Основные принципы проектирования ШСНУ

⇐ ПредыдущаяСтр 8 из 23Следующая ⇒

В процессе эксплуатации нефтяного месторождения меняются условия работы отдельных скв-н. Продукция обводняется, пластовое давл-е сниж-ся, увел-ся приток газа, сниж-ся дебит, пониж-ся уровень жид-ти. Однако не всегда удается выбрать оборудование, в том числе и СК, кот-ое наилучшим образом соответс-ло бы сложившимся в данный момент усл-ям. СК остается на весь период насосной эксплуатации, так как его замена связана с переделкой фундамента и сопряжена с др. большими трудностями. Рассчитывается насосная установка и главным образом СК на наиболее тяжелые условия работы, кот-ые могут возникнуть в течение экспл-ии скв-ны, - пуск штанговой насосной установки после глушения скв-ны тяжелой жид-ью при ее ремонте. В этом случае нагрузки на штанги и на головку балансира будут наибольшими. Однако при эксплуатации и ремонте на скважине тяжелые штанги, необходимость в которых может возникнуть в период освоения, могут быть заменены на другие, лучше отвечающие условиям откачки чистой газированной нефти.

Расчет ШСНУ при откачке газированной жидкости наиболее сложен, поэтому остановимся на нем подробнее. Если установлен отбор жидк-и Q, то дальнейший расчет ведется след-м обр-м.

1.По уравнению притока или по индикаторной линии определяется забойное давление, соответствующее отбору жидкости Q. 2.Из точки, соответствующей принятому забойному давлению р_с, рассчитывается по шагам и строится линия распределения давления р(х) (рис. 19, кривая 1) «снизу вверх» для условия движения по обсадной колонне жидкости с расходом Q при пластовом газовом факторе Г₀.

Рис.13. Проектирование глубины подвески штангового насоса с помощью кривых распределения давления

Расчет линии распределения давления р(х) может быть осуществлен по любой методике, описывающей процесс движения ГЖС в вертикальных трубах. 3.Если забойное давление больше давления насыщения, то до точки р_нас проводится прямая линия под углом, соответствующим градиенту давления негазированной жидкости плотностью, соответствующей термодинамическим условиям забоя. Выше точки р_нас линия распределения давления р(х) строится по формулам, описывающим процесс движения ГЖС. 4.В процессе построения кривой распределения давления по шагам определяется расходное газосодержание b на каждом интервале (шаге). По этим данным строится от забоя, или, если р_с > р_нас, от глубины, где р = р_нас, кривая распределения расходного газосодержания b(х) (рис.19, кривая 2} и одновременно кривая распределения приведенного газового фактора R(x) (рис.19, кривая 3), т. е. зависимость газового фактора, приведенного к данным термодинамическим условиям, от глубины. Поскольку

(1)

то, решая (90) относительно R, находим

(2)

5.На горизонтальной линии давлений, проведенной от устья скважины (рис.13), откладывается устьевое давление р_у, при котором продукция скважины будет поступать в нефтесборную сеть. 6.От устьевого давления р_у строится новая кривая распределения давления р(х) по методу «сверху вниз» для расхода жидкости, соответствующего дебиту скважины при выбранном диаметре НКТ, и для газового фактора с учетом сепарации на приеме насоса (рис.13, кривая 4).

Следует отметить, что в штанговой насосной установке ГЖС движется по кольцевому зазору между НКТ и штангами. Надежных методов расчета движения ГЖС для этих условий не существует, так как возвратно-поступательное движение штанг в потоке смеси, очевидно, будет влиять на скольжение газа, его относительную скорость, на потери давления на трение и т. д. Учесть все это затруднительно. Можно рекомендовать рассчитывать этот процесс для трубы с фиктивным диаметром, определяемым через гидравлический радиус кольцевого сечения между внутренними стенками НКТ и наружной поверхностью штанг. Линия распределения давления от устья должна быть построена до такой глубины, при которой обе линии р(х), построенные сверху вниз (кривая 4) и снизу вверх (кривая 1), перекрывали бы друг друга на значительном диапазоне глубин, возможных для спуска насоса. Область перекрытия двух линий р(х) (заштрихованная область на рис.19) и есть область возможных глубин спуска насоса. 7.Если насос спустить на глубину L_н, то пересечение горизонтали с кривой 1 (точка а) определит давление на приеме насоса р_пр; пересечение с кривой 2 (точка с) - расходное газосодсржание на приеме насоса b_пр; с кривой 3 (точка d) - газовый фактор R_пр, приведенный к условиям приема насоса; с линией 4 - давление нагнетания р_н или давление на выкиде насоса (точка е). Разница давления р_н - р_пр даст давление, развиваемое насосом. Зная давление р_н, можно определить нагрузку на штанги от столба жидкости р_ж = (р_н - р_пр) F, где F - площадь плунжера. В данном случае противодавление на устье р_у уже учтено построением кривой р(х) от точки р_у «сверху вниз». 8.Зная R(x), можно определить коэффициент наполнения насоса h₁ и построить дополнительный график зависимости этого коэффициента h₁I от глубины х (рис.19, кривая 5). Она существенно облегчает выбор глубины подвески насоса L_н. В таком случае пересечение горизонтали с линией 5 дает значение коэффициента наполнения насоса при его спуске на глубину L_н (точка 6). 9.Предварительно задаваясь наиболее вероятными значениями остальных коэффициентов, влияющих на подачу насоса, такими как коэффициенты потери хода h₂, утечек h₃ и коэффициент усадки h₄, или делая их предварительные оценки для наиболее вероятных параметров откачки, определяем коэффициент подачи h = h₁h₂h₃h₄. 10.Оценив коэффициент подачи и зная дебит скважины, определяем возможные размеры насоса (площадь сечения плунжера) и параметры откачки S и n.

