Курсовая Оборудование для добычи нефти и газа. курсач оборудование пример. Курсовой проект по дисциплине Оборудование для добычи нефти на тему Расчеты оборудования для добычи нефти
 Скачать 0.87 Mb.
|
|
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации ФГБОУ ВО «Кубанский государственный технологический университет» (ФГБОУ ВО «КубГТУ») Институт нефти, газа и энергетики Кафедра нефтегазового дела им. проф. Г.Т.Вартумяна Направление подготовки: 21.03.01 «Нефтегазовое дело» Профиль: «Эксплуатация и обслуживание объектов добычи нефти» КУРСОВОЙ ПРОЕКТ по дисциплине: «Оборудование для добычи нефти» на тему: «Расчеты оборудования для добычи нефти» Выполнил студент Иванов В.С. курса 4 группы 18-НБ-НД1 Ф.И.О. Допущен к защите______________ Руководитель работы, доцент _____________/С.В. Усов/ (подпись, дата) Защищен___________________ Оценка_____________________ (дата) Члены комиссии__________________________________/В.В. Климов/ __________________________________/Н.М. Лешкович/ (подпись, дата) Краснодар 2021 г. Министерство науки и высшего образования Российской Федерации ФГБОУ ВО «Кубанский государственный технологический университет» (ФГБОУ ВО «КубГТУ») Институт нефти, газа и энергетики Кафедра нефтегазового дела им. проф. Г.Т.Вартумяна Направление подготовки: 21.03.01 «Нефтегазовое дело» Профиль: «Эксплуатация и обслуживание объектов добычи нефти» УТВЕРЖДАЮ Зав. Кафедрой НГД, д.т.н., проф. ______________Антониади Д. Г. «____»________________ 2021 г. ЗАДАНИЕ на курсовой проект Студенту: Иванову Владимиру Сергеевичу курса 4 группы 18-НБ-НД1 Тема проекта: «Расчёты оборудования для добычи нефти» (утверждена указанием директора института №______ от ________20__г.) План проекта: 1 Теоретическая часть: 1.1 Прискважинные сооружения; 1.2 Оборудование для увеличения проницаемости пласта; 1.3 Установки гидропоршневых насосов для добычи нефти, струйные насосы; 2 Расчетная часть: 2.1 Определение длины хода и диаметра плунжера, обеспечивающего максимальную производительность насоса; 2.2 Расчет колонны насосных штанг; 2.3 Расчет уравновешивания станков-качалок; 2.4 Расчет пускового давления компрессорного подъемника; 2.5 Расчет нагрузки на подъемный крюк, оснастки талевой системы и рационального использования мощности подъемника; 2.6 Определение диаметра штуцера фонтанной арматуры; 2.7 Выбор и расчет насосно-компрессорных труб. Объем проекта: а) пояснительная записка _60_ с. б) графическая часть _10_ рисунков. Рекомендуемая литература: 1.) Оборудование для добычи нефти. Методические указания к практическим занятиям. Сост.: Арутюнов А.А. и др. – Краснодар: Издательский дом – Юг, 2014 г. – 182 с. 2.) Расчеты в технологии и технике добычи нефти. Оркин К.Г. - Москва: Издательство «Недра», 1987 . - 374 с. Срок выполнения: с « 14 » 09 20 21 г. по « 07 » 12 20 21г. Срок защиты: с « 07 » 12 20 21 г. Дата выдачи задания: « 14 » 09 20 21 г. Дата сдачи проекта на кафедру: « 07 » 12 20 21 г. Руководитель проекта: ________________________/ С. В._Усов _ / Задание принял студент ________________________/_ В. С.Мищенко _/ (подпись, дата, расшифровка подписи) Реферат Курсовой проект содержит: 60 страниц, 10 рисунков, 28 источников используемой литературы. СКВАЖИНА, НЕФТЬ, ГАЗ, ПРИСКВАЖИННОЕ СООРУЖЕНИЕ, ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОБЫЧИ, ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРИТОКА, ГИДРОПОРШНЕВОЙ НАСОС, СТРУЙНЫЙ НАСОС, УВЕЛИЧЕНИЕ ПРОНИЦАЕМОСТИ, ПРОДУКТИВНЫЙ ПЛАСТ. В данном курсовом проекте исследованы и проанализированы следующие вопросы: прискважинные сооружения и транспортные коммуникации; оборудование для увеличения проницаемости; установки гидропоршневых насосов; струйные насосы. На сегодняшний день, данные вопросы являются актуальными из-за сложностей возникающих при эксплуатации нефтяных и газовых скважин, недостаточной развитости современного оборудования и технологий, применяемых при добыче нефти и газа, а также роста потребностей нефтегазодобывающих компаний и требуют детального рассмотрения и новых технических и технологических решений. Также, в данном курсовом проекте были проведены различные практические расчеты оборудования при эксплуатации нефтяных и газовых месторождений. Содержание
