Эксплуатация наклонно направленных насосных скважин by Уразаков. Насосных

• Название: Насосных
• Дата: 09.02.2021
• Размер: 1.96 Mb.
• Имя файла: Эксплуатация наклонно направленных насосных скважин by Уразаков .doc
• Тип: Документы; #175087
• страница: 9 из 23

расстояния от устья X = L - S. Силы трения, отнесенные к единице длины, показаны отдельно для муфт и штанг: , . Нагрузка трения колонны составляет 0,20 нагрузки от ее .веса и обусловлена практически только граничным трением колонны. Силы вязкого трения при движении колонны ничтожны - 3,7 Н. Размеры зон касания и граничного трения штанг определяются главным образом кривизной оси скважины. Суммы сил трения муфт и штанг по всей колонне равны 4,98 кН и 0,94 кН, т.е. составляют 0,84 и 0,16 от на­грузки трения всей колонны.

Были рассчитаны нагрузки еще для некоторых штанговых установок на месторождениях Башкирии. Результаты расчета нагрузки на балансир при ходе вверх и вниз , а также сил трения сведены в табл. 9. Нагрузка трения Р_тр определена сложением абсолютных величин нагрузок трения при ходе штанг вверх и при ходе вниз с незаполнением насоса. В табл. 9 приведены также значения нагрузок, определенные по динамограммам. Сила трения по динамограммам определена с исполь­зованием методики "хвоста незаполнения". Для скв. 548 Сергеевского месторождения приведены результаты измерения также по развернутой динамограмме (рис. 26).

В БашНИПИнефти разработан дистанционный гидравлический динамограф, позволяющий получать развернутые динамограммы полированного штока во времени. Дистанционный динамограф состоит из силовой части гидравлического датчика, взятого от прибора ГДМ-3, тензодатчика, преобразующего гидравли­ческий сигнал в электрический, и каротажного регистратора марки КСП-4. Увеличение масштаба записи и исключение из гидравлической системы геликоидальной пружины позволяет повысить точность прибора.

Определение сил трения по развернутой динамограмме производится также по "хвосту заполнения", как и для замкнутой динамограммы.



Рис. 26. Динамограммы: а - замкнутая, б - развернутая

Из табл. 9 видно, что расчетные значения и данные динамограмм дают близкие результаты. В то же время можно от­метить, что нагрузки, определенные для одной и той же скважины по замкнутой и развернутой динамограммам, значи­тельно различаются. Отсюда следует, что точность самого динамометрирования невелика.

Как видно из приведенного на рис. 25, б примера, наи­большие потери на трение приходятся на муфты. Выше отмечено, что трение муфт в наклонных скважинах обычно происходит в условиях граничной смазки, на падающем участке характерис­тики (см. рис. 14). Поэтому во многих случаях можно понизить нагрузки на колонну, если увеличить вязкость поднимаемой жидкости.

Для такой же штанговой установки и скважины, как скв. 548 Сергеевского месторождения, были рассчитаны нагрузки при различной вязкости поднимаемой жидкости. На рис. 27 показаны в зависимости от вязкости нагрузки на колонну от вязкого и граничного трения Р_м и Р_т. Показана также результирующая нагрузка Р_б - Р_вш= Р_пл + Р_м + Р_т.

Нагрузка от граничного трения имеет минимум так же, ,как характеристика коэффициента трения (см. рис. 14). В на­клонных скважинах граничное трение превышает вязкое соп­ротивление движению штанг, поэтому и общая нагрузка имеет минимум при изменении вязкости жидкости. В рассмотренном случае минимум сил трения и нагрузок достигается при вяз­кости жидкости 5,5 мПа * с. Поэтому в диапазоне вязкости, меньшем этого значения, происходит уменьшение нагрузки на колонну штанг. Следует отметить, что увеличение вязкости

Рис. 27. Нагрузки на головке балансира в зависимости от вязкости про­дукции для скв. 548 Сергеевского месторождения при ходе вверх (а) и вниз (б):

1, 2, 3 - нагрузка соответственно от вязкого трения, на плунжер и от граничного трения; 4 - разность между нагрузкой на головке балансира и весом штанг

должно приводить также к уменьшению износа колонны. Оче­видно, аналогичного эффекта уменьшения нагрузки от трения можно добиться также при повышении максимальной скорости движения колонны за счет увеличения длины хода полированного штока.

Приведенные зависимости позволяют, имея промысловые дан­ные, рассчитать усилие в точке подвеса штанг с учетом зон касания штанг, вязкого трения и коэффициента граничного трения колонны в виде интегрального показателя.

Ниже сопоставляются результаты расчетов и эксперимен­тальных исследований по скв. 622 Юсуповской площади. Скважина имеет следующие параметры работы: диаметр насоса -56 мм; длина штанг - 873 м; длина штанг диаметром 22 мм - 417 м; длина штанг диаметром 19 мм - 456 м; вязкость нефти –35*10^-3 Па*с; фактическая сила трения - 4615 Н.

