Гиматудинов Ш.К. (ред.) Справочное руководство по проектированию разработки и эксплуатации нефтяных месторождений. Добыча нефти

Подождите немного. Документ загружается.

При

работе пласта на гравитационном режиме рекомендуется формула

Вирновского — Адонина

'нак

—

Arctg/2(1—

(IV. 203)

Значения

арктангенса гиперболического можно определить по рис. IV. 10.

При

определении продолжительности остановки для накопления задаются

величиной коэффициента снижения дебита <р (желательно, чтобы он нахо-

дился в пределах

0,8—0,95).

Продолжи-

тельность откачки жидкости t

(в ч) >

можно определить по следующей фор-

муле: 0,6

(IV.204)

'от — 'нак

„ »

где

— коэффициент запаса производи-

тельности насоса, который равен отноше-

нию

производительности насосной

уста-

новки

с нормальным заполнением к произ-

водительности скважины при непрерывной

откачке;

(IV.205)

тео-

0,2

e=r\Q

/Q,

коэффициент

подачи насоса; Q

•

0,9(1 0,92 0,88 0,8-1

Рис.

IV. 10. Зависимость

ArctgV

2(l

—у) от

ретическая производительность насоса при

непрерывной

работе установки,

/сут;

Q —дебит скважины при непрерыв-

ной

откачке,

/сут.

Длительность цикла Г^нан-Кот.

Число циклов в сутки /1=24/7".

Соотношение

себестоимости нефти при непрерывной Сит и периодической

откачке С

ер можно оценить по формуле АзНИПИнефть

+ 2

ei.

в,

(IV. 206)

где Bi — стоимость скважино-сутрк эксплуатации скважины при непрерывной

эксплуатации; В

— стоимость скважино-суток эксплуатации при простое обо-

рудования в период накопления, по" данным АзНИПИнефть

В,

0,85

<Jf-<

0,98;

— стоимость одного ремонта, руб.; Т

— полный срок

службы

насоса до

прекращения

подачи вследствие износа, сут.

Все приведенные соотношения справедливы при отсутствии утечек жидко-

сти из колонны насосных

труб

и когда приняты меры по устранению вред-

ного влияния свободного газа на работу насоса.

По

мере износа плунжерной пары утечки жидкости возрастают,

коэффи-

циент

подачи уменьшается, поэтому для поддержания дебита скважины не-

обходимо увеличивать продолжительность откачки или интенсифицировать

режим работы установки за счет запаса производительности. Период откачки

изменяется

с помощью автоматических устройств. По рекомендации

АзНИПИнефть

конечный оптимальный коэффициент подачи, при котором сле-

201

дует

поднимать насос из-за его износа, можно определить по следующей

формуле:

•%опг =

•>)-*-,

(IV.207)

где т) — коэффициент подачи нового насоса.

Средний

оптимальный коэффициент подачи за межремонтный период

(IV.208)

где т — показатель степени в уравнении, описывающем зависимости подачи

насоса Q от времени t его эксплуатации,

Q=Qo—bt

(IV.209)

где Qo — начальная производительность насоса,

/сут.

По

данным АзНИПИнефть, показатель степени т изменяется от 1 до 3

чаще всего т=2. Как уже упоминалось, в связи с уменьшением

коэффи-

циента подачи насоса со временем для поддержания дебита увеличивается

время откачки /

т- Насос надо заменить при следующем отношении периодов

откачки с изношенным и новым насосом:

^от изн/*от нов^Ю—15.

Опыт показывает, что при правильно организованной периодической экс-

плуатации календарный межремонтный период по смене насоса увеличивается

по

сравнению с непрерывной откачкой в 2—3 раза.

ГЛАВА

ЭКСПЛУАТАЦИЯ СКВАЖИН ШТАНГОВЫМИ

УСТАНОВКАМИ С ГИДРАВЛИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ АГН

Гидроприводные штанговые насосные установки предлагались, испыты-

вались давно, по

существу,

почти с тех пор, как появились штанговый

скважинный

насос и объемный гидропривод.

Однако из-за конструктивной сложности, больших габаритов и массы,

а также низкого к. п. д. гидроприводные насосные установки оказывались

неконкурентоспособными с балансирными с ганками-качалками и ни один из

более чем

двух

десятков их типов не получил широкое применение.