Поскольку стандартных размеров насосов несколько, а предварительная оценка размера насоса по дебиту всегда может быть сделана, то практически достаточно определить параметры S и n только для трех ближайших размеров насосов. 11.Критерием правильности выбора штангового насоса и параметров откачки S, n, являются обеспечение отбора заданного количества жидкости и получение наименьших нагрузок на головку балансира. Однако вследствие износа деталей насоса и увеличения утечек необходимо расчетную подачу насоса несколько завышать: при частых подземных ремонтных на 10 - 15 %, при редких ремонтах на 5 -10 %.

Задача выбора штанговой насосной установки многовариантна. Поэтому должны быть рассмотрены несколько вариантов. Следует иметь в виду, что подача изменением S и n (а также и F) может регулироваться ступенчато, так как существующие СК обеспечивают ступенчатое изменение S перестановкой пальца кривошипа и ступенчатое изменение n сменой шкива на валу электродвигателя. Принятие наименьшей величины F и наибольшей величины S всегда существенно уменьшает нагрузки на балансире СК. Поэтому из нескольких комбинаций S и n для трех стандартных вариантов F, обеспечивающих во всех случаях заданный отбор, следует выбрать тот, который обусловливает наименьшую нагрузку на головку балансира. 12.После установления размеров насоса, параметров откачки и глубины подвески насоса можно приступить к расчету одноступенчатой или многоступенчатой колонны штанг, используя известную номограмму Я.А. Грузинова или аналитические методы расчета. Процесс выбора насосных штанг и длин отдельных ступеней колонны облегчается благодаря наличию различных таблиц, в которых заранее определены наивыгоднейшие размеры штанг и соотношения длин ступеней, исходя из принципа равнопрочности для насосов различного размера. 13.Типоразмер СК выбирается по максимальным нагрузке на головку балансира и крутящему моменту на валу редуктора, которые не должны превышать рекомендованные для данного СК и указанные в паспортной характеристике. Максимальный момент на валу кривошипа определяется следующим образом. Для правильно уравновешенного СК из всех сил, действующих на головку балансира, уравновешенными с помощью контргрузов (балансирных, роторных или комбинированных) являются сила веса штанг в жидкости и половина веса столба жидкости, т. е. Р_ш + Р_ж/2. Неуравновешенной силой при ходе вверх и вниз остается сила Р_ж/2. Умножая эту силу на длину переднего плеча балансира k₁, согласно паспортной характеристике СК получим крутящий момент

(92)

Для преодоления сил трения в подвижных сочленениях СК также нужно затратить энергию, т. е. приложить на валу кривошипа дополнительный момент. Тогда расчетный момент

(93)

Механический КПД станка-качалки может быть определен так:

(94)

где в числителе - крутящий момент, расходуемый на совершение полезной работы, а в знаменателе - полный крутящий момент с учетом сил трения. Из (94) следует

(95)

Поэтому расчетный момент на валу редуктора или кривошипа может быть определен по формуле

(96)

Эта формула учитывает главные действующие силы, возникающие в звеньях СК, и не учитывает сил инерции. При наличии динамограммы расчетный момент может быть определен по формуле

(97)

где Р_m_ах - максимальная нагрузка, определенная по динамограмме; Р_min - минимальная нагрузка, определенная по той же динамограмме; h_M - механический КПД. СК от канатной подвески до вала редуктора (ориентировочно может быть принят равным 0,85).

14.Ориентировочно СК, насос и параметры откачки могут быть выбраны с помощью таблиц, в которых приводятся размеры насосов, глубины их спуска, размеры штанг и подачи насоса при тех или иных S и n.

Кроме того, для той же цели составлена диаграмма (А. Н. Адонин), позволяющая по заданному дебиту и глубине спуска насоса определить диаметр цилиндра насоса и тип СК.

Все СК делятся на две группы - так называемые базовые модели и модифицированные, отличающиеся от базовых удлиненным передним плечом балансира.

На диаграммах штриховкой показаны области применения различных СК, а цифрами в кружках - размеры (диаметры) плунжера насоса, применение которого целесообразно для откачки жидкости при данных условиях. Диаграмма составлена в предположении, что давление на устье и на приеме насоса (уровень у приема насоса) пренебрежимо малы. Для учета указанных давлений в расчетную глубину спуска насоса вносится поправка

(98)

где F - площадь плунжера; р_y, р_пр - давление на устье и на приеме насоса соответственно; q_ш - средний вес 1 м штанговой колонны.

Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 421; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 3 4 5 6 789 10 11 12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!