñòè, ÌÏà
|
Îòíîñèòåëüíîå
óäëèíåíèå, %
|
40
|
Íîðìàëèçàöèÿ
èëè íîðìàëèçàöèÿ
|
570
|
320
|
16
|
20Í2Ì
|
ñ ïîñëåäóþùèì
ïîâåðõíîñòíûì
óïðî÷íåíèåì
íàãðåâîì ÒÂ×
Òî æå
|
600
|
390
|
21
|
|
Îáúåìíàÿ
çàêàëêà è âûñîêèé
|
630
|
520
|
ÇÎÕÌÀ
|
îòïóñê
Íîðìàëèçàöèÿ
è âûñîêèé îòïóñê
|
610
|
400
|
20
|
15ÍÇÌÀ
|
ñ ïîñëåäóþùèì
ïîâåðõíîñòíûì
óïðî÷íåíèåì
íàãðåâîì ÒÂ×
Íîðìàëèçàöèÿ
ñ ïîñëåäóþùèì
|
650
|
500
|
22
|
15Õ2ÍÌÔ
|
ïîâåðõíîñòíûì
óïðî÷íåíèåì
íàãðåâîì ÒÂ×
Çàêàëêà è âûñîêèé
îòïóñê èëè íîðìàëèçàöèÿ
è âûñîêèé îòïóñê
|
700
|
630
|
16
|
Îñíîâíûå
âèäû èçíîñà è
ðàçðóøåíèÿ íàñîñíûõ
øòàíã
Ïåðåìåííàÿ
íàãðóçêà íà øòàíãè
âûçûâàåò óñòàëîñòü,
ïðèâîäÿùóþ ê âíåçàïíîìó
îáðûâó. Ïðè ðàñ÷åòå
øòàíã ïðèíèìàåòñÿ,
÷òî íàïðÿæåíèÿ
ðàñòÿæåíèÿ (ñæàòèÿ)
ïî ïîïåðå÷íîìó
ñå÷åíèþ øòàíã
îäèíàêîâû â ëþáûõ
òî÷êàõ ñå÷åíèÿ.
 äåéñòâèòåëüíîñòè
â íåêîòîðûõ òî÷êàõ
ñå÷åíèÿ îíî ìåíüøå,
÷åì ðàñ÷åòíîå.
 ýòèõ òî÷êàõ
øòàíãè ñ òå÷åíèåì
âðåìåíè ïðîèñõîäèò
ìèêðîñêîïè÷åñêèé
ñäâèã ÷àñòèö
ìåòàëëà è ïîñòåïåííî
îáðàçóåòñÿ òðåùèíà,
ÿâëÿþùàÿñÿ êîíöåíòðàòîðîì
íàïðÿæåíèÿ. Êîíöåíòðàöèÿ
íàïðÿæåíèé ðàçâèâàåò
òðåùèíó, âñëåäñòâèå
÷åãî ÷åðåç íåêîòîðûé
ìîìåíò âðåìåíè
ïðîèñõîäèò îáðûâ.
Óñòàëîñòíûå
òðåùèíû îáðàçóþòñÿ
òàêæå ïî ñëåäóþùèì
ïðè÷èíàì.
. Íàëè÷èå
íà ïîâåðõíîñòè
øòàíã ìåõàíè÷åñêèõ
ïîâðåæäåíèé îò
óäàðîâ ìåòàëëè÷åñêèìè
ïðåäìåòàìè. Íà
äíå ðèñêè ñîçäàåòñÿ
êîíöåíòðàöèÿ
íàïðÿæåíèÿ è ðàçâèâàåòñÿ
òðåùèíà.
. Ïîÿâëåíèå
ïåðåíàïðÿæåíèé
â ïîâåðõíîñòíîì
ñëîå ìåòàëëà,
âîçíèêøèõ âñëåäñòâèå
èçãèáà øòàíãè
ïðè åå òðàíñïîðòèðîâêå
èëè ñïóñêî-ïîäúåìíûõ
îïåðàöèÿõ.
