Выберем оборудование ШГНУ и определим параметры работы насоса.

Задача 1

Подобрать колонну НКТ для фонтанной эксплуатации скважины, рассчитать длины колонн на наклонном участке скважины и на участке набора кривизны с проверкой условий прочности на растяжение и внутреннее давление при условии оттеснения жидкости в затрубном пространстве до уровня воронки НКТ.

Схема спущенной НКТ:

Исходные данные:

длина V1 = 640 м,

длина V3 = 3600 м,

длина D2 =1350 м,

темп набора угла q = 1,3 град/10м,

размер О.К.- 168х8,9 мм,

плотность ρ_ж =830 кг/м³,

давление буферное Р_буф = 0,2 МПа.

Решение:

1. Рассчитаем общую длину ОК.

Рассчитаем радиус кривизны R1:

; R1= 180*10/(3,14*1,3)=440,9 м.

Найдём угол наклона Θ:

DC = D2 – R1 =1350-440,9= 909,1м;

DO = V3 – V1 = 3600-640=2960м;

DOC = tg^-1DC/DO= tg^-1909,1/2960= 17,07⁰;

OC = DO/cos DOC =3096,2м;

BOC = cos^-1 R1/OC = cos^-1 440,9/3096,2=81,81⁰;

BOD = BOC – DOC = 81,81 -17,07=64,74⁰;

Θ = 90 – BOD = 90 – 64,74= 25,26⁰.

Найдём суммарную длину MC:

BC= √(OC² – R1²)= 3064,65 м;

AB = (π/180)*R1* Θ = (3,14/180)*440,9*25,26⁰ =196,08 м;

MC = V1 + AB + BC = 640+196,08+3064,65=3900,93 м.

2.Теперь подберём НКТ. Начинаем с труб худшего качества:

НКТ 102*6,5Д (σ_t = 380 МПа) с треугольной резьбой, для нижней секции

По формуле Яковлева-Шумилова рассчитаем предельную страгивающую нагрузку, труба стронется при

= (3,14*93,29*10^-3*4,69*10^-3*380*10⁶)//(1+0,42*93,29*10^-3*0,384/(2*49,3*10^-3)) = 452784,84 Н; – достигнув этого значения резьба стронется.

b = δ – h = 6,5– 1,81= 4,69 мм;

d = D_н – 2 * δ = 101,6 – 2 * 6,5= 88,6 мм;

D_ср = d + b =88,6+ 4,69= 93,29 мм;

L_рез = 49,3мм;

η=b/(δ + b) =4,69/(6,5+4,69) =0,42– поправка Шумилова;

Теперь подсчитаем прочность тела трубы:

P_пр= π/4 [(D_н)² – d²] * σ_t=3,14/4[(101,6)²-88,6²]*380*10⁶=522036,93H.

Так как P_стр<P_пр дальнейший расчет ведем по страгивающей нагрузке: определяется допустимая глубина спуска данной трубы с заданным коэффициентом запаса.

Места соединения труб более предрасположены к разрыву, поэтому при подсчёте L_т обратим внимание на P_стр :

L_тр.1= P_стр/q*n*g, где n – коэффициент запаса;

L_тр.1= 452784,84/(15,76*1,3*9.81) = 2252,8 м.

Т.к. скважина наклонная, то найдём неиспользованное напряжение, т.е. облегчение колонны в связи с наклоном траектории:

Q_BC= BC * q * g * cos Θ=3064,65* 15,76* 9.81 * 0,929= 440171,4Н;

Q_{т. верт.}=BC * q * g= 3064,65*15,76*9.81 =473812,1 Н;

Q_{т. верт} - Q_BC= 473812,1-440171,4=33640,6 Н; – облегчение.

Значит, можно добавить колонну длиной:

L_{т. верт}=33640,6/(15,76*9,81*1,3)=167,4 м.

Общая длина нижней секции:

L_{т. общ.1}= L_т + L_{т. верт} = 2252,8+167,4=2420,2 м;

Q_{т. общ.1.}=473812,1 Н.

Определим допустимое внутреннее давление

P_вн=2*δ*[σ]/D=2*6,5*380/101,6=48,6 МПа.

Определим фактическое внутреннее давление:

P_ф=ρ*g*V3+P_буф= (830*9,81*3600)*10^-6+0,2=31,95 МПа.

