КРС6. Практическая работа 6 Тема Проектирование технологического режима работы скважин, оборудованных шсну. Контроль за режимом работы скважин
 Скачать 154.27 Kb.
|
|
Практическая работа № 6 Тема: Проектирование технологического режима работы скважин, оборудованных ШСНУ. Контроль за режимом работы скважин Учебная цель: сформировать умение выполнять расчеты по проектированию технологического режима работы скважин, оборудованных ШСНУ 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.
Ход работы: 1. Внимательно прочитайте задания 2. Выполните расчеты Методические указания по выполнению задачи №1 1.Определяем фактический дебит скважин по уравнению Qф=К∙ (Рпл — Pзаб) , (т/сут), (1) где: К- коэффициент продуктивности, т/сут ∙МПа 2. Определяем длину спуска насоса по формуле  , (2)Где рсм плотность смеси (пластовой жидкости ) , кг/м3. Оптимальное давление на приеме насоса определяется из выражения Рпр.опт=0,3∙Рнас, (3) рсм - определяется с учетом процентного содержания воды в нефти по формулам если пв>80% , то pсм=pв∙nв+рн∙(1- пв), кг/м3; (4) если nв<80% , то  ;кг/м3 (5)3. Определяем теоретическую подачу Qоб.теор.= Qф /( pсм ∙ 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.
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 Fпл= (π∙Dпл2 / 4) ∙ 10-4, м2 (8) 9.Определяем необходимую мощность и выбираем тип электродвигателя N=0,000401 ∙  ∙Dпл2∙Sпл∙рсм∙H'дин∙ ( (1- η ск∙ η нас )/ (η нас∙ η ск) + η) ∙ К, кВт, (9)H'дин = Hскв - Ндин, 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 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 Pж=( Fпл∙L∙pсм∙g)/10 4, (13) Fпл -площадь сечения плунжера, см2 L- глубина спуска насоса, м pсм -плотность смеси, кг/м3 Рш -полный вес насосных штанг Pш=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 =( ршт - рсм) /ршт в- коэффициент потери веса штанг в жидкости ршт = 7850 кг/м3 по формуле Чарного : Pmax= Pж +Pш (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 tg µ/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 Pmax , Pmin Рассчитываем максимальное напряжение цикла бmax=(Pmax / fшт )∙ 10 -6 МПа , (17) где fшт = π∙dшт 2 /4 Рассчитываем минимальное напряжение цикла бmin=(Pmin / fшт )∙ 10 -6 МПа (18) Рассчитываем амплитудное напряжение цикла ба =( б мах – бmin) /2, (19) Рассчитываем среднее напряжение цикла бср =( б мах + бmin) /2, (20) Рассчитываем приведенное напряжение цикла бпр =  , (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)Fпл = 0,29 ·  , (23)Где qcp=(q1∙n1+q2∙n2)∙g / 100, Н/м, (24) Dпл =  , (25)Для определения наивыгоднейшего режима, соответствующего минимальному напряжению в штангах, возьмем ряд возможных режимов. Вначале задаемся для принятого типа станка-качалки Sпл 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 Fm. На основе вычисленных значений Fm и принятых значений п находим по формуле (26) величину Sпл S =  , (26)Pmax =  + qср · L · g · (b +  ), (27)Результаты вычислений сведем в таблицу : Таблица. Режимные параметры работы штангового насоса
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 ( Dnл/ dшт), (28) п - число качаний для данного режима(берется из таблицы), Dпл - диаметр плунжера, см Dшт- диаметр верхней ступени штанг, см. Наиболее выгодным режимом с обрывов штанг является режим с наименьшим коэффициентом К. Если полученные расчетным путем режимные параметры (Dпл и п) получились нестандартными, принимая для наивыгоднейшего режима стандартный диаметр плунжера, найдем необходимое число качаний в минуту n = nрасч (Dпл.расч/Dстанд),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: dэл= n∙dp∙I / nэл, (29) Где d - диаметр шкива редуктора; i- передаточное число редуктора. пэл - 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
 Рисунок 1. Динамограмма работы штангового насоса Методические указания по выполнению задачи №2 1) Определяем максимальное усилие Рмах ( точка М) 2) Определяем минимальное усилие Pmin ( точка А) 3) Определяем амплитуду колебаний нагрузки за 1 цикл (ход верх и вниз ) ба =Pmax - Pmin, (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 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||