РИАП. Сборник задач По дисциплине Машины и Оборудование для Добычи и Подготовки Нефти и Газа

• Название: Сборник задач По дисциплине Машины и Оборудование для Добычи и Подготовки Нефти и Газа
• Дата: 26.04.2022
• Размер: 3.32 Mb.
• Имя файла: zadachi_MiOdlyaDiPNG_251018.docx
• Тип: Сборник задач; #497864
• страница: 2 из 4

Задача 3. Расчет пакера.

Рассчитать:

а) минимальную осевую силу, необходимую для установки пакера;

б) геометрические характеристики пакера;

в) максимальную силу установки пакера;

Необходимые исходные данные смотри в таблице 3.

Таблица 3- исходные данные к задаче 3

вариант параметр	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Типоразмер обсадной колонны	146х8	146х9	146х10	168х8	168х9	168х10	146х8	146х9	146х10	168х8
Группа прочности обсадной колонны	Д	К	Е	М	Д	К	Е	М	Д	К
Наружный диаметр корпуса пакера, мм	60	73	73	89	89	73	60	48	60	114
Перепад давления на пакере, МПа	14	25	35	40	28	70	70	70	32	55
Угол конуса плашки, градусов	9	10	11	9.5	10	11	9	12	10	11
Число плашек	3	4	5	5	3	4	5	3	4	5
Высота плашек, мм	150	160	180	190	180	170	160	150	190	160
Длина хорды плашки, мм	40	30	25	25	40	30	25	40	30	25

Рисунок 2- расчетная схема к задаче 3

Указания к выполнению:

Определение наименьшей величины осевой силы Q, действующей на пакер, обеспечивающей герметичное разобщение ствола скважины по вертикали проводится по формуле:

(3.1)

где - перепад давления, воспринимаемый пакером, Па; - площадь поперечного сечения уплотнительного элемента в деформированном состоянии, м²; G- модуль сдвига резины, Па (для всех вариантов 10 МПа); - радиус резины после деформации, м; - наружный радиус резины до деформации, =1.13 для обсадных колонн 146, 168 мм, =1.07-1.09 для обсадных колонн 178 и 299 мм; внутренний радиус уплотнительного элемента, м (совпадает с радиусом корпуса пакера).

Определение наибольшей высоты уплотнительного элемента пакера, м:

(3.2)

где - коэффициент трения резины о сталь, принимаем равным 0.6.

Определение оптимальной длины хода штока пакера:

(3.3)

Определение предельной осевой нагрузки на плашечный захват пакера, при котором не происходит разрушения обсадной колонны:

(3.4)

где - предел текучести материала обсадной трубы, Па; - внешний диаметр обсадной колонны, м; - внутренний диаметр обсадной колонны, м; - угол конуса плашки; - количество плашек; - осевая длина плашки, м; длина хорды плашки в диаметральном сечении, м; стрела профиля плашки, м.

Задача 4. Выбор фонтанной арматуры.

1. Подобрать диаметр штуцера фонтанной арматуры для обеспечения требуемого дебита скважины Q по известным коэффициенту продуктивности K (для всех вариантов 3·10^-6 м³/Па·сут), показателю режима фильтрации n (для всех вариантов 1.25), а также величине пластового давления P_пл. Также в результате расчета будет известно устьевое (буферное) давление, которое позволит подобрать рабочее давление фонтанной арматуры.

2. Необходимо подобрать фонтанную арматуру с указанием её обозначения для заданных условий, рассчитать толщину стенок.

Исходные данные смотри в таблице 4.

Таблица 4- исходные данные к задаче 4

вариант параметр	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Способ эксплуатации (Ф- фонтанный, Э- УЭЦН, Г- газлифт)	Э	Ф	Ф	Ф	Ф	Ф	Ф	Э	Ф	Г
Способ управления задвижками (- вручную, В – дистанционно и автоматически, А- автоматически)	-	В	В	-	В	А	А	-	В	В
Объемное содержание песка, %	0.03	1.5	0.05	2	0.03	0.08	2.5	0.6	0.2	0.3
Дебит скважины, м3/сут	500	600	350	800	280	700	320	1200	660	400
Типоразмер подъемных НКТ	73	89	60	89	60	89	73	114	89	73
Климатическая зона	ХЛ	ХЛ	ХЛ	ХЛ	У	У	У	ХЛ	ХЛ	ХЛ
Агрессивность среды	-	-	К1	К1	К2	К2	К3	К3	К1	К1
Пластовое давление, МПа	25	32	55	70	30	38	48	80	68	16
Длина подъемных труб, м	1000	1800	2500	4000	1500	2500	3000	4200	4500	800
Глубина до интервала перфорации, м	1500	2300	3000	4500	2000	3200	3200	5000	5000	1600

Указания к выполнению:

1. По основному уравнению притока ( ) найти требуемое забойное давление , которое обеспечит необходимый дебит Q c учетом заданных коэффициента продуктивности K и показателя режима фильтрации n.