Сведения по гидроприводным установкам, приведенные в настоящем раз-

деле, относятся к штанговой гидроприводной насосной установке АГН, изо-

бретенной в Советском Союзе. В отличие от гидроприводных установок

известных ранее типов эти установки просты по схеме, имеют малый вес

габариты, высокий к. п. д. и конкурентоспособны с балансирными.

Отличительная особенность установок данного ряда — использование на-

сосно-компрессорных

труб

в качестве уравновешивающего

груза

в сочетании

с объемным гидроприводом высокого давления. Это позволило выполнить

установку в виде моноблока, монтируемого непосредственно на

устье

скважины, т. е. без сооружения специального фундамента.

При

использовании гидропривода АГН не требуются какие-либо измене-

ния

в конструкции внутрискважинного оборудования, методика его выбора

основном остается той же, что и для установок с балансирным приводом.

Это относится, в частности, и к использованию газовых и песочных якорей.

Принципиальная

схема

установок обеспечивает существенное увеличение

реальной длины

хода

штанг, и существующие конструкции рассчитаны на это.

Однако в настоящее время этот рост лимитируется отсутствием длинноходо-

ных глубинных насосов.

В отличие от механических станков-качалок описываемые установки обес-

печивают работу в режиме, соответствующем их максимальным паспортным

202

характеристикам, что позволяет увеличить их производительность в 1,1—

1,2 раза по сравнению с балансирными. Кроме того, обслуживание гидропри-

водных установок менее трудоемко: не требуется

ухода

за клиноременной

передачей,

отсутствует

необходимость в центровке привода относительно оси

скважины,

операции по регулировке длины

хода

штанг

требуют

значительно

меньших усилий, нет необходимости в смазке шарниров, и т. п.

Характерная особенность

всех

установок АГН различных конструкций—

унификация

основных узлов и деталей уплотнительных устройств, пар трения,

аппаратов гидросхемы, силовых блоков и т. п.

Такой

подход

к проектированию параметрического ряда обеспечивает со-

кращение

номенклатуры инструмента и приспособлений для обслуживания

установок на скважине, их сборки-разборки в процессе ремонта и проверки ра-

ботоспособности отдельных узлов.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

ТИПА

РАЗМЕРА

УСТАНОВКИ

Выбор типоразмера установки для эксплуатации конкретной скважины

методически отличается от выбора типоразмера балансирных станков-качалок,

поскольку необходимо учитывать конструктивные особенности гидроприводных

установок, принципиально отличных от обычных станков-качалок.

Это отличие заключается прежде всего в том, что гамма рассматриваемых

установок состоит из разных типов, которые позволяют более рационально

использовать штанговые насосы в разных эксплуатационных условиях. Так,

для обычных скважин наиболее целесообразно использовать установки с урав-

новешиванием колонной насосно-компрессорных

труб,

для кустовых — со взп-

имным

уравновешиванием или с инерционным, что позволяет еще более сни-

зить металлоемкость и

улучшить

их монтажеспособность. Для пробной экс-

плуатации целесообразно применять неуравновешенные установки особо ма-

лого веса и габаритов.

Кроме

того, благодаря быстроте и простоте монтажа и транспортировки

можно полностью отказаться от массовой практики резервирования произво-

дительности, что характерно при выборе обычных балансирных станков-ка-

чалок, и установки на скважине приводов, производительность которых по

параметрическому ряду

соответствует

типоразмерам на несколько позиций

большим, чем это необходимо.

Необходимость такого резервирования у обычных установок с балансир-

ным

приводом, в частности, обусловлена тем, что для замены на более мощ-

ный

станок-качалку надо переделывать фундамент и выполнять трудоемкие

дорогостоящие работы по демонтажу старой и монтажу новой установки.

При

использовании же установок ряда нового типа легких и быстро

монтируемых непосредственно на фланце колонной головки, замена установки

на

больший типоразмер не

требует

существенных затрат

труда,

времени и

средств. Далее

следует

иметь в

виду,

что применяемый типоразмер установки

не

связан с особенностями конструкции и параметров внутрискважинного

оборудования: колонны штанг, насосно-компрессорных

труб,

скважинного на-

соса, газовых и песочных якорей.

Наконец,

особо важно отметить, что наилучший режим работы установки

при

заданном значении ns

соответствует

предельно возможной для данного ти-

поразмера длине

хода,

что обусловливает не только увеличение к. п. д. всей

установки в целом, но и в отличие от механических балансирных станков-

качалок и увеличение долговечности гидроприводной установки. При выборе

типа и размера гидроприводной установки необходимо учитывать также и

следующие параметры.