Коэффициент запаса (при условии, что в затрубе ничего нет):

η=P_вн/P_ф=48,6/31,95=1,52.

3.Подбираем НКТ для верхней секции большей прочности:

трубы с высаженными наружу концами с треугольной резьбой –НКТ 102x6,5 К (σ=490 МПа).

До устья не хватает:

L_{т. общ 2} = MC- L_{т. общ 1}=3900,93-2420,2=1480,73 м.

По формуле Яковлева-Шумилова рассчитаем предельную страгивающую нагрузку, труба стронется при

=(3.14*96,64*10^-3*7,89*10^-3*490*10⁶)/

/(1+0,548*96,49*10^-3*0,384/(2*51,3*10^-3)) = 977750,9 Н; – достигнув этого значения резьба стронется.

Где

b = (D_выс – d)/2-h=(108– 88,6)/2-1,81=7,89мм;

d = D_н – 2 * δ = 101,6 – 2 * 6,5= 88,6 мм;

D_ср = d + b = 88,6+7,89= 96,49мм;

L_рез = 51,3мм;

η=b/(δ + b) =7,89/(6,5+7,89) =0,548– поправка Шумилова;

Теперь подсчитаем прочность тела трубы:

P_пр= π/4 * [(D_н² – d²)] * σ_t=3,14/4*([101,6²-88,6²]*490) = 951085,6H.

Так как P_стр>P_пр дальнейший расчет ведем по предельной прочности тела трубы: определяется допустимая глубина спуска данной трубы с заданным коэффициентом запаса.

Места соединения труб более предрасположены к разрыву, поэтому при подсчёте L_т обратим внимание на P_пр :

Q_{т. общ 2} =1480,73*15,76*9,81=228 929,14 Н.

Суммарный вес колонны:

Q_т.общ=Q_т.общ.1+Q_т.общ.2=473812,1+228 929,14 = 702 741,24 Н.

Коэффициент запаса:

η =P_пр.2/Q_т.общ.=951085,6 /702 741,24 = 1,35.

Выбранная нами ступенчатая колонна НКТ проходит по условию прочности, так и по внутреннему давлению для заданных условий скважины.

Задача 2.Рассчитать необходимый напор ЭЦН, выбрать насос и электродвигатель для заданных условий скважины.

Исходные данные:

внутренний диаметр эксплуатационной колонны - 130 мм;

дебит жидкости Q =410 м³/сут;

глубина скважины -2648 м;

статический уровень h_ст = 1100 м;

коэффициент продуктивности скважины К= 80 м³/(сут · МПа);

глубина погружения под динамический уровень h = 50 м;

кинематическая вязкость жидкости ν = 3сСт;

превышение уровня жидкости в сепараторе над устьем скважины h_г=20 м;

избыточное давление в сепараторе Р_с = 1,2МПа;

расстояние от устья до сепаратора l = 50 м;

плотность добываемой жидкости ρж = 840 кг/м³.

Решение:Определяем площадь внутреннего канала НКТ при V_ср = 1,25м/с:

Внутренний диаметр по формуле

Ближайший больший d_вн имеют НКТ диаметром 73 мм (d_вн = 62 мм).

Скорректируем выбранное значение V_ср = 1,3м/с:

410

Депрессия будет равна

Число Рейнольдса

Относительная гладкость труб по формуле:

Определим λ для сравнений.

Глубина спуска насоса

Потери на трение в трубах

₂

Потери напора в сепараторе

Величина необходимого напора

73,8

Для получения дебита Q = 410м³/сут и напора Нс =1941,4м выбираем ЭЦНИ5А - 400 - 2000 с числом ступеней 516, учитывая, что эксплуатационная колонна у нас внутренним диаметром 130 мм (гр. 5А).

Строим участок рабочей области характеристики Q - Н (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Рабочая область ЭЦН

По соотношению найдем напор насоса на реальной жидкости, если по условию ρ_ж = 840 кг/м3;

Для совмещения характеристик насоса и скважины определим число ступеней, которое нужно снять с насоса:

Следовательно, насос должен иметь 421 ступень, вместо снятых устанавливаются проставки.

При установке штуцера на выкиде из скважины мы совмещаем напоры ЭЦН и скважины, но уменьшаем подачу ЭЦН, одновременно уменьшая его КПД.