Введение По мере развития нефтегазодобывающей промышленности в связи с постепенным усложнением и увеличением числа выполняемых на скважине технологических процессов и особенно в связи с разработкой месторождений нефти и газа на заболоченных территориях, на Крайнем Севере, на мелководном и глубоководном морском и океанском шельфе появилась необходимость в сооружении вокруг скважины специальных нивелированных площадок для размещения на них стационарного или передвижного технологического оборудования и для других целей [1]. При разработке месторождений на суше эти площадки создаются на грунтовой основе, на заболоченных территориях намывкой грунта в зоне устьев скважин или сооружением металлоконструкций. При разработке месторождений на мелководном шельфе площадки и транспортные коммуникации, связывающие их, сооружаются в виде системы эстакад или отдельно стоящих платформ, базирующихся на металлоконструкциях или сваях. Наиболее сложных, качественно новых решений потребовала разработка месторождений на глубоководном морском и океанском шельфе. Необходимость создания площадок - оснований для проводки скважины и ее последующей эксплуатации обусловила возникновение многочисленных вариантов базирования средств бурения и эксплуатации скважин, к которым в настоящее время относятся стационарные, плавучие, полупогруженные и подводные основания. Все эти сооружения весьма сложны, металлоемки и дороги. Стоимость их соизмерима, а часто превышает стоимость собственно скважины. Несмотря на сравнительно многолетнюю практику проектирования и строительства всех видов прискважинных площадок, оснований и транспортных коммуникаций, до сих пор проблема их создания не может считаться решенной с достаточной полнотой, что объясняется исключительной ее сложностью. В частности, нельзя считать решенными задачи обеспечения надежности, безопасности, защиты окружающей среды, приемлемой стоимости и металлоемкости [2]. Еще одним важным вопросом является выбор способа эксплуатации нефтяного или газового продуктивного пласта. К сожалению, универсального способа нет, и выбор способа эксплуатации зависит от типа пласта-коллектора, физико-химических свойств насыщающего его флюида и многих проблем, сопровождающих нелегкий процесс добычи. Одним из известных способов является применение бесштанговых насосов, а именно гидропоршневых и струйных насосов. Также, как сказано выше, во время разработки нефтяного или газового месторождения возникают многие сложности. Одной из них является снижение проницаемости пласта и призабойной зоны скважины. Для решения этой проблемы ведущие инженеры мира разрабатывают разные технологии и технику для их осуществления. 1 Теоретическая часть 1.1 Прискважинные сооружения 1.1.1 Прискважинные сооружения и транспортные коммуникации на суше, заболоченных территориях и мелководных акваториях Эксплуатационные нефтяные и газовые, а также нагнетательные скважины на суше оснащаются горизонтальной площадкой, размеры которой должны позволять размещать агрегаты и другое оборудование для выполнения различных технологических процессов, необходимых по условиям эксплуатации скважины в различные периоды разработки месторождения. К таким агрегатам прежде всего относятся агрегаты подземного ремонта скважин, а также для промывки, кислотной обработки, гидроразрыва пласта, депарафинизации. Нельзя не заметить, что поверхность площадки должна быть строго горизонтальной, ровной и обладать несущей способностью, исключающей возможность ее деформации. Наиболее экономически целесообразно такую площадку сооружать с цементным покрытием, монолитную или блочную, рассчитанную на весь срок службы скважины. Расчеты показывают, что даже при относительно редко проводимых подземных ремонтах расходы на сооружение капитальной с твердым покрытием прискважинной площадки окупаются после нескольких подземных ремонтов скважин [3]. Площадки эксплуатационных скважин промыслов, расположенных на заболоченных площадях, чаще всего создаются отсыпкой или намывкой грунта с последующей нивелировкой поверхности до отметки выше возможного уровня воды. Площадки соединяются сетью дорог, проложенных по дамбам. Так как подобные месторождения разрабатываются, как правило, кустами наклонно направленных скважин, то каждая площадка сооружается для бурения одного куста и в дальнейшем обустраивается для эксплуатации этих скважин. Иногда на заболоченных территориях площадки и дороги, связывающие их, сооружаются на свайных фундаментах и уложенных на них металлоконструкциях. Подобные же сооружения применяются в широких масштабах для разработки морских шельфовых месторождений в России на Каспийском море, где они используются до сих пор на акваториях с небольшими (8-12 м) глубинами моря. Месторождение Нефтяные Камни в районе Баку полностью разработано с использованием металлических свайных оснований и эстакад общей протяженностью более 300 км. По масштабам использования подобных сооружений это месторождение единственное в мире. 1.1.2 Прискважинные сооружения для разработки месторождений на глубоководном шельфе Особенности сооружений для проведения работ у устья скважин в процессе их