1. Заданная продолжительность работы установки на данной скважине:

при

кратковременной эксплуатации (пробной) решающее значение имеют

транспортабельность и монтажеспособность установки, а не энергозатраты;

при

постоянной эксплуатации решающее значение имеют энергозатраты на

подъем жидкости.

2. Глубина подвески насоса.

203

ТАБЛИЦА

V.I

ОСНОВНЫЕ

ПАРАМЕТРЫ

ШТАНГОВЫХ

ГИДРОПРИВОДНЫХ

УСТАНОВОК

АГН

Параметры

Длина

хода

точки подвеса

Ш1анг относительно

труб,

Нагрузка в точке подвеса

штанг (номинальная), кН

Масса, кг

Высота, м

Мощность

приводного элек-

тродвигателя, кВт

АГН-Н

2,2

700

АГН-Л

2,2

1500

7,5

АГН-С

3,6

1700

8,5

АГН-Т

4,5

120

1900

9,9

АГН-Д

150

2700

3. Наличие расположенных вблизи

других

скважин, в частности, кустов,

пригодных для эксплуатации штанговыми насосами, с аналогичными пара-

метрами и, прежде всего, по значениям глубины подвески насоса и дебитам

жидкости.

4. Предполагаемый отбор пластовой жидкости.

5. Особенность инклинограммы скважины и, прежде всего, характер и

величину искривления при длительной эксплуатации скважины.

При

выборе типа и размера установки АГН

следует

пользоваться табл. V.1

Было

принято, что для эксплуатации мелких (до

300—500

м) скважин, осо-

бенно

при

дебитах

до Л

/сут,

целесообразно применение неуравновешенных

установок.

УСТРОЙСТВО

ПРИНЦИП

ДЕЙСТВИЯ

УСТАНОВКИ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

КОЛОННЫ

НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ

ТРУБ

КАЧЕСТВЕ

УРАВНОВЕШИВАЮЩЕГО

ГРУЗА

Гидроприводная установка с использованием в качестве уравновешиваю-

щего

груза

колонны НКТ состоит из наземной и подземной частей (рис. V.1).

Подземная

часть включает колонны насосно-компрессорных

труб

1 и штанг

2, скважинный насос 3. Наземная часть состоит из собственно гидропривода

(корпус на рисунке не показан), установленного на фланце колонны обсад-

ных

труб

5. В верхней части расположены гидроцилиндр 6 и поршень 7,

который посредством штока 8, тяг 9 и траверс соединен с колонной насосно-

компрессорных

труб.

Внутри корпуса укреплен второй гидроцилиндр 10,

поршень

которого 11 посредством штока 12 и переводной муфты соединен

с устьевым штоком колонны насосных штанг.

Нижние

полости гидроцилиндров соединены трубопроводом, а верхние

полости соединены с гидропанелью 13, к которой подключены силовой на-

сос 14 и бак 15.

Установка работает следующим образам. Подаваемая силовым насосом

14 из бака 15 рабочая жидкость направляется в верхнюю полость штангово-

го гидроцилиндра 10. При этом поршень 11, а вместе с ним шток 12, ко-

лонна

штанг 2 и, следовательно, плунжер скважинного насоса 3 переме-

щаются вниз. Рабочая жидкость при перемещении поршня вниз вытесняется

из

нижней (штоковой) полости, по трубопроводу перетекает в нижнюю по-

лость трубного гидроцилиндра 6 и поднимает его поршень 7

вверх.

Вместе

с ним перемещается связанный с ним посредством штока 8, тяг 9 и колонны

насосно-компрессорных

труб

/ цилиндр скважинного насоса 4. Следователь-

но,

при движении плунжера вниз, а цилиндра скважинного насоса вверх

происходит всасывание. При подаче рабочей жидкости в верхнюю полость

трубного гидроцилиндра 6 поршень 7, а вместе с ним и колонна насосно-

компрессорных

труб

1 и цилиндр скважинного насоса 4 перемещаются вниз.

204

Рабочая жидкость из подпоршневой (што-

ковой)

полости трубного цилиндра вытес-

няется

в штанговый цилиндр 10, поршень

// которого перемещается

вверх.

