Методические указания по выполнению практических работ тема 01. 02. 01. "Способы эксплуатации нефтяных и газовых месторождений "

• Название: Методические указания по выполнению практических работ тема 01. 02. 01. "Способы эксплуатации нефтяных и газовых месторождений "
• Дата: 01.03.2021
• Размер: 0.65 Mb.
• Имя файла: 0000d364-0a925c4f.docx
• Тип: Методические указания; #180640
• страница: 2 из 6

Формируемые компетенции:

ПК 1.2. Контролировать и поддерживать оптимальные режимы разработки и эксплуатации скважин

ОК 1. Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес.

ОК 2. Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.

ОК 6. Работать в коллективе и в команде, эффективно общаться с коллегами, руководством, потребителями.

Общие положения

Установки скважинных штанговых насосов (УСШН) широко применяются для эксплуатации различных категорий скважин. Осложнение условий эксплуатации добывающих скважин расширяет и область применения УСШН. Одна из основных задач проектирования эксплуатации скважин УСШН - обоснование и выбор (на первом этапе - предварительный или ориентировочный) компоновки УСШН для заданных условий эксплуатации.

Под компоновкой СШПУ понимают взаимосвязанную совокупность следующих параметров: диаметр и тип скважинного штангового насоса, глубина его спуска и конструкция колонны НКТ, а также типоразмер предварительно заданного станка-качалки, определяемых на начальном этапе проектирования. На следующем этапе проектирования СШНУ обосновывают конструкцию штанговой колонны, уточняют типоразмер станка-качалки и рассчитывают другие многочисленные характеристики.

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. Под конструкцией штанговой колонны понимается совокупность диаметров и длин отдельных ступеней штанг, изготовленных из соответствующих сталей. В практике насосной эксплуатации скважин большое распространение получили таблицы АзНИПИнефти.

Режим работы скважинной насосной установки может быть статическим и динамическим. Статический режим- это такой, для которого экстремальные нагрузки практически не зависят от динамических составляющих. Если в общем балансе экстремальных нагрузок динамические нагрузки большие, то режим работы установки

называется динамическим. Критерий для определения режима работы установки называется критерием Коши.
При нормальной работе насосной установки наибольшие напряжения действуют в точке подвеса штанг. Различают следующие напряжения, действующие в точке подвеса штанг:максимальное напряжение цикла, минимальное напряжение цикла, амплитудное напряжение цикла, среднее напряжение цикла, приведенное напряжение цикла. В каждом конкретном случае необходимо рассчитать приведенное напряжение цикла и сравнить его с допускаемым приведенным напряжением для различного материала штанг. Колонна штанг считается правильно выбранной, если _≤

Задание 1.

а) Подобрать тип станка – качалки , диаметр и тип насоса, диаметр насосных труб, конструкцию штанговой колонны.

б) Рассчитать экстремальные нагрузки на колонну штанг

в) Рассчитать приведенное напряжение и сравнить его с допускаемым

г) Установить режимные параметры работы насоса
Исходные данные для расчета представлены в таблице 1.

Таблица 1.

№ варианта	1;2	3;4	5;6	7;8	9; 10	11; 12	13; 14
Глубина скважины Н, м	1300	1400	1550	1620	1680	1720	1820
Диаметр эксплуатаци­онной колонны D,мм	146	146	146	146	146	146	168
Абсолютное пластовое давление Рпл, МПа	18,4	10,8	11,2	1,6	12,1	14,.2	14,6
Газовый фактор G0,м3/т	120	125	130	135	140	56	56
Удельный вес нефти или ее плотность рн ,т/м3	0.843	0.8	0.844	0,84	0.845	0.8	0.8
Содержание воды и продукции пв, %	20	20	30	30	30	40	80
Плотность газа рг, кг/м	1.7	1.8	1.9	1.6	1.9	1.9	1.2
Плотность воды рвкг/м3	1000	1020	1120	1000	1100	1120	1 120
Давление насыщения Рнас , МПа	5.9	5,9	5.9	6.8	7.5	8.5	8.5
Коэффициент продук­тивности К, т/сут ∙ат	0.25	0.22	0,19	0.22	0.22	0.22	0.5
Коэффициент сжимае­мости в	1,12	1.2	1,3	1,2	1,2	1.12	1.12
Забойное давление, Рзаб МПа	7.5	8,2	8.5	8.6	9,0	9,5	9.5