Используя зависимости, приведенные в предыдущих разделах, произведены расчеты сил трения движению штанговой колонны. Результаты расчетов приведены в табл. 10 и на рис. 28 в виде эпюр прижимающих сил. Анализ результатов показывает, что наибольшие прижимающие силы развиваются в интервале 200-300 м. Кроме того, видно, что в зависимости от кон­фигурации скважины прижимающие силы за счет веса штанг и эйлеровой силы могут как складываться, так и противо­действовать друг другу. Результаты показывают также, что прижимающие силы за счет искривления ствола скважины по зениту и азимуту могут быть одного порядка. Для этой скважины значительный вклад в суммарную силу трения вносит

Результаты расчетов сил сопротивления движению штанговой колонны вверх в скв. 622 НГДУ "Южарланнефгь"

К	Z, м	α, град	φ, град	, н	Nq , Н/м	NТ, Н/м	Nα , Н/м
0	0	0	0	38,89	0	-4,51	-4,51
1	100	0,66	0	35,81	0,33	-8,34	-8,01
2	200	2,00	99	31,73	0,96	-124,70	-123,74
3	300	23,83	260	29,65	11,10	-5,20	4,90
4	400	24,83	263	26,83	11,50	10,20	21,70
5	500	22,66	265	24,04	10,60	9,20	19,80
6	600	21,17	263	21,20	7,20	1,80	9,00
7	700	20,66	267	19,10	7,10	3,90	11,00
8	800	19,50	269	16,90	6,70	4,00	10,70
9	900	18,17	271	-	-	-	-

Рис. 28. Эпюры прижимающих сил для скв. 622

трение по телу штанг (40%), хотя тело штанг касается стенки насосных труб на небольшом протяжении. Результаты расчетов и промыслового эксперимента хорошо согласуются.

2.12. ОЦЕНКА ПЕРИОДА ДЕЙСТВИЯ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ НАГРУЗОК НА ГОЛОВКУ БАЛАНСИРА СТАНКА-КАЧАЛКИ

Подбор конструкций штанговой колонны, как правило, производится по экстремальным нагрузкам на головку балан­сира. В зависимости от условий эксплуатации экстремум на­грузки может проявиться в различные моменты. Так, при от­качке маловязких нефтей экстремальная нагрузка возникает

│Nφ│ , Н/м	, Н/м	β			Fм, Н/м	Fш, Н/м	Fk, Н
0	4,50	3,53	62,3	-	0,683	0	68,8
8,90	11,97	2,08	38,2	-	1.698	0	169,8
32,20	27,20	0,61	15,0	17,0	11,426	21,040	3246,6
6,00	8,40	2,26	45,6	-	1,215	0	121,5
3,40	21,96	1,33	28,2	-	3,073	0	307,3
2,80	20,00	1,32	29,6	-	2,800	0	280,0
5,30	10,40	1,72	41,0	-	1,485	0	148,5
2,00	11,20	1,57	39,5	-	1,593	0	159,3
2,20	10,90	1,50	40,0	-	1,552	0	155,2
-	-	-	-	-	-	-	-

только в момент начала движения штанговой колонны, что обусловлено силами инерции. При подъеме вязких нефтей и водонефтяных эмульсий возникает гидродинамическое сопротив­ление движению штанг, зачастую превышающее силы инерции. В таких случаях экстремальные нагрузки смещаются к середине хода штанг и определяются величиной гидродинамического трения.

Возможно существование и третьего варианта действия экстремальной нагрузки. Это может наблюдаться, если период начальной деформации штанг имеет большую продолжительность и колонна штанг получает движение в момент, близкий к макси­мальной скорости головки балансира. Экстремальная нагрузка в таком случае определяется суммой инерционной нагрузки и гидродинамического трения, и точка экстремума расположена близко к середине хода штанг.

Рассмотрим более подробно период действия экстремальной нагрузки при ходе штанговой колонны вверх.

Из литературы известно, что максимальная нагрузка инер­ционного характера, связанная с началом движения колонны жидкости и нижнего конца колонны насосных штанг, возникает несколько позже конца периода начальной деформации. Про­должительность периода начальной деформации в первом при­ближении может быть определена отношением длины колонны и скорости звука в данном материале, т.е.

(69)

где L - длина колонны насосных штанг, м; υ_ш, υ_ж - скорость звука соответственно в материале штанг и в жидкости, м/с.

По данным А.С. Вирновского, υ_ш = 4800 м/с; υ_ж =1400 м/с. С момента окончания периода начальной деформации до момента, когда дополнительная инерционная нагрузка достигнет макси­мума, пройдет время

(70), (71)

где F - площадь поперечного сечения плунжера, м²; F₁ -площадь поперечного сечения насосных труб, м²; f - площадь поперечного сечения насосных штанг, м²; L - длина штанговой колонны, м; γ_ж - удельный вес жидкости, Н/м³; γ_ш - удельный вес материала штанг, Н/м³.

Таким образом, от начала движения головки балансира станка-качалки до момента действия максимальной инерционной нагрузки кривошип успевает повернуться на определенный угол φ₁:

если

(72)

то

(73)

где (п - число двойных ходов головки балансира, мин^-1).

Силы гидродинамического трения определяются по зависи­мости [14]

(74)

где v - скорость штанг, м/с; μ - вязкость жидкости, Па*с; А и В - коэффициенты, учитывающие геометрические размеры штанг, труб и глубинного насоса.

Период действия и значение экстремума определяются в следующем порядке:

1. Находят инерционную нагрузку.

2. Определяют период действия инерционной нагрузки Т.

3. Рассчитывают скорость движения штанг в момент действия инерционной нагрузки



где а, b - элементы кинематики станка-качалки, м.

4. Определяют силы гидродинамичского трения в момент Т.

5. Рассчитывают сумму сил инерции и гидродинамического трения.

(75)

6. Определяют силы гидродинамического трения по формуле (74) при максимальной скорости головки балансира, т.е. при φ < π/2.