Вместе

с поршнем перемещаются колонна штанг 2

связанный с ней плунжер скважинного

насоса 3. Плунжер при этом перемещает-

ся

вверх,

а цилиндр — вниз.

Откачиваемая пластовая жидкость под-

нимается по колонне насосно-компрессор-

ных

труб

и через гибкий штанг 16 отво-

дится в промысловую сеть. Герметизация

колонны

насосно-компрессорных

труб

осу-

ществляется при помощи уплотнения, че-

рез которое пропущен устьевой шток,

а герметизация пространства

между

ко-

лонной

НКТ и эксплуатационной — при

помощи

уплотнения, установленного на

нижнем

фланце установки.

ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ СХЕМА

УСТАНОВКИ

И ЕЕ

РАБОТА

Наземная

часть установки (в дальней-

шем

будем

называть ее гидравлическим

приводом установки) состоит из

следую-

щих основных узлов (рис. V.2).

Рама или корпус I (показана пункти-

ром) закреплена непосредственно на флан-

це колонной головки. К раме (корпусу)

крепятся

все перечисляемые узлы установ-

ки.

В зависимости от типоразмера

уста-

новки

рама выполняется либо в виде

труб-

чатого корпуса с опоясывающим его коль-

цевидным баком, либо в виде сварной

стержневой конструкции.

Штанговый цилиндр II подвешен к ра-

ме на шарнире. Поршень штангового ги-

дроцилиндра посредством штока и устьево-

го штока колонны штанг связан с плунже-

ром скважинного насоса. (В некоторых

установках функции

устьевого

штока мо-

жет выполнять шток цилиндра, как пока-

зано

на рис. V.1).

Трубный гидроцилиндр III смонтиро-

ван

в верхней части установки. Его пор-

шень

через шток связан с верхней травер-

сой

и двумя тягами. Последние, в свою

очередь, посредством нижней траверсы со-

единены колонной насосно-компрессорных

труб

с цилиндром скважинного насоса.

отличительным особенностям кон-

струкции трубного цилиндра относится на-

личие фальшштока, который не несет на-

грузки от внешних сил — веса колонны на-

сосно-компрессорных

труб,

откачиваемой жидкости и т. д., а предназначен

лишь для изменения эффективной площади поршня путем замены его на

больший или меньший диаметр.

Соединение штока с поршнем осуществляется посредством шарнира, поз-

воляющего разгрузить поршень и

грундбуксу

цилиндра от действия изгибаю-

205

Рис.

V.I. Принципиальная схе-

ма штанговой гидроприводной

глубиннонасосной установки

типа АГН:

/ —

колонна насосно-компрессорных

труб;

2 —

колонна штанг;

3 —

ци-

линдр скважинного насоса;

4—

плунжер

насоса;

5 —

эксплуатаци-

онная

колонна (обсадная); 6—

гид-

роцилиндр;

7 —

поршень гидроци-

линдра;

8 —

шток гидроцилиндра;

—

тяга;

—

штанговый гидроци-

линдр;

// —

поршень цилиндра;

—

шток;

13—

гидропанель; 14

—

силовой насос; 15

—

бак; 16

— гиб-

кий

шланг

Рис.

V.2.

Гидравлическая

схема

установки

АГН:

—

рама установки;

—узел

штангового

цилиндра; III —узел трубного ци-

линдра;

IV —

узел

приЕода;

V —

система реверса;

VI —

система компенсации

утечек;

VII —

бак;

/ —

электродвигатель;

2—

силовой насос;

3 —

силовой

зо-

лотник;

4 —

золотник реверса;

5 —

планка реверса;

—упор,

7 —

кронштейн;

—

насос-мультипликатор;

9 —

золотник; 10

—

упор;

// —

кронштейн; 12

— ма-

нометр;

13—15

—

краны; 16

—

предохранительный клапан; 17

—

фильтр; 18

—

дроссель;

19—

электроконтактнын мг!го:.:стр

щих моментов, обусловленных неточностью сборки и отклонением установки

от оси скважины.

Узел

привода IV включает электродвигатель /, соединенный посредством

упругой

муфты с силовым насосом 2.

Гидравлическая панель состоит из

следующих

систем.

Система реверса V включает пилотный золотник 4, приводимый в дей-

ствие кулачком, установленным на планке реверса 5. Последняя снабжена

двумя упорами 6, на которые нажимает кронштейн 7, закрепленный на

труб-

ной

тяге.