Продолжение таблицы 1

№ варианта	15,16	17,18	19,20	21,22	23,24	25,26	27,28
Глубина скважины Н, м	1920	2060	2110	2108	2298	2350	2570
Диаметр эксплуатаци­онной колонны D,мм	146	146	146	146	146	146	146
Абсолютное пластовое давление Рпл, МПа	14,6	16,7	17	17,2	19	19,2	20,4
Газовый фактор G0,м3/т	56	150	165	170	180	190	200
Удельный вес нефти или ее плотность рн ,т/м3	0,8	0846	0,98	0,848	0,85	0.88	0,85
Содержание воды и продукции пв, %	50	1	1,5	2	10	-	20
Плотность газа рг, кг/м	1,2	1,8	1,8	1,2	1,9	1,2	1,2
Плотность воды рвкг/м3	1120	1100	1120	1100	1000	1000	1000
Давление насыщения Рнас , МПа	8,5	9,8	9,8	9	9,2	9,2	9
Коэффициент продук­тивности К, т/сут ∙ат	0,286	0,6	0,36	0,48	0,32	0,32	0,18
Коэффициент сжимае­мости в	1,2	1,2	1,12	1,12	1,12	1,2	1,12
Забойное давление, Рзаб МПа	9,6	10,6	10,8	11,3	11	12,9	13

Ход практической работы:

1. Внимательно прочитайте задания

2. Выполните расчеты

3. Оформите отчет

4. Запишите выводы

5. Подготовьтесь к защите практической работы по контрольным вопросам
Методические указания по выполнению задачи №1

1.Определяем фактический дебит скважин по уравнению

Qф=К∙ (Р_пл — P_заб) , (т/сут), (1)

где:

К- коэффициент продуктивности, т/сут ∙МПа

2. Определяем длину спуска насоса по формуле

, (2)

Где р_см плотность смеси (пластовой жидкости ) , кг/м³.

Оптимальное давление на приеме насоса определяется из выражения
Рпр.опт=0,3∙Рнас, (3)
р_см - определяется с учетом процентного содержания воды в нефти по формулам
если п_в>80% , то

p_см=p_в∙n_в+р_н∙(1- п_в), кг/м³; (4)

если n_в<80% , то
;кг/м³ (5)


3. Определяем теоретическую подачу
Q_{об.теор.}= Q_ф /( p_см ∙ η) , м³ / сут ,(6)
где η -коэффициент подачи (η =0.6-0.8)
4. По диаграмме Адонина, зная объемную производительность и глубину спуска насоса , находим область , в которой находится станок-качалка и диаметр насоса для заданных условий.
5. Выбираем тип насоса с учетом глубины спуска: невставной ( трубный) до 1500 м , вставной свыше 1500 м.


6. Выбираем диаметр НКТ по таблице 2.

Таблица 2.

Тип насоса	Диаметр НKT. мм	Диаметр насоса, мм
Вставные	60	28,32
	73	38,43
	89	55,56
	114	68,70
Не вставные	48	28,33
	60	43,44
	73	55.56
	89	68.7
	114	93.95

7. Выбираем по рекомендациям таблицы (стр.256 Юрчук A.M. «Расчеты в добыче нефти» )

или по Номограмме Грузинова конструкцию колонны штанг.
8. Определяем фактическое число качаний, зная максимальную длину хода плунжера фактическую производительность по формуле:
n , (7)

где F_пл= (π∙D_пл² / 4) ∙ 10^-4, м² (8)
9.Определяем необходимую мощность и выбираем тип электродвигателя