Полезная мощность электродвигателя

Необходимая мощность двигателя

Ближайший больший типоразмер это ПЭД140 - 117 с КПД 0,94, Задача 3. Для заданных условий скважин осуществить:выбор оборудования ШГНУ и определить параметры работы насоса,определение нагрузок на головку балансира СК, определить длину хода плунжера, расчет производительности и коэффициента подачи.

Исходные данные:

Диаметр эксплуатационной колоны D_эк=124 мм,

Глубина подвеса насоса H_сп=1280 м,

Буферное давление P_буф=0,3 МПа,

Пластовое давление P_пл=115,3атм=11,53 МПа,

Плотность 840 кг/м³,

Вязкость 0,11см²/с.

Забойное давление P_заб=100атм=10 МПа,

Дебит жидкости Q=15 т/сут=17,8 м³/сут,

Обводненность 95 %,

Динамический уровень H_д=1200 м,

Решение:

Выберем оборудование ШГНУ и определим параметры работы насоса.

По диаграмме А. Н. Адонина на пересечении проекций Q = 17,8 м³/сут и L = 1280 м находим 5СК4-2,1-1600, выбираем диаметр плунжера насоса 32 мм.

Выбираем диаметр штанги22 мм (длина ступени 31%) и диаметр штанг19 мм (длина ступени 69%). При общей глубине спуска 1280 м длина спуска штанг диаметром 22 мм -396,8 м, глубина спуска 19 мм - 883,2 м.

Режимные параметры 5СК4-2,1-1600 Sа = 0,84, 1,26, 1,86, 2,1м - длина хода точки подвески штанг. Число качаний, n = 5 – 15 мин^-1.

При длине хода Smax = 2,1 м, Qmax=28м³/сут, число качаний будет:

=15*(17,8/28)=9,5мин^-1.

Определим параметры работы насоса аналитическим методом, исходя из минимума напряжений в штангах.

Задаваясь стандартными длинами хода, определяем число качаний, площадь и диаметр плунжера.

n=6,58

F_пл₌

D_пл=

№ реж	S, м	N	Fпл, см²	Dпл, см
1	0,84	13,26	10,64	3,68
2	1,26	10,12	9,3	3,44
3	1,86	7,8	8,17	3,23
4	2,1	7,2	7,84	3,16
5	4,9	5	5,9	2,74
6	2,03	9	7,89	3,17
7	1,32	12	9,16	3,42

Средняя масса двухступенчатой колонны штанг

q_ср=q₁*0,31+q₂*0,69=3,14*0,31+2,35*0,69=2,6 кг/м.

где q1 и q2 - масса 1 п.м верхней и нижней секций штанг соответственно.

Из таблицы видно, что наиболее приемлемыми режимами работы насоса являются 4 и 6.

Для выбора оптимального режима определим максимальные значения нагрузок в точке подвеса штанг:

Для режима 4:

==7,84*10^-4*840*1280* *9,81+2,6*1280*9,81*(0,893+(2,1*7,2²)/1440)=39891,94 Н,

Для режима 6:

=7,89*10^-4*840*1280*9,81+

+2,6*1280*9,81*(0,893+(2,1*9²)/1440)=39996,8 Н,

Где

b= = 1-840/7850=0,893

Наиболее выгодным режимом будет 4-й. Минимальную нагрузку найдем по формуле:

=2,6*1280*9,81*(0,893-(2,1*7,2²/1440))=26686,2H.

Определим максимальное и минимальное напряжения и σ_пр:

=39891,94/3,8*10^-4=105 МПа;

=26686,2/3,8*10^-4=70,2 МПа;

где fш - площадь поперечного сечения штанг.

=(105-70,2)/2=17,4 МПа,

=(17,4*105)^1/2=42,74 МПа.

Выбираем штанги из стали 20Н2М σпр. = 90 МПа для некоррозионных условий.

Коэффициент запаса прочности штанг составит

=390/105=3,7.

Определим необходимое число качаний при использовании стандартного диаметра плунжера

=7,2*3,16/3,8=5,98мин^-1.

Для насоса допустимы длина хода 2,1 м и глубина спуска 1280 м. Диаметр НКТ 73 x 5,5 мм.

Определим диаметр шкива электродвигателя для нестандартного числа качаний:

=5,98*38*1000/1470=154,6 мм.

Мы увеличили диаметр насоса, уменьшили число качаний с 9,5 до 5,98 мин^-1.

Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 318; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 4 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!