Система компенсации утечек VI включает компенсационный насос-муль-

типликатор 8, управляемый золотником 9, и его привод — подпоршневую

планку с кулачком и упором 10, на который нажимает кронштейн 11,

уста-

новленный

на муфте, соединяющий шток штангового цилиндра с полирован-

ной

штангой.

На

масляном баке VII с запасом рабочей жидкости установлены мано-

метр 12 с краном 13 для определения уровня жидкости в баке, два крана

14 и 15 для отключения гидравлической панели. Кроме того, в гидравличе-

скую

схему

входят

предохранительный клапан 16, фильтр 17 с дросселем 18,

электроконтактный

манометр 19.

Гидравлическая панель, соединена с другими узлами силовыми трубопро-

водами (жирные линии), трубопроводами системы управления (тонкие ли-

нии),

дренажными трубопроводами (пунктирные линии).

При

ходе

штанг вверх планка реверса находится в верхнем положении и

кулачок не нажимает на шток пилота реверса 4, который направляет масло

от силового насоса в правую полость силового золотника 3. При этом масло

под давлением направляется в верхнюю полость трубного цилиндра III, а вы-

тесняемое из верхней полости штангового цилиндра II поступает через сило-

вой золотник 3, фильтр 17 и дроссель 18 в бак VII.

При

подходе

поршня штангового цилиндра к крайнему верхнему поло-

жению (при этом поршень трубного цилиндра подходит к нижнему положе-

нию) кронштейн 7, укрепленный на тяге, нажимает на нижний упор планки

перемещает ее вместе с кулачком вниз. Кулачок переключает золотник

реверса 4, который направляет масло, поступающее из силового насоса, в ле-

вую полость силового золотника 3. Скорость перемещения силового золот-

ника,

т. е. время его переключения, определяется настройкой дросселей

За и 36.

После увеличения давления в левой полости силового золотника начи-

нается перекрытие его каналов,

расход

жидкости к трубному цилиндру

уменьшается — происходит остановка штанг и

труб.

После прохождения зо-

лотником

нейтрального положения масло направляется в верхнюю полость

штангового цилиндра II, а из верхней полости трубного цилиндра III сли-

вается в бак.

Поскольку в моменты реверсирования направления движения поршней

штангового и трубного цилиндров в них направляется масла меньше, чем

подает насос, давление в системе увеличивается, предохранительный клапан

16 открывается, и излишек масла отводится в бак. При нахождении золот-

ника

в среднем положении весь поток масла от насоса через предохрани-

тельный клапан направляется в бак.

Предохранительный клапан срабатывает также при увеличении давления

гидросистеме, например, при заклинивании скважинного насоса, обрыве

штанг или

труб

и т. д.

После реверсирования движение штанг вниз продолжается до тех пор,

пока

кронштейн не нажмет на упор реверса и не переместит его

вверх.

При

этом золотник реверса 4 направит масло в правую полость силового золот-

ника

и произойдет реверсирование движения штанг и

труб,

начнется сле-

дующий двойной ход.

Нормальная

работа установки возможна лишь при условии, что объем

масла в подпоршневой полости

будет

строго определенным и постоянным,

т. е. он должен быть таким, чтобы при достижении поршнем трубного ци-

линдра крайнего верхнего положения поршень штангового опускался бы

207

крайнее нижнее, но не упирался в нижнюю крышку цилиндра. Иначе при

подходе

поршня трубного цилиндра к верхнему положению, еще до сигнала

на

реверсирование, произойдет внезапная остановка поршня штангового ци-

линдра.

Чтобы избежать этого, установка сна'бжена системой компенсации уте-

чек

(СКУ), поддерживающей объем жидкости в подпоршневых полостях на

постоянном

уровне.

Система компенсации утечек VI начинает работать при уменьшении объ-

ема масла в подпоршневой полости настолько, что кронштейн //, установ-

ленный

на муфте, соединяющей шток штангового цилиндра с полированной

штангой, нажмет на упор 10, перемещающий кулачок вниз. Кулачок при

этом переключает золотник 9, направляющий масло от силового насоса

верхнюю полость насоса-мультипликатора 8. Его ступенчатый поршень опу-

скается вниз и вытесняет жидкость из нижней полости в подпоршневую по-

лость гидроцилиндров. При перемещении штанг вверх после реверсирования

золотник

9 направляет масло в среднюю полость насоса-мультипликатора,

результате

чего его плунжер поднимается

вверх,

и происходит ход вса-

сывания.