N=0,000401 ∙ ∙D_пл²∙S_пл∙р_см∙H'_дин∙ ( (1- η _ск∙ η _{нас )}/ (η _нас∙ η _ск) + η) ∙ К, кВт, (9)
H'_дин ⁼ H_скв - Н_дин, превышение над динамическим уровнем, м ,

Н _дин -динамический столб жидкости , м
Н _дин= , (10)
η _нас - КПД насоса η _нас=0,9

η _скв - КПД станка-качалки η _скв = 0,8

К - коэффициент уравновешенности станка-качалки

К=1,2

1. 
   По выбранной конструкции колонны штанг проверяем материал штанг на прочность.
   

Производим расчет экстремальных нагрузок, действующих на штанги
а).Вычисляем критерий Коши
F= π ∙n∙L / 30∙ a , (11)
Где n -число качаний балансира в минуту

L- глубина спуска насоса в скважину (м)

а- скорость звука в колонне штанг (м/с)

для одноступенчатой а=4600

для двухступенчатой а=4900

для трехступенчатой а=5300

б) Определяем максимальную нагрузку по формуле Муравьева:


Рmах=Рж+Рш( в+т ), (12)
Где Рж - полный вес столба жидкости, Н




P_ж=( F_пл∙L∙p_см∙g)/10 ⁴, (13)
F_пл -площадь сечения плунжера, см²

L- глубина спуска насоса, м

p_см -плотность смеси, кг/м³

Р_ш -полный вес насосных штанг


P_ш=q₁l₁₊q₂l₂, H (14)
Где q₁,q₂ -вес на 1м насосных штанг

l₁=L∙n

п- процентное соотношение данного диаметра штанг (берется из таблицы стр.256 Юрчук A.M. «Расчеты в добыче нефти» )

l₁- длина первой ступени штанг, м

l₂- длина второй ступени штанг, м


т = S∙n/1440

т - фактор динамичности

в =( р_шт - р_см) /р_шт

в- коэффициент потери веса штанг в жидкости
р_шт ⁼ 7850 кг/м³
по формуле Чарного :
P_max= P_ж +P_ш (в + S∙n² /1800 ∙ tg µ / µ), (15)
Гдеtgµ/µ - коэффициент, учитывающий вибрацию штанг,
µ - параметр характеризующий режим откачки, равный 0,455∙180/3,14=25,4 градус / с

tgµ/µ =25,4/0,455=0,470/0,445=1,055

в) Определяем минимальную нагрузку по формуле Чарного
Pmin=Рш( в- S∙n² / 2400 ), (16)
г) Определяем диапазон изменения результатов по минимальной и максимальной нагрузкам. Для дальнейших расчетов используем экстремальные значения P_max , P_min

Рассчитываем максимальное напряжение цикла

б_max=(P_max / f_шт )∙ 10 ^-6 МПа , (17)
где f_шт = π∙d_шт ² /4

Рассчитываем минимальное напряжение цикла

б_min=(P_min / f_шт )∙ 10 ^-6 МПа (18)
Рассчитываем амплитудное напряжение цикла
б_а =( б _мах – б_min) /2, (19)
Рассчитываем среднее напряжение цикла
б_ср =( б _мах + б_min) /2, (20)
Рассчитываем приведенное напряжение цикла
б_{пр = ,} (21)
Сравниваем полученное значение с допускаемым приведенным напряжением используемой колонны штанг и делаем вывод о правильности выбора колонны штанг.
11. Выбираем оптимальный режим работы станка-качалки выбранной марки. При выборе оптимального режима работы следует исходить и условия получения минимальных напряжений в штангах, а следовательно, и минимальной нагрузки на головку балансира с последующей проверкой прочности штанг на разрыв и выносливость (частотность обрыва). Для указанного условия (минимума напряжений в штангах) основные параметры работы насоса связаны между собой следующей зависимостью:
n = 8,9 · ; (22)
F_пл = 0,29 · , (23)
Где
q_cp=(q₁∙n₁+q₂∙n₂)∙g / 100, Н/м, (24)
D_пл = , (25)
Для определения наивыгоднейшего режима, соответствующего минимальному напряжению в штангах, возьмем ряд возможных режимов. Вначале задаемся для принятого типа станка-качалки S_пл и подсчитываем число качаний по формуле (22), площадь плунжера по формуле (23), максимальную нагрузку по формуле (27), диаметр плунжерапо формуле (25) .