Èç-çà óñòàëîñòè
ìåòàëëà ïðîèñõîäèò
ïî÷òè 100% âñåõ îáðûâîâ.
Ïðîìûñëîâûå íàáëþäåíèÿ
ïîêàçàëè, ÷òî
áîëåå 50% îáðûâîâ
øòàíã ïðîèñõîäèò
ïî ðåçüáå. Íà îáðûâû
â ðåçüáå òàêæå
âëèÿåò êðóòÿùèé
ìîìåíò, ïðèëàãàåìûé
ïðè çàòÿæêå ðåçüáû
âî âðåìÿ ñïóñêà
øòàíã â ñêâàæèíó.
Îïòèìàëüíûé
êðóòÿùèé ìîìåíò
äëÿ øòàíã äèàìåòðàìè
16, 19, 22 è 25 ìì ðàâåí ñîîòâåòñòâåííî
0,3; 0,5; 0,7 è 1,05 êÍ*ì. Íà óñòàëîñòíóþ
ïðî÷íîñòü áîëüøîå
âëèÿíèå îêàçûâàåò
òàêæå ðàáî÷àÿ
ñðåäà, òî åñòü
ñâîéñòâà îòêà÷èâàåìûõ
æèäêîñòè è ãàçà.
Îñîáåííî ñèëüíîå
(êîððîçèîííîå)
âîçäåéñòâèå
îêàçûâàåò âîäíûé
ðàñòâîð ñåðîâîäîðîäà.
Èññëåäóÿ óñòàëîñòíóþ
ïðî÷íîñòü ìàòåðèàëîâ
øòàíã â óñëîâèÿõ
àãðåññèâíîé
ñðåäû, óñòàíîâëåíà
ïðè÷èíà ñíèæåíèÿ
ïðåäåëà óñòàëîñòè.
Ïðè÷èíà ýòîãî
ÿâëåíèÿ â òîì,
÷òî íàõîäÿùèåñÿ
â æèäêîñòè ïîâåðõíîñòíî-àêòèâíûå
âåùåñòâà àäñîðáèðóþòñÿ
íà ïîâåðõíîñòè
ìåòàëëà, â òîì
÷èñëå è â ìåëü÷àéøèõ
òðåùèíàõ, è ïðè
ïåðåìåííîé íàãðóçêå
íà øòàíãè íå
äàþò âîçìîæíîñòè
ñèëàì ñöåïëåíèÿ
ìåæäó ÷àñòèöàìè
ìåòàëëà ñîìêíóòü
öåïü. Â ðåçóëüòàòå
êîíöåíòðàöèÿ
íàïðÿæåíèé â
òðåùèíàõ óâåëè÷èâàåòñÿ,
è òðåùèíû áûñòðî
ðàçâèâàþòñÿ.
Ïîýòîìó ïðè ðàñ÷åòå
øòàíã íåîáõîäèìî
ó÷èòûâàòü êîððîçèîííûé
ïðåäåë óñòàëîñòè.
Ïðè÷èíà
ïðåæäåâðåìåííîãî
âûõîäà øòàíã
èç ñòðîÿ - èçíîñ
ìóôò. Â èñêðèâëåííûõ
ñêâàæèíàõ øòàíãîâûå
ìóôòû èñòèðàþòñÿ
î íàñîñíûå òðóáû,
áûâàþò ñëó÷àè
èñòèðàíèÿ íàñîñíûõ
òðóá.  òàêèõ ñëó÷àÿõ
ñëåäóåò ïðèìåíÿòü
çàêàëåííûå øëèôîâàííûå
øòàíãîâûå ìóôòû,
èìåþùèå ìåíüøèé
êîýôôèöèåíò
òðåíèÿ, èëè óñòàíàâëèâàòü
ñêðåáêè-çàâèõðèòåëè,
çàêàëåííûå ÒÂ×.