Этот процесс продолжается до тех пор, пока в подпоршневую полость

будет

закачено столько масла, что при

подходе

поршня к нижнему положе-

нию

кронштейн // не

будет

нажимать на упор. По мере того, как поршень

штангового цилиндра

будет

вследствие утечек просаживаться ниже своего

нормального положения, СКУ

будет

периодически включаться.

В гидравлической

схеме

привода для очистки рабочей жидкости

преду-

смотрен фильтр 17, обеспечивающий ее фильтрацию, параллельно фильтру

включен дроссель 18, пропускающий часть потока масла, а при полном за-

сорении

фильтра и весь поток.

Запас

рабочей жидкости находится в баке VII емкостью от 200 до

400 л в зависимости от типа установки. Для контроля уровня он снабжен

щупом или маслоуказательными стеклами, а также манометром 12, распо-

ложенным в нижней части бака и отградуированном в метрах столба масла.

В днище бака имеется кран 13 для слива масла.

Привод установки осуществляется трехфазным асинхронным электродви-

гателем во взрывобезопасном исполнении, который при помощи фланца кре-

пится

к силовому блоку. Управление двигателем осуществляется станцией

управления БУС-2 или аналогичной ей.

Установка снабжена защитной системой, в которую

входи

г электрокон-

тактный манометр ЭКМ 19, показывающий давление, развиваемое силовым

насосом,

и реле времени (на

схеме

не показано). При работе установки

с давлением, превышающим установленное на ЭКМ, больше определенного

времени, например, при заклинивании глубинного насоса или обрыве штанг,

реле времени

дает

сигнал на станцию управления, и двигатель обесточивает-

ся.

Кроме того, при падении давления в гидросистеме ниже установленного,

например,

при нарушении герметичности или отсутствии масла, ЭКМ

дает

сигнал, и станция управления отключает двигатель.

УРАВНОВЕШИВАНИЕ

ШГНУ

КОЛОННОЙ

НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ

ТРУБ

Для штанговых гидроприводных насосных установок с использованием

качестве уравновешивающего

груза

колонны насосно-компрессорных

труб

теория уравновешивания, разработанная для балансирных станков-качалок,

неприменима.

Коротко

остановимся на теории работы рассматриваемых установок, по-

скольку это необходимо для понимания принципа их работы.

При

установившемся движении штанг вверх поршень трубного цилиндра

воспринимает давление жидкости, подаваемой силовым насосом в верхнюю

полость цилиндра р

, силу тяжести колонны насосно-компрессорных

труб

силу тяжесть кольцевого столба жидкости Р

, давление жидкости в нижней

полости цилиндра, обусловленное силой тяжести колонны штанг Р

и силой

208

тяжести столба откачиваемой жидкости

приложенных

поршню штан-

гового цилиндра (Р

+Яж)Яш.

Сумма проекции

сил,

воспринимаемых поршнем,

на

вертикаль

При

установившемся движении штанг вниз поршень штангового цилинд-

ра воспринимает давление жидкости

подаваемой силовым насосом-

верхнюю полость цилиндра, силу тяжести колонны штанг

, а

также

давление, обусловленное силой тяжести колонны

труб,

кольцевого столба

жидкости

столба откачиваемой жидкости

(Рт-\-Рк~\-Рж)

/Fi.

Баланс

сил

будет

иметь

вид:

Рш~

(Я

Лс

)

£ =

(V.2)

Обозначим отношения длощадей поршней

цилиндров следующим

образом:

fm/Fr-K;

f/F-k; f/U=N; (V.3)

дальнейшем

будем

называть параметром уравновешенности,

F —

площадь поршня трубного цилиндра;

—

эффективная площадь поршня

трубного цилиндра

(без

площади фальшштока);

/ —

площадь поршня штан-

гового цилиндра;

—

эффективная площадь поршня штангового цилиндра

(без площади штока).