Затем задаемся стандартными значениями п и находим по формуле соответствующие им значения F_m. На основе вычисленных значений F_m и принятых значений п находим по формуле (26) величину S_пл


S = , (26)
P_max = + q_ср · L · g · (b + ), (27)
Результаты вычислений сведем в таблицу :

Таблица. Режимные параметры работы штангового насоса

Номер режима	S, м	n	Fпл, см2	Dпл, см	Pmax, H
При стандартных значениях S
1
2
3
4
При стандартных значениях n
5
6
7

Наивыгоднейшим режимом работы насоса считается тот при котором будут минимальные напряжения в колонне штанг и близкие значения числа качаний и длины хода плунжера к расчетным фактическим данным.

Проверим наиболее близкие к оптимальному режимы на выносливость штанг, характеризуемые частотой их обрыва.

Ввиду того, что наибольшее число обрывов наблюдается, как правило, в верхней части колонны штанг, расчет ведем для верхней ступени.
К = п ( D_nл/ d_шт), (28)
п - число качаний для данного режима(берется из таблицы),

D_пл - диаметр плунжера, см

D_шт- диаметр верхней ступени штанг, см.

Наиболее выгодным режимом с обрывов штанг является режим с наименьшим коэффициентом К.

Если полученные расчетным путем режимные параметры (D_пл и п) получились нестандартными, принимая для наивыгоднейшего режима стандартный диаметр плунжера, найдем необходимое число качаний в минуту

n = n_расч (D_{пл.расч/}D_станд),кач/мин

По справочнику для принятого типа станка-качалки наводим стандартные числа качаний. Берем ближайшее большее число качаний. Если же по режиму работы скважины это недопустимо, то необходимо изготовить шкив соответствующего диаметра и установить его на электродвигателе.

Диаметр этого шкива определяется по формуле:
d_эл= n∙d_p∙I / n_эл, (29)
Где d - диаметр шкива редуктора;

i- передаточное число редуктора.

п_эл - число оборотов вала электродвигателя в минуту.

п - число качаний в минуту.
Задание 2. Определить по диаграмме работу глубинного штангового насоса (рис. 1.) максимальную и минимальную нагрузки на сальниковый шток, амплитуду колебаний нагрузки, максимальное напряжение в верхней штанге и коэффициент подачи насосной установки. Исходные данные в таблице 3.
Таблица 3. Исходные данные

Наименование исходных данных	ВАРИАНТЫ
	1,11,21	2,12,22	3,13,23	4,14,24	5,15,25
Масштаб хода	1:15	1:30	1:45	1:45	1:30
Масштаб усилий динамографа на одно деление 100% шкалы ; кН	40	80	100	40	80
Диаметр верхней штанги, мм	19	22	25	22	25
Наименование исходных данных	ВАРИАНТЫ
	6,16,26	7,17,27	8,18,28	9,19,29	10,20,30
Масштаб хода	1:45	1:15	1:30	1:45	1:15
Масштаб усилий динамографа на одно деление 100% шкалы ; кН	100	40	80	100	40
Диаметр верхней штанги, мм	25	19	25	22	19

Рисунок 1. Динамограмма работы штангового насоса
Методические указания по выполнению задачи №2

1) Определяем максимальное усилие Р_мах ( точка М)

2) Определяем минимальное усилие P_min ( точка А)

3) Определяем амплитуду колебаний нагрузки за 1 цикл (ход верх и вниз )

б_а =P_max - P_min, (30)

4) Определяем максимальное напряжение в верхней штанге по формуле (17) .