Ñêðåáêè ñîïðèêàñàþòñÿ
ñ íàñîñíîé òðóáîé
áîëüøåé ïîâåðõíîñòüþ,
óìåíüøàåòñÿ
óäåëüíîå äàâëåíèå
íà òðóáó è ñêðåáîê
èçíàøèâàåòñÿ
ìåäëåííåå, ÷åì
øòàíãîâàÿ ìóôòà.
 ìåñòàõ ðåçêîãî
èñêðèâëåíèÿ ñêâàæèí
íà íàñîñíûõ
øòàíãàõ ñòàâÿò
ðîëèêîâûå ôîíàðè.
Ñïèñîê
ëèòåðàòóðû
1.
Àêóëüøèí À.È.,
Áîéêî B.C., Çàðóáèí Þ.À.,
Äîðîøåíêî Â.Ì.
Ýêñïëóàòàöèÿ
íåôòÿíûõ è ãàçîâûõ
ñêâàæèí, Ì., Íåäðà,
1989.
.
Þð÷óê À.Ì., Èñòîìèí
À.Ç., Ðàñ÷åòû â
äîáû÷å íåôòè,
Ì., Íåäðà, 1989.
.
Ìèùåíêî È.Ò., Ðàñ÷åòû
â äîáû÷å íåôòè,
Ì., Íåäðà, 1989.
.
Ñåðåäà Í.Ã., Ñàõàðîâ
Â.À., Òèìàøåâ À.Í.,
Ñïóòíèê íåôòÿíèêà
è ãàçîâèêà, Ì.,
Íåäðà, 1986.
.
Ñóëåéìàíîâ À.Â.,
Êàðàïåòîâ Ê.À.,
ßøèí À.Ñ., Ïðàêòè÷åñêèå
ðàñ÷åòû ïðè òåêóùåì
è êàïèòàëüíîì
ðåìîíòå ñêâàæèí,
Ì., Íåäðà, 1984.
.
Áóõàëåíêî Å.È.,
Áóõàëåíêî Â.Å.,
Îáîðóäîâàíèå
è èíñòðóìåíò
äëÿ ðåìîíòà ñêâàæèí,
Ì., Íåäðà, 1991.
.
Ñóëåéìàíîâ À.Á.,
Êàðàïåòîâ Ê.À.,
ßøèí À.Ñ., Òåõíèêà
è òåõíîëîãèÿ
êàïèòàëüíîãî
ðåìîíòà ñêâàæèí,
Ì., Íåäðà, 1987.
.
Áóõàëåíêî Å.È.,
Àáäóëëàåâ Þ.Ã.,
Ìîíòàæ, îáñëóæèâàíèå
è ðåìîíò íåôòåïðîìûñëîâîãî
îáîðóäîâàíèÿ,
Ì., Íåäðà, 1985.
.
Ìàòåðèàëû ÍÃÄÓ.Þ.
Êóöûí Ï.Â., Îõðàíà
òðóäà â íåôòÿíîé
è ãàçîâîé ïðîìûøëåííîñòè,
Ì., Íåäðà, 1987.
.
Áîéêî Â.Ñ., Ðàçðàáîòêà
è ýêñïëóàòàöèÿ
íåôòÿíûõ ìåñòîðîæäåíèé,
Ì., Íåäðà, 1990.
.
Óìåòáàåâ Â.Ã.,
Ãåîëîãî-òåõíè÷åñêèå
ìåðîïðèÿòèÿ ïðè
ýêñïëóàòàöèè
ñêâàæèí, Ì. Íåäðà,
1989.
.
Ìàõìóäîâ Ñ.À.,
Àáóçåðëè Ì.Ñ., Ìîíòàæ,
îáñëóæèâàíèå
è ðåìîíò ñêâàæèííûõ
ýëåêòðîíàñîñîâ,
Ì., Íåäðà, 1995.
Ðàçìåùåíî
íà Allbest.ru