Условию уравновешенности рассматриваемых установок

соответствует

Рв=Рн,

т. е. при

установившемся движении штанг вверх

вниз приводной:

двигатель должен развивать постоянную мощность. Приравняв

соответст-

вии

этим условием давления, полученные

уравнениях

(1) и (2),

подста-

вим

N и,

выразив усилия соответственно через линейные плотности

q, по-

лучим:

A'K

+B'Kp+C'=0,

(V.4)

где

B'=kq

-\-k.q

—<7

С'——Rq

—%q

Для определения значения параметра уравновешенности

учетом

всех

факторов

периоды неустановившегося движения необходимо использовать

следующее

уравнение:

v+AK

+BK

+C=0,

(V.5)

где

r\\l

В=—

<7ш-Н7шт

+&7

-|-й(7,<-

-Тн

/g—kr

/g,

С=—9

где

пг

—

динамический фактор;

а —

мгновенное значение ускорения точки

подвеса штанг;

g —

ускорение свободного падения;

г, т

—средняя удельная

сила трения соответственно колонны

НКТ и

штанг;

—

средняя линейная

плотность колонны штанг

жидкости;

—

средняя линейная плотность

столба жидкости

над

плунжером скважинного насоса;

—

средняя линей-

ная

плотность колонны насосно-компрессорных

труб

воздухе;

—

сред-

няя

линейная плотность кольцевого столба жидкости, обусловленного

раз-

ницей

внутреннего диаметра

НКТ

диаметра плунжера скважинного насоса.

Как

видно

из

(V.5),

соотношение эффективных площадей поршней штан-

гового

трубного цилиндров,

при

котором установка уравновешена

и не

зависит

от

глубины подвески насоса, является лишь функцией линейных

плотностей колонны штанг,

труб

столба откачиваемой жидкости.

209

Для того чтобы установка была уравновешена, необходимо соотношение

эффективных

площадей поршней штангового и трубного цилиндров выбрать

соответствии с уравнением (V.4) в зависимости от диаметров штанг,

труб

скважинного насоса, т. е. обеспечить равенство расчетного и фактического

параметров уравновешенности

=Кф.

НОМОГРАММА

ДЛЯ

ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ПАРАМЕТРА

УРАВНОВЕШЕННОСТИ

При

определении параметра уравновешенности по формуле (V.4) неоо-

ходим большой объем вычислений. Для упрощения расчетов можно пользо-

ваться номограммами (рис. V.3 и V.4) для определения параметра уравно-

вешенности установки в зависимости от конструкции ее подземной части.

Кроме

того, с помощью этой номограммы можно решать и обратную зада-

чу — по заданному параметру определять характеристики элементов подзем-

ного оборудования.

По

оси абсцисс номограммы отложены значения приведенной линейной

плотности колонны штанг q

, по оси ординат — значения параметра Яр.

Каждое семейство кривых

соответствует

определенному диаметру насосно-

компрессорных

труб,

а каждая кривая в семействе — определенному диамет-

ру плунжера скважинного насоса от 28 до 70 мм.

При

определении Кр в зависимости от диаметра и типа применяемых

насосно-ко-мпрессорных

труб

выбирают сначала семейство, а в нем кривую,

соответствующую диаметру используемого скважинного насоса. Из точки,

отвечающей линейной плотности применяемых штанг, на оси абсцисс не-

обходимо восставить перпендикуляр до пересечения с искомой прямой.

Ордината точки пересечения

даст

значение параметра К

Параметр равновесия можно определять и с помощью более простой, (но

менее точной) эмпирической формулы

где <?ш — линейная плотность колонны штанг в

воздухе,

кг/м; а, Ь — по-

стоянные,

зависящие от условного диаметра плунжера скважинного насоса и

применяемых насосно-компрессорных

труб

(табл. V.2).

Изменение

величины Кф осуществляется изменением диаметра фальш-

штока. Диаметр фальшштока, который необходимо установить, чтобы выпол-

ТАБЛИЦА V.2

ЗНАЧЕНИЯ

ПОСТОЯННЫХ а И Ь ПРИ

ПРИМЕНЕНИИ

РАВНОПРОЧНЫХ

НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ

ТРУБ (ft =

0.I97)

Условный диаметр плунжера

скважинного насоса, мм

Услозный диаметр

насо:но-компрессорных

труб

мм

210

0,152

0,102

0,072

0,049

0,061

0,119

0,121

0,191

0,171

0,300

0,460

0,040

0,059

0,080

0,104

0,235

0,218

0,358

0,036

0,047

0,067

0,082

0,125

0,172

0,284

0,028

0,035

0,049

0,061

0,094

0,130

0,213