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

Подождите немного. Документ загружается.

25Д

,мм

Рис.

V.3.

Номограмма

для

определения парамет-

ра уравновешенности

для

неравнопрочных насос-

но-компрессорных

труб

(й

= 0,197)

23.4 (/,„ ,мм

Рис.

V.4.

Номограмма

для

определения парамет-

ра уравновешенности

для

равнопрочных насосно-

компрессорных

труб (ft = 0,197)

яялось

соотношение

Kp=fm/FT,

Ар ш

(V.6)

где

£>ф

—

диаметр фальшштока,

м; D —

диаметр поршня трубного

ци-

линдра, смонтированного

на

установке,

м; d —

диаметр поршня штангового

цилиндра,

м;

йшт—диаметр штока штангового цилиндра,

м.

Диаметры лоршней

штоков

для

соответствующего типоразмера

уста-

новки

указаны

в ее

паспорте.

Определение диаметра

фальшштока

Диаметр фальшштока

по

заданному параметру уравновешенности

можно определить

по

(V.6).

достаточной точностью можно пользоваться

номограммой

(рис. V.5).

Кривые

соответствуют

определенному диаметру

трубного цилиндра.

Для определения диаметра

фальшштока

из

точки, соответствую-

щей

заданному значению

К,

надо

провести горизонталь

до

пересечения

с кривой, соответствующей диаметру

трубного цилиндра, смонтированного

на

установке

(180 или 200 мм). Из

точки пересечения опустить перпен-

дикуляр

на ось Оф шт.

Полученная

точка

—

значение диаметра фальш-

штока.

При

несовпадении рассчи-

танного диаметра

диаметрами

имеющихся

наличии штоков

сле-

дует

принять ближайший меньший

диаметр, затем

обратном порядке

(пунктирная

линия) определить

фак-

тическое значение параметра урав-

новешенности

К.

Для нормализованного ряда

фальшштоков параметры уравнове-

шенности

приведены

табл.

V.3.

Идеальное уравновешивание

установки,

т. е.

точное выполнение

равенства

К$>

— Кр,

может быть обес-

печено

в том

случае, если смонтиро-

ванный

установке фалыдшток обес-

печивает соотношение

}m/F

, рав-

ное

/Ср,

определенное

по

формуле

CVA).

Однако,

так как

диаметры ряда

фальшштоков

—

величины дискретные,

0,6

0,4

0,3

0,2

2.50-

Ч.

VD-

—.

80—

—-».

2.-.0

2М) 210

НЮ

J70

150 130

110 D,p

,„

,мм

Рис.

V.5.

Номограмма

для

определе-

ния

диаметра фальшштока

а значение параметра уравновешен-

ности может изменяться непрерывно,

то

может иметь место случай, когда

ТАБЛИЦА

V.3

ПАРАМЕТРЫ УРАВНОВЕШЕННОСТИ К^ ДЛЯ НОРМАЛИЗОВАННОГО РЯДА

ФАЛЬШШТОКОВ

Параметр

уравнове-

шенности

При

= 0,197

При

Ж=

0,254

,221

,222

100

,239

,236

по

264

254

Диаметр

фальшштока

120

298

276

130

0,346

0,306

140

420

347

мм

145

472

373

150

,543

,404

155

,642

,443

160

,790

,491

Разница

между значениями фактического и расчетного параметров урав-

новешенности

/Сф—Кр=ДЛГ предопределяет различие величин давлений, раз-

виваемых силовым насосом при

ходе

штанг вверх и вниз от давления, ко-

торое он должен развивать при полностью уравновешенной установке.

Изменение

величин давлений при

ходе

штанг вверх и вниз относительно

давления,

развиваемого при уравновешенном приводе, может быть учтено ко-

эффициентом

г\(АК) равным соответственно при

ходе

штанг вверх и вниз

[

<7ш

+ 9ж 1 . „ , *?.

ЛГр + ДЛГ -Ят-Як W

+k)

, (V.7)

[

(Кр + М) (<?т

QX)

т] {Kv+

® (V8)

Уравновешивание

привода

Точное уравновешивание установок при несоответствии требуемого и

имеющегося в наличии фальшштока возможно изменением линейной плотно-

сти колонны штанг или труб, что осуществляется или установкой грузов

точке подвеса штанг или труб, или изменением конструкции колонны штанг

или

труб, что и обеспечит соответствующее изменение массы.

Масса,

которую необходимо подвесить в точке подвеса штанг или труб,

А'

(К

+ ДАТ)

+ В' (АГ

+ &К) + С

<2ш

= L , (V.9)

А'

(К

+ АЛ")

+ В' (ЛГ

+ Д/г) + С'

где А', В', С — коэффициенты, см. (V.4); L — глубина подвески скважинно-

го насоса; /Cp-j-AK — фактический параметр уравновешенности установки;

Кр — расчетный параметр уравновешенности по (V.4).

При

установлении конструкции колонны необходимо определить:

1) фактический параметр уравновешенности;

2) линейную плотность колонны штанг <7ш, общая масса которой откор-

ректирована с учетом массы дополнительных грузов Q

;

3) длины ступеней колонны штанг и их диаметры, зная q

Кинематика

движения точек подвеса

штанг

труб

Из

условия неразрывности потока жидкости в трубопроводе, соединяю-

щем нижние полости штангового и трубного цилиндров, следует, что /ч/т—

=/ш'ш,

или с учетом (V.3).

}

/Р

—1

=кф, где /

— длина

хода

точки подвеса труб, м; /

— длина

хода

точки

подвеса штанг, м.

Поскольку

длина

хода

плунжера скважинного насоса относительно ци-

линдра равна сумме абсолютных длин ходов штангового и трубного цилинд-

ров (без

учета

деформации штанг)

1ц=1ш-\-1т,

то длины ходов штанг и

труб

Аналогичный вид имеют уравнения для скоростей перемещения штанг

труб:

214

где

, ц

—

абсолютная скорость

движения точки подвеса штанг

труб;

—

относительная скорость

движения этой точки.

Закономерность

перемещения

и •£"

изменения

скорости точек подвеса

штанг

труб

(рис. V.6)

состоит

из

нескольких

фаз; / —

пауза, обуслов-

ленная

переключением силового

зо-

лотника;

в это

время точки подвеса

штанг

труб

неподвижны;

2 — раз-

гон штанг

труб;

этот период

силовой насос начинает подавать

масло

цилиндры

и его

расход

по-

степенно увеличивается;

3 —

устано-

вившееся Движение штанг

труб,

т.

е.

скорости перемещения точек

подвеса штанг

труб

постоянны;

—

торможение штанг

труб.

В на-

чале участка

золотник начинает

перемещаться,.

и поток масла к ци-

линдрам уменьшается. Скорость

пе-

ремещения штанг

труб

уменьшает-

ся

до

нуля;

—пауза, обусловлен-

ная

переключением силового золот-

ника;

—разгон движения штанг

труб

нанравлении, противополож-

ном

фазам

2—5; 7 —

установившее-

ся

движение штанг вниз,

труб

вверх;

8 —

торможение штанг

труб;

9 —

пауза.

Затем

цикл

повторяется. Во вре-

мя

фаз 2—5

плунжер скважинного

Циклограмма

(а) и ско-

рость

(б)

поршней штангового

(

плош

ая)

трубного (пунктирная)

ги

Дроцилиндров

при

(V.13)

где

—подача силового насоса

/с

(V.14)

(V.15)

215

Коэффициенты

уравнения R, S, T, U в зависимости от фазы и направ-

ления

движения принимают соответствующие значения. При эксплуатации

установок представляет интерес определение максимальных ускорений при

разгоне штанг во время

хода

вверх

и вниз:

maxB

= g <7тЛ

+ <7uAn

где

<7ш

<7ж

— Кф (<7т + <7к)

х"

=р г ; > (V 17Ъ

max н s

цг

_|_ ^

' V

•'' /

Д — коэффициент приведенной массы, учитывающей массу штанг или

труб,

движущихся с ускорением;

2(1+?)

2 +у—

•

(

+ f)

где /шт—площадь поперечного сечения штанги; /

— то же, трубы. <р=

=/шт//т;

если материал штанг и

труб

одинаков, то это отношение можно

заменить соотношением их линейных плотностей в

воздухе

ф=9ш/<7т-

Продолжительность неустановившегося движения точки подвеса штанг

(V.18)

где £а — коэффициент, учитывающий характер изменения величины ускорения

период неустановившегося движения точки подвеса штанг. Его величина

для выпускаемых в настоящее время установок АГН изменяется в пределах

0,9—0,1

и зависит от диаметра плунжера скважинного насоса.

При

регулировке переливного клапана на максимальное давление, раз-

виваемое силовым насосом, исходят из условий недопущения появления сжи-

мающих напряжений в колонне штанг в период их разгона во время

хода

вниз.

Тогда давление, на которое должен быть настроен клапан,

Р«л = дгЬ [<7тДт + <7ш

ш —

Яш

— <7ж +

Кф(9т

+ <7к)]

•

(V. 19)

Давление, развиваемое силовым насосом при уравновешенном приводе

период установившегося движения и обусловленное только полезной на-

грузкой,

р = —

•

(V.20)

Давление, развиваемое силовым насосом при уравновешенном приводе

учетом

инерционных составляющих, сил трения и

других

факторов

к)

где T|i — коэффициенты, учитывающие изменение давления, обусловленного

эксплуатационными факторами.

216

Время двойного

хода

штанг

<ш

в + ^ш н + *п-

Приближенно,

с достаточной для практики точностью, его можно опре-

делить по формуле

(V.22)

Соответственно приближенное число двойных

ходов

плунжера в едини-

цу времени (в минуту)

(V.23)

Подача силового насоса, обеопечивающая необходимое число двойных

ходов

в минуту,

Q =

60(1

(V.24)

Подачи

силовых насосов, наиболее часто применяемые в гидроприводных

установках, приведены в табл. V.4.

ТАБЛИЦА

V.4

Силовой насос НД 160

тгл

10859

Одна секция

Две секции

Три

секции

Удельная

пода-

ча, см'/об

138

207

Частота вра-

щения

вала

насоса, об/мин

720

960

1440

720

960

1440

720

960

1440

Теоретическая подача

л/

мин

100

133

2С0

150

200

300

ыз/с

0,83-10-'

1,12-10"'

1,67-10-'

2,22-10"'

3,33-10-'

2,50-10-'

3,33-10-»

5,00-10-'

Определение

усилий

точках

подвеса

штанг

труб

При

установившемся движении штанг и

труб

усилия в точках их подве-

са определяются по формулам табл. V.5, где q'

— фиктивная средняя плот-

ность столба жидкости над плунжером скважинного насоса, обусловленная

буферным давлением, кг/м;

Q'K

— фиктивная средняя плотность кольцевого

столба

жидкости,

обусловлен-

ная

буферным давлением, кг/м;

ЫРб

— площадь поперечного сечения плунжера скважинного насоса, м

; f

—

площадь

кольца, обусловленного разницей внутреннего диаметра насосно-

компрессорных

труб

и диаметра плунжера глубинного насоса, м

; ръ — бу-

217

ТАБЛИЦА

V.5.

Направление

движения

точки

под-

веса штанг

Вверх

Вниз

' шч —

' шн —

штанг

•gl

(<7ш

<7ж-

-т

Усилия

И'»)

)-Lr

точке

подвеса

=-.

трб

(<7т

+ 9к +

<?'

)Х

('Ут

~f~

*7к

~f" ^ж "4*

ферное давление на

устье

скважины, МПа; L — глубина подвески насоса, м;

g — ускорение свободного падения, м/с

Линейные плотности штанг и

труб

для одноступенчатой колонны приве-

дены в табл. V.7 и V.8 соответственно, а линейные плотности столба жидко-

сти над плунжером и кольцевым столбом жидкости — в табл. V.9 и V.11.

При

движении вверх в период неустановившегося движения максималь-

ное

усилие в точке подвеса штанг с достаточной точностью можно опреде-

лить по формуле

(16

зЗГ

19)

(19)

3,0

2,5

2,0

'1-

„0

30 40

-г

О'О'бО

70 80

3,5

3,0

2,0

/ —-"""

• . '

£f

' \

22)

100 A 0 10 20 30

4[)У1УД0й0

70 80 !)0 100

Рис.

V.7. Номограмма для определения приведенной линейной плотности

ступенчатой колонны штанг

218

Формула выведена в предположении, что протесе разгона точки подвеса

штанг достаточно скоротечен (это подтверждается промысловыми экспери-

ментами) и процесс разгона столба жидкости начинается после окончания

процесса

упругого

деформирования колонны штанг.

При

применении ступенчатой колонны штанг для определения приведен-

ной

линейной плотности необходимо попользовать

следующую

формулу:

'• 'в h

где q

, 9a> <?j — линейная плотность участков одного диаметра ступенчатой

колонны

штанг; 1

, /р,

— длина участков одного диаметра ступенчатой ко-

лонны

штанг соответственно.

Однако применение этой формулы связано с громоздкими вычислениями,

которые можно заменить, используя номограмму (рис. V.7).

Номограмма для определения приведенной

линейной

плотности ступенчатой колонны штанг

Номограмма позволяет по заданному процентному соотношению a, (J, у

длин штанг различного диаметра d

, й„, d- в

двух-или

трехступенчатой колонн

определить приведенную линейную плотность q

m П

р, а также по заданной

приведенной линейной плотности определить процентное содержание штанг

различного диаметра при р

=1000 кг/м

Каждая номограмма для колонн, состоящих из штанг диаметром 16, 19,

22 мм и 19, 22, 25 мм и обозначенных

«16—22»

«19—25»

соответственно,

состоит из

двух

систем координат: треугольной и прямоугольной.

Рассмотрим пример решения прямой задачи, т. е. определение q

m пр

на

диаграмме

«16—22».

Необходимо определить приведенную линейную плот-

ность колонны штанг, состоящей из 28% штанг диаметром 22 мм, 32% —

19 мм, 40% — 16 мм. Для этого на шкалах

«22»,

«19» и «16» необходимо

отметить точки, соответствующие процентному содержанию штанг отдель-

ных диаметров на шкале

«22»

точка 28 и т. д. На пересечении прямых, про-

веденных из этих точек, получим точку F (три прямые должны пересечься

одной точке, так как 28%+32%-НО%=100%). Далее через точку F про-

водится горизонталь до пересечения с осями треугольной системы коорди-

нат — точки D и F, после чего нужно найти проекции этих точек на одно-

именных сторонах треугольника ABC. Проекция точки F на линии D\, Ei

дает

точку F\, ордината которой есть искомое значение приведенной линей-

ной

плотности колонны штанг 2 (кг/м). Результат расчетов по формуле

1,99 кг/м.

Для

двухступенчатой

колонны, например, штанги диаметром 22 мм, 35%,

19 мм — 65%, расчет приведенной линейной плотности ведется следующим

образом: точка 35 на оси

«22»

проектируется на линию В\С^ (пунктирная

линия).

Ордината ее проекции

даст

и искомую величину q

m П

р=2,62.

Решение

обратной задачи — подбор конструкции колонны штанг по за-

данной

приведенной линейной плотности — проводится в обратном порядке.

В прямоугольной системе координат проводится горизонталь с ординатой,

соответствующей заданной значению плотности.

Точки

ее пересечения со стороны треугольника сносятся на соответст-

вующие оси треугольной системы координат, и линия, соединяющая их, бу-

дет геометрическим местом точек, удовлетворяющих условию задачи. Про-

центное содержание штанг каждого диаметра определяется с

учетом

проч-

ностного расчета, практического опыта либо по рекомендации справочника.

ВЛИЯНИЕ

ПРОМЫСЛОВЫХ

ФАКТОРОВ

НА

РАБОТУ

ПРИВОДА

Зависимости для определения параметра уравновешенности (V.4) найде-

ны

исходя из условия, что буферное давление равно нулю, динамический

219

ТАБЛИЦА

V.6

ФОРМУЛЫ

ДЛЯ

ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРАТНОСТИ УВЕЛИЧЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ, РАЗВИВАЕМОГО СИЛОВЫМ НАСОСОМ

ЗАВИСИМОСТИ

ОТ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ФАКТОРОВ

Эксплуатационный

фактор

Степень заполнения

НКТ

пластовой жидко-

стью

Буферное давление

Динамический

уровень

пластовой жидкости

скважине

Плотность пластовой

жидкости

Силы

трения колонны

штанг

НКТ

Динамический

фактор

для неустановившегося

движения штанг

Формула

для

определения влияния

фактора

РЧР

'Рл

''ПИН

riy-p'lp-1-S.

222

Р'/Р=1

ffi

«-y-

тр

= P'lP = 1 +

в8

+ "т

Чдин

P'lP

- '

Ход штанг

вверх

ич-и

2В

со

/^ф-?

/р

ст

-<?

ЗВ

(l+I/^ф)

СО

«т+Чш+Чк+Чж

ев

(«ш+9

)/^ф+(9

+«

)

Кф

7В

Ход штанг вниз

*ф

Йк+'ж»

Ч~?

1Н

„ ^Ф <

n +

Ч (Чт?ж1?ст+Ч

+Ч

)

•н

^Ф

"к+'гж'

+ ~?ш

-4Н

„ С+^ф)

5Н

^Ф

+Я

+Ч

)

-.н

+9к

9ж)

+ «ш

7Н

Рвода'Рст

"в

(Ч

+Я

)1К

+Й

);

<•„

= К

(Ч

+Ч

) -9

Р = ,_р

/р

•

8О

да-

плотность

технической воды;

ст

плотность ст

ли.