эксплуатации при глубине моря более 50 м обусловлены спецификой их бурения. С этой точки зрения их можно разделить на две группы: сооружения, в которых полностью или частично использованы элементы буровых платформ и предназначенные только для эксплуатации скважин. Как отмечает автор, поскольку стоимость бурового оборудования в большинстве случаев составляет меньшую часть стоимости всего сооружения, то в ряде случаев часть его может быть оставлена и на период эксплуатации скважин. Причем при использовании специального эксплуатационного оборудования его конструкция тесно связана или предопределяется конструкцией буровой техники, технологией бурения и особенностями заканчивания скважины [4]. Конструкции, в которых используют элементы буровых платформ, бывают свайного, одноколонного и островного типов. Конструкции второй группы делятся на свайные, одноколонные и подводные автономные системы. Свайные конструкции для бурения и эксплуатации скважин позволяют осуществить весь комплекс работы при глубине моря до 300 м. Они либо полностью оставляются после бурения скважин, либо верхняя часть с буровым оборудованием заменяется на более легкую, позволяющую эксплуатировать скважину. Улучшенная разновидность конструкций свайного типа - башенная платформа изображена на рисунке 1. Она представляет собой четыре вертикальные опоры диаметром 1,5-2,4 м с расстоянием между ними 30,5 м. Опоры соединены поясами и раскосами, Платформа закрепляется на морском дне сваями, пропускаемыми внутри опор. Эти же сваи могут служить в качестве кондукторов скважин. Конструкция предназначена для работы при глубине моря до 475 м. В верхней части расположены две палубы размером 45,7х45,7 м, на которых размещается все оборудование. Ферма расчаливается 20 якорями. Отдельные элементы фермы доставляются на баржах, после заполнения их внутренних полостей водой они в вертикальном положении устанавливаются в необходимом месте и заякориваются [5]. В процессе эксплуатации это сооружение должно выдерживать волны высотой до 30 м и ураганный ветер. Срок службы 40 - 50 лет. Конструкция опор платформы, используемой для бурения и эксплуатации, должна обеспечивать защиту участков эксплуатационных колонн от дна моря до устья от внешних воздействий. Это достигается за счет расположения скважин внутри фермы либо проводкой скважин через цемент, заполняющий внутренний объем опор. Во втором случае диаметр труб для опор составляет 5 - 7 м, а их внутренняя полость заполняется цементным раствором при сооружении платформы.  Р и с у н о к 1 – Расчлененная платформа башенного типа Одноколонные платформы представляют собой сооружение, состоящее из трех частей: нижней, заглубленной в морское дно и заполненной бетоном, промежуточной и верхней, часть которой находится под водой. Верхняя часть несет на себе оборудование, необходимое для бурения и эксплуатации скважин, жилые и складские помещения [6]. Одноколонная (или одноопорная) платформа для бурения и эксплуатации скважин, которая изображена на рисунке 2, имеет полый колоколообразный металлический корпус 5, в нижней части которого установлено кольцо 8, снабженное цилиндрическими коронками 9, заглубленными в дно и препятствующими горизонтальному смещению платформы. Внутренняя полость корпуса 5 разделена на отсеки 6, в которые по трубопроводам 7 подается балласт - вода или песок. В верхней части колокола имеется клапан 4 для удаления воздуха при затоплении платформы. Кольцо 8 соединено с резервуаром 11 посредством радиальных стержней 10. В верхней части резервуар соединен с корпусом. С помощью конического переходника, являющегося верхней частью резервуара, корпус соединен с полой трубчатой колонной 3, несущей на себе площадку 2 с буровым 1 или эксплуатационным оборудованием. Через резервуар проходят две трубы 12, 13, одна из которых служит кондуктором при бурении скважины, а вторая - для подачи в резервуар балласта.  Р и с у н о к 2 – Одноколонная буровая платформа Платформы подобного типа называются гравитационными, поскольку они не крепятся ко дну моря. Их доставляют на место установки на плаву, и после выпуска воздуха из внутренних полостей и заполнения балластом платформу устанавливают на дне. После бурения скважин добываемая нефть хранится в центральном резервуаре либо внутри корпуса. Все работы в процессе эксплуатации скважин ведутся с верхней палубы площадки, где расположены устья скважин. Для перемещения платформы на новое место балласт удаляют, во внутренние отсеки закачивают воздух, и платформа всплывает. Платформы островного типа обычно сооружаются при глубине моря не более 100 - 130 м. Предельная целесообразная глубина до 200 м. Особенно эффективно применение подобных