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;
– 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,
– 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.