Затем для расчета устьевого давления, воспользоваться зависимостью:

_(4.1)

где - устьевое (буферное) давление, Па; - средняя плотность жидкости по стволу скважины (принять для всех вариантов =720 кг/м³); - глубина до интервала перфорации, м; - потери давления на трение в подъемных трубах ( , где для чисел Рейнольдса до 2300, число Рейнольдса рассчитываем по зависимости , при этом d- внутренний диаметр подъемных труб, м; L- длина подъемных труб, м; υ- скорость течения жидкости в подъемных трубах, м/с; ν- кинематическая вязкость пластовой жидкости (для всех вариантов принять равной 10-4 м2/с).

Требуемое устьевое давление обеспечит штуцер с диаметром отверстия d_шт, который можно найти из следующей зависимости:

(4.2)

где диаметр отверстия штуцера, м; внутренний диаметр бокового отвода фонтанной арматуры, м (выбирается из стандартного ряда 50, 65, 80, 100 и 150 мм таким, чтобы скорость движения жидкости в нем была не менее 0.5 м/с и не более 5 м/с; скорость движения жидкости в отверстии штуцера, м/с.

2. Рекомендации для подбора фонтанной арматуры:

По найденному устьевому давлению подобрать ближайшее большее рабочее давление фонтанной арматуры из стандартного ряда давлений.

Для низких и средних давлений (7-35 МПа) рекомендуют применять тройниковую арматуру, для средних и высоких давлений (70-105 Мпа) крестовую арматуру.

Скорости движения жидкости в вертикальной части и боковых отводах должны находиться в пределах 0.5-5 м/с, исходя из этого подбирается диаметр у

При наличии значительного количества механических примесей (свыше 100 мг/л) необходимо предусмотреть дополнительные отводы. При этом плотность песка принять равной 1700 кг/м³.

При выборе запорных устройств, необходимо руководствоваться тем, что для низких давлений (7-14 Мпа) применяются пробковые краны, при более высоких давлениях- прямоточные задвижки.

Толщину стенок фонтанной арматуры рассчитывают по зависимости:

(4.3)

где - внутренний диаметр рассчитываемого сечения фонтанной арматуры, м; - давление опрессовки, Па; - предел текучести материала арматуры, Па (принять для всех вариантов равным 550 МПа); - увеличение толщины стенки, учитывающее коррозию за весь срок службы (срок службы 25 лет, при этом потеря толщины стенки в год для обычного исполнения 0.01 мм/год, К1- 0.05 мм/год, К2- 0.1 мм/год, К3- 0.3 мм/год), м.

Задача 5. Расчет фланцевого соединения фонтанной арматуры.

Рассчитать на прочность фланцевое соединение фонтанной арматуры, подобранной в задаче 4, с указанием необходимого количества шпилек.



Рисунок 3- конструкция и размеры фланцевого соединения

Из результатов решения задачи 4 (условный диаметр прохода, рабочее давление) подобрать из таблицы 5.1 размеры прокладки и размеры шпилек.

Таблица 5.1- размеры фланцевых соединений.