конструкций при постоянном воздействии сильных волн, ветра и льда. Для бурения и эксплуатации скважин в ледовых водах Арктики разработан проект ледового острова, который представляет собой в вертикальном поперечном сечении два усеченных конуса, приставленных вершинами друг к другу. Подобная форма наиболее эффективна для разрушения и отвода льда, движущегося относительно острова под действием течения и ветра. Помимо описанного, применяются острова, сооружаемые и железобетона. По сравнению с металлическими они более устойчивы против коррозии, не подвержены усталостным де формациям и более стабильны за счет большей массы [7]. Специальные конструкции для эксплуатации скважин применяют обычно в тех случаях, когда для бурения скважин используют передвижные основания. Последние подразделяются на самоподъемные и плавучие. Самоподъемные морские буро вые имеют плавучий корпус, который можно транспортировать по морю. На корпусе смонтированы буровая вышка, энергетическое и буровое оборудование, склады, жилые помещения. В корпусе имеются шахты, через которые спускаются три или четыре опоры. После их спуска и закрепления в твердом грунте корпус с помощью домкратов поднимается на высоту, необходимую для ведения работ при любой погоде. К установкам подобного типа относятся плавучие буровые установки «Хазар» и «Бакы», эксплуатирующиеся в Каспийском море. Помимо самоподъемных платформ для бурения скважин применяются плавучие, представляющие собой специальные корабли или понтоны, несущие на себе комплекс оборудования. Н а время бурения полупогружная морская платформа устанавливается с помощью якорей. Действие ветра и волн компенсируется поворотными винтами, управляемыми по команде ЭВМ. В этом случае устье скважины находится на дне моря, там же располагается и комплекс устьевого оборудования. На рисунке 3 изображена одноколонная платформа для эксплуатации скважин, которая аналогична, такой же платформе для бурения, но имеет мёньшую массу по сравнению с ней. Для уменьшения массы конструкции подобные платформы могут быть выполнены «качающимися». Они представляют собой площадку 1 с эксплуатационным оборудованием, установленную на ферме 2, нижняя часть которой соединена с опорной частью 5, неподвижно закрепленной на дне моря посредством шарнира. Вертикальное положение такой платформы обеспечивается за счет полностью погруженных под уровень моря понтонов или емкостей, используемых для хранения добытой нефти. Для защиты шарнира 6 от действия морской воды предусмотрена специальная конструкция, включающая водонепроницаемый кожух 3, под который с поверхности по маслопроводу 7 подается жидкая смазка. Кожух 3 закрыт защитной воронкой 4. Для поддержания постоянного уровня масла имеются предохранительный клапан и подпиточный насос [8]. Аналогичным образом устанавливаются и подводные резервуары для хранения нефти. При создании оборудования для морских промыслов необходимо учитывать специфику их эксплуатации.  Р и с у н о к 3 – Эксплуатационная платформа с подводным расположением устьев куста скважин Влияние глубины вод. При глубине моря до 30 м, как привило, используют специализированные буровые и эксплуатационные платформы. При глубине до 120 м для экономии металла и материальных затрат используют одну и ту же платформу и для бурения, и для эксплуатации (после бурения отдельные ее элементы удаляются). Подобные сооружения проектируют на 15 - 60 скважин. Конструкция сооружения может включать в себя основание, состоящее из большого числа свай. Для глубин до 180 м целесообразно использование оснований, состоящих из 4 или более свай, установленных в углах конструкции [9]. Увеличение глубины установки платформы приводит к увеличению ее массы, которая, в частности, зависит от конструкции палубы, на которой установлено оборудование. Для ее уменьшения используют двух- и трехъярусные палубы. При использовании трехпалубных платформ на верхней располагают буровое оборудование, на средней - эксплуатационное, на нижней - складские помещения и системы обогрева, вентиляции энергоснабжения, опреснения воды и т. д. Характерной особенностью оснований является увеличение диаметров и толщин стенок элементов конструкций с увеличением глубин моря, для которых они проектируется. Влияние ледяных полей. Наличие ледяных полей или льдин на поверхности моря обусловливает создание конструкций с минимально возможным числом (три - четыре) свай или опор, обладающих при этом необходимой прочностью. Диаметр опорных стоек составляет 6 м и более. Для увеличения жесткости внутри они снабжены системой ребер. Стойки соединяются друг с другом над и под водой на глубине безопасной для воздействия подвижного льда [10]. Помимо перечисленных необходимо учитывать: воздействие ветра, волн и приливов, сейсмическое воздействие, особенности грунта, на который устанавливается платформа. Рассмотривают наиболее специфические виды нагрузок. Волновые нагрузки. По своему характеру это динамические нагрузки. Горизонтальная их составляющая на единицу длины цилиндрического элемента основания определяется по формуле:  (1)где  – коэффициент сопротивления, = 0,5 – 1;  – плотность воды,  - ускорение силы тяжести,  – диаметр элемента конструкции,  - горизонтальная составляющая скорости течения,  – коэффициент массы ( = 1,5-2,0),  – горизонтальная составляющая ускорения частиц воды.При увеличении глубины моря необходимо учитывать не только прямое воздействие волн, но и возможности появления резонанса, Т. е. частоты собственных колебаний систем приближаются к частотам воздействия волн. Так, например, при глубинах более 120 м период собственных колебаний превышает 3 - 4 с, что соответствует периоду воздействия волн на сооружение [11]. Ветровая нагрузка. Сила ветра, действующего на платформу, определяется по формуле:  (2)где - скорость ветра на высоте 10 м;  - коэффициент формы, А - площадь вертикальной проекции платформы.Нагрузка от морского течения. При действии течения на элементы конструкции возникает сила, обусловленная лобовым сопротивлением  , и подъемная сила  , которые определяются по формулам: , (3) , (4)где - коэффициент лобового сопротивления,  - коэффициент подъема. Эти коэффициенты зависят от скорости течения и типа элемента. Воздействие движущегося льда на конструкцию определятся по формуле:  (5)где  - коэффициент пропорциональности,  - прочность льда,  - площадь проекции конструкции, находящейся под напором льда. Величина зависит от содержания соли, скорости нагружения, температуры и т. п.Монтажные нагрузки обусловлены спецификой транспортирования и особенностями монтажа в море. При определении этих нагрузок необходимо учитывать все фазы: спуск элементов конструкции со стапеля, погрузку на баржи, транспортирование на плаву и т. п. Определяются нагрузки, действующие при повороте платформы в вертикальное положение, при ее установке на месте. Незатапливаемые полости проверяются на смятие от гидростатического давления при максимальном погружении платформы. Автор считает, что морские нефтяные месторождения можно эксплуатировать скважинами с подводным расположением устья. Считается, что при глубинах более 180 м использование подводного устья и установленных на дне эксплуатационных установок более рационально [12]. Перенос устьевого оборудования на дно моря позволяет уменьшить его коррозию, исключает возникновение волновых или ветровых нагрузок, а также воздействие ледяных полей. Кроме того, устраняются помехи для судоходства и исключается возможность аварий, возникающих при столкновении судов с платформой. В эксплуатационной платформе с подводным расположением устьев может использоваться часть буровой платформы. После окончания бурения верхняя часть, состоящая из основания буровой установки, смонтированной выше уровня моря, снимается, а скважинные головки размещаются на подводной площадке, установленной на трубчатом основании, закрепленном на морском дне. Внутренняя полость основания используется для хранения добытой нефти. На рисунке 4 изображена система, которая позволяет обслуживать оборудование устья скважины. Для обслуживания оборудования устья 4 скважины, расположенной на дне моря, можно использовать оборудование, аналогичное применяемому на суше. В этом случае применяют погружную стальную камеру 3, в которой поддерживается атмосферное давление. Внутренняя полость камеры 3 заполнена азотом, поэтому возникновение пожара или взрыва на устье исключено. Обслуживание или ремонт оборудования проводит бригада из двух - трех человек, которых доставляют с поверхности моря в капсуле 1, стыкующейся с камерой посредством соединительной юбки 2 и люков 5. Люди работают в камере либо в кислородных масках, либо на период проведения работ в камеру подается воздух. Хотя подобные системы дороги, но они позволяют обслуживать и ремонтировать оборудование без помощи водолазов. Камеры аналогичных конструкций используются и для организации манифольдного центра трубопроводов [13]. Помимо этого осуществлены или находятся в стадии разработки другие проекты, включающие в себя телеуправляемое автономное оборудование для работы на дне моря, мини-лодки, системы для ликвидации аварий и тушения пожаров. В зависимости от их особенностей решаются в разных вариантах и конструкции прискважинных площадок баз обслуживания скважин.  Р и с у н о к 4 – Система, обеспечивающая «сухое» обслуживание оборудования устья скважины |