5) Определяем потерю хода плунжера (рис 1. отрезок в-В) вследствие деформации насосных штанг и труб .

6) Определяем коэффициент подачи насосной установки, учитывающий наполнение насоса и упругие удлинения штанг и труб (равен отношению отрезков).

η = BC / Ad
Вопросы для закрепления теоретического материала к практическому занятию:

1. Какие виды глубинонасосной эксплуатации вы знаете? Объясните схему работы штанговой скважинной насосной установки (ШСНУ)

2. 
   Какие типы штанговых скважинных насосов ( ШСН) вы знаете? Назовите их отличия преимущества и недостатки
   
3. 
   Отличие насоса НСН-1 от НСН-2 достоинства и недостатка.
   
4. 
   Виды плунжеров условия их применения?
   
5. 
   Каково назначение труб и штанг?
   
6. 
   Для чего предусмотрено устьевое оборудование насосной установки?
   
7. 
   Опишите устройство устьевой арматуры АУ-140-50
   
8. 
   Объясните назначение и устройство станка-качалки
   
9. 
   Объясните устройство и принцип работы цепного привода штангового скважинного насоса (ШСН)
   
10. 
    С какой целью уравновешивают станки-качалки (СК). Способы уравновешивания СК.
    
11. 
    Какие нагрузки действуют на штанги и станок-качалку при работе ШСНУ?
    
12. 
    Как выбирают оборудование и устанавливают параметры работы штанговой насосной установки?
    
13. 
    Объясните причины отличия длины хода плунжера от длины хода полированного штока.
    
14. 
    Что называют подачей штанговых скважинных установок?
    
15. 
    Что называется коэффициентом наполнения и коэффициентом подачи ШСНУ?
    
16. 
    Какие факторы, влияют на подачу штангового скважинного насоса?
    
17. 
    Объясните направления возможного повышения коэффициента действия штангового насоса
    
18. 
    Какие виды неполадок можно выявить с помощью динамограмм?
    
19. 
    Для чего предназначен штанговрашатель и где он устанавливается?
    
20. 
    Как выбирается оборудование и устанавливается оптимальный режим работы ШСНУ
    
21. 
    Как устанавливается оптимальный режим работы ШСНУ?
    
22. 
    Когда и как организуют периодическую эксплуатацию насосных скважин, оборудованных ШСНУ?
    
23. 
    Охарактеризуйте методы борьбы с вредным влиянием газа в скважинах, оборудованных ШСНУ
    
24. 
    Охарактеризуйте методы борьбы с вредным влиянием песка в скважинах, оборудованных ШСНУ
    
25. 
    Охарактеризуйте методы борьбы с АСПО в скважинах, оборудованных ШСНУ
    
26. 
    Охарактеризуйте методы борьбы с водонефтяной эмульсией в скважинах, оборудованных ШСНУ
    
27. 
    Охарактеризуйте методы борьбы с отложениями солей в скважинах, оборудованных ШСНУ
    
28. 
    Расскажите об особенностях эксплуатации наклонных и искривленных скважин
    
29. 
    Расскажите об особенностях эксплуатации малодебитных скважин, оборудованных ШСНУ
    
30. 
    Какие приборы используются при измерении нагрузок на штанги
    
31. 
    Как осуществляют контроль за работой скважин, оборудованных ШСНУ?
    
32. 
    Объясните теоретическую динамограмму
    
33. 
    Какие способы определения уровня жидкости в скважине вы знаете?
    
34. 
    Охарактеризуйте основные направления обеспечения безопасных условий при обслуживании скважин, оборудованных ШСНУ
    

Методические указания

по выполнению практического занятия № 6
Проектирование технологического режима работы скважин, оборудованных УЭЦН

Учебная цель: сформировать умение выполнять расчеты по проектированию технологического режима работы скважин, оборудованных УЭЦН
Норма времени: 6 академических часов

Образовательные результаты, заявленные во ФГОС третьего поколения:
Студент должен

уметь:

У10. Устанавливать технологический режим работы скважины и вести за ним контроль