Условный проход, мм	Диаметр окружности отверстий под шпильки, мм	Средний диаметр прокладки, мм	Ширина прокладки, мм	Диаметр шпильки, мм	Внутренний диаметр резьбы шпилек, мм	Рабочая высота шпильки, мм
Рабочее давление 7 МПа
50	127	82.5	12	16	14.773	74.8
65	149	101.6	12	20	18.773	81.4
80	168	123.8	12	20	18.773	88
100	200	149.2	12	24	22.160	94.6
150	270	211.1	12	24	22.160	110
Рабочее давление 14 МПа
50	127	82.5	12	16	14.773	74.8
65	149	101.6	12	20	18.773	81.4
80	168	123.8	12	20	18.773	88
100	216	149.2	12	24	22.160	101.2
150	292	211.1	12	27	25.160	123.2
Рабочее давление 21 МПа
50	165	92.5	12	24	22.160	101.2
65	190.5	107.9	12	27	25.160	110
80	190.5	107.9	12	27	25.160	110
100	235	149.8	12	30	27.546	116.6
150	235	211.1	12	30	27.546	140.8
Рабочее давление 35 МПа
50	165	92.5	12	24	22.160	101.2
65	190.5	107.9	12	27	25.160	110
80	203	136.5	12	30	27.546	123.2
100	241	161.9	12	33	30.546		136.4
150	317.5	211.1	13.5	36	33.546		202.4
Рабочее давление 70 МПа
50	158.5	86.2	12.6	20	18.773		110
65	184	102.8	14.1	22	20.160		132
80	216	119	15.4	24	22.160		143
100	258.5	150.6	17.7	27	25.160		165
150	403	241.8	23.4	39	36.546		209
Рабочее давление 105 МПа
50	174.5	86.2	51	22	20.160		121
65	200	102.8	57	24	22.160		132
80	230	119	65	27	25.160		143
100	428.5	241.8	120	39	36.546		198
150	511	321.2	120	39	36.546		260

Затем по дополнительным исходным данным из таблицы 5.2 по указаниям, приведенным ниже, рассчитать количество шпилек, необходимое для фланцевого соединения.

Таблица 5.2- исходные данные к задаче 5

вариант параметр	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Температура продукции, 0K	373	320	290	400	350	280	290	380	370	310
Масса обвязки, кг	100	500	1500	2000	850	1750	1300	750	1820	2100
Плечо до центра тяжести обвязки, м	1.2	1.1	2.1	0.8	2.5	2.1	1.9	3	2.0	1.2

Указания для решения:

Расчетная нагрузка на фланцевое соединение складывается из усилия на шпильки при их предварительной затяжке и усилий, возникающих в процессе эксплуатации арматуры. Также учитываются изгибающий момент от массы боковых отводов и влияние разности температур между проходящей жидкостью или газом и окружающей средой.

Нагрузка на шпильки от их предварительной затяжки:

_(5.1)

где - средний диаметр прокладки, м; - ширина прокладки, подвергающейся упругой деформации, м (b_o=1-1.5мм, для давлений 70 МПа и выше b_o=2.5-3.5мм); - удельное давление смятия прокладки, Па (для прокладки из стали 08кп =125 МПа).

Эксплуатационная нагрузка складывается из:

а) Силы давления перекачиваемой среды

(5.2)

где p- давление опрессовки, Па.

б) сила давления на прокладку для обеспечения герметичности соединения

_(5.3)

где m- эмпирический прокладочный коэффициент (для прокладки из стали 08кп принять равным 5.5).

в) сила изгибающего момента от массы боковых отводов фонтанной арматуры:

(5.4)

<sub>где M– изгибающий момент от массы отвода и линий, идущих к манифольду; Dш– диаметр окружности центров отверстий под шпильки.

г) усилие от температурной деформации возникает из-за того, что при повышенной разнице в температуре перекачиваемой и окружающей среды внутренние и наружные элементы фонтанной арматуры подвержены разным температурным деформациям, что создает дополнительные нагрузки.</sub>

(5.5)

(5.6)

<sub>где Δt– превышение температуры прокладок и фланцев по сравнению с температуры шпилек, при расчетах полагают, что фланцы, приваренные встык, нагреваются до температуры среды в трубопроводе, а температура шпилек составляет около 0.95 температуры фланца; lш– рабочая высота шпильки, м (расстояние между серединами гаек); α­ коэффициент линейного расширения материала фланцев и шпилек (для стали α=10-5 град-1); Eш, Епр– модуль упругости шпилек и прокладки (для стали равен 2.1·1011 Па); Fш , Fпр– площадь поперечного сечения шпилек и прокладки, м2; H– конструктивная высота прокладки, м (H=2.2b, где b– ширина прокладки); D– внешний диаметр прокладки, м; D1– диаметр фаски прокладки, м (меньше внешнего диаметра прокладки на 5-10 мм); γ– угол наклона стенки канавки под прокладку (γ– 670).

В итоге эксплуатационная нагрузка равна:

(5.7)</sub>

В качестве расчетной нагрузки P принимается наибольшее из двух значений P_ш1 или P_ш2.

По величине расчетной нагрузки P определяется число шпилек фланцевого соединения:

(5.8)

где - коэффициент запаса прочности шпилек ( =1.25); d_о– внутренний диаметр резьбы шпильки, м; – предел текучести материала шпилек ( =550 МПа).

Полученное значение количества шпилек округлить до ближайшего большего кратного 4.