Никишенко С.Л. Нефтегазопромысловое обрудование

Подождите немного. Документ загружается.

По оси абсцисс отложены глубины спуска насоса, по оси орди-

нат- значение определяемого приведенного напряжения.

Номограмма состоит из трех систем шкал и линий.

- система I представляет собой совокупность сочетаний приме-

няемых диаметров насосов - 28; 32; 38; 44; 56; 70; 95 мм и штанг -

16; 19; 22; 25 мм. Наименьшему диаметру штанг соответствует верх-

няя точка на линии каждого насоса.

- система II в левой части выражает сочетания числа качаний

в минуту п = 6; 8; 10; 12; 14; 16; 18 и длины хода, обеспечиваемой при-

водом, S

= 0,45; 0,6; 0,9; 1,2; 1,5; 1,8;. 2,4; 3,0.

- система III - вспомогательная и служит для расчета ступенча-

тых колонн. Расстояния между линиями этой системы и осью орди-

нат выражают величину уменьшения приведенного напряжения a

при переходе от ступени меньшего диаметра к ступени большего ди-

аметра.

Диаграмма позволяет решать прямую и обратную задачу. Прямая -

по заданным значениям диаметров штанг и их длинам определяют

приведенное напряжение, т.е. выбирают материал, из которого изго-

товлены штанги. Обратная - по заданному приведенному напряже-

нию определяют диаметр, длину и число ступеней штанг.

Порядок решения прямой задачи покажем на следующем приме-

ре. Определить значение приведенного напряжения snp в точке под-

веса штанг при глубине спуска насоса L = 1000 м,. диаметре плунжера

насоса D = 44 мм, числе двойных ходов в минуту п = 12, длине хода

полированного штока S

= 1,8 м. Колонна ступенчатая: /

~ 700 м,

19 мм;

300 м, d

22 мм.

Для определения величины напряжений соединяем начальную

точку номограммы 0 с точкой 19, находящейся на пунктирной линии

44 системы /, а точку 2500 - с точкой, образованной пересечением

линий п=12и5

=1,8 системы II.

Через точку 1000 на оси абсцисс проводим вертикаль до пересе-

чения с прямой 0—19 в точке А. Через эту точку проведем прямую,

параллельную линии 2500- (12-1,8), до пересечения в точке е с пер-

пендикуляром, восстановленным к оси абсцисс через лежащую на ней

точку 300.

Из точки е опускаем вертикаль длиной, равной отрезку e'd'- расстоя-

нию между осью ординат и переводной линией 0- (19-22) системы III.

Через точку D проводим прямую DB, параллельную линии 2500-

(12-1,8), до пересечения с осью ординат в точке В.

Ордината ОВ будет выражать собой приведенное напряжение

в точке подвеса штанг для данной колонны, равное 6,3 кгс/мм

С помощью номограммы можно просто решить и обратную зада-

чу. Рассмотрим такой пример:

-172-

тах

= 9 кгс/мм

, диаметр насоса D = 38 мм, глубина спуска

X, - 1920 м, число ходов в минуту п - 12, длина хода S

= 1,8.

Назначим диаметр нижней, т. е. первой ступени колонны 19 м

и определим ее длину. Для этого соединим точку 0 номограммы с точ-

кой 19, находящейся на пунктирной линии, соответствующей насосу

38 мм, а точку 2500 с точкой 12-2,8 системы II (по аналогии с реше-

нием предыдущей задачи).

Через точку а пересечения линий 0-19 с вертикалью 1920-а про-

водим прямую, параллельную линии 2500- (12-1, 8), до пересече-

ния ее в точке с с горизонталью 9, соответствующей максимальному

допустимому значению напряжений. Из этой точки опускаем перпен-

дикуляр cd, равный по высоте отрезку bd" между переводной линией

0- (19-22) и осью ординат. Через точку d отрезка cd снова проводим

прямую, параллельную линии 2500- (12-1,8), до пересечения в точ-

ке с" с горизонталью 9. Продолжая аналогичное построение до пере-

сечения линий fb с осью ординат, получим число ступеней, равное 3,

а длины /, = 1920 - 1100 = 820,1

= 1100 - 530 - 570,1

}

= 570.

Таким образом, с достаточной для практики точностью можно

быстро проверить, удовлетворяет ли имеющаяся колонна условию

прочности - пример I, либо по заданным напряжениям подобрать

конструкцию колонны.

Вопрос 4.20. Утяжеленный низ колонны штанг

Анализ обрывов колонны штанг при работе с насосами различ-

ных диаметров показал, что их разрушение при работе с насосами

малых диаметров происходит в основном в верхней части колонны,

а при работе с насосами больших диаметров - в нижней части колон-

ны. В средней части колонны обрывы редки.

Обрывы штанг в верхней части колонны обусловлены усталост-

ными растягивающими напряжениями, величина которых в нижней

части мала. Причина обрыва штанг в нижней части у насоса - про-

дольный изгиб штанг, приводящий к увеличению амплитуды напря-

жений . При увеличении диаметра плунжера и числа качаний уве-

личивается как сила трения плунжера о стенки цилиндра, так и сила,

обусловленная гидравлическим сопротивлением при прохождении

жидкости через канал в плунжере и нагнетательный клапан. Суммар-

ная сила сопротивления при движении вниз плунжера насоса диа-

метром 70 ... 120 мм составляет 2,5 ... 3 кН.

Для устранения продольного изгиба нижней части колонны штанг

применяют утяжеленный низ (рис. 4.33), собираемый из сплошных

штанг большого сечения диаметром 40 мм. Он состоит из секций дли-

ной 4 ... 5 м, весом около 60 кг. Чем больше диаметр насоса, тем боль-

шее число секций должен иметь утяжеленный низ. Так, например,

-173-

3-4 секции предотвращают заедание

плунжера. Вес низа выбирается таким,

чтобы обеспечить работу его верхней

штанги в режиме растяжения. В против-

ном случае возможен быстрый выход из

строя штанги, соединенной с низом, в ре-

зультате дополнительных напряжений от

изгиба.

Для предупреждения аварий (обрыва

штанг) и выяснения их причин необходи-

мо ведение документации, в которой дол-

жно быть отражено:

- дата спуска штанг;

- марка стали и вид поверхностной об-

работки и термообработки;

- число и размер штанг колонны;

- номер оборвавшейся штанги (ее ме-

сто в колонне);

- место обрыва в штанге (по резьбе, по

телу штанги, по муфте);

- режим работы скважинного насоса и

его изменения.

Вопрос 4.21. Эксплуатация,

транспортировка

и хранение штанг

Работоспособность насосных штанг в

большей степени зависит от соблюдения

правил их эксплуатации,транспортиров-

ки и хранения. Для максимального уве-

личения срока службы штанг и межре-

монтного периода необходимо соблюдать

следующие правила.

1. Нельзя допускать составление колонны или отдельных ее сту-

пеней из штанг, изготовленных из разных марок сталей. На случай об-

рыва следует иметь на мостах 3 ... 4 запасные штанги с надетыми на

резьбу предохранительными колпачками,

2. Надежная работа резьбовых соединений обеспечивается пра-

вильным свинчиванием штанг. Исправное резьбовое соединение дол-

жно свободно свинчиваться «от руки» до соприкосновения торца

муфты с буртом штанги.

При свинчивании должны соблюдаться следующие оптимальные

соотношения диаметра штанг и крутящего момента: 16 мм - 300 Н-м,

19 мм - 470 Нм, 22 мм - 700 Нм, 25 мм - 1070 Н-м

Рис. 4.33. Утяжеленный

низ колонны штанг:

1- штанги; 2 - переводник,

3 - соединительная муфта;

4 - переводник к насосу

174-

При разборке колонны запрещается обстукивание муфты ключом.

С трудом развинчиваемое соединение необходимо разбирать, ис-

пользуя ключ с рукояткой длиной 1 м. Штанги и муфты с повреж-

денными торцами и не дающие плотного стыка следует браковать.

3. При спуске или подъеме колонны штанг необходимо следить за

правильностью зарядки элеватора. В противном случае возможен

изгиб штанги. Изогнутые штанги нельзя выпрямлять, их бракуют.

Лучший способ хранения штанг при подземном ремонте - их подве-

шивание на люстре.

4. Наиболее часто встречающаяся причина изгиба штанг - непра-

вильное их хранение и транспортировка. Штанги поставляются в паке-

тах с плотно навинченными на один конец муфтами. Для предохране-

ния резьбы от повреждения на концы штанг навинчиваются предохра-

нительные колпачки, а муфты закрываются деревянными пробками.

При погрузке и выгрузке пакетов со штангами необходимо исполь-

зовать автокран со специальной траверсой, имеющей не менее трех

подвесок. Подъем более одного пакета не разрешается.

5. Хранить штанги необходимо в пакетах, уложенных на стеллажах.

6. При транспортировке штанг нельзя допускать их провисания,

для чего используют специальные приспособления. Не допускается

совместная перевозка штанг и других предметов. Штанги перевозят-

ся на специальных агрегатах АПШ, смонтированных на базе ЗИЛ-

531В. Эти агрегаты обеспечивают механизированную погрузку и раз-

грузку насосных штанг.

Вопрос 4.22. Насосно-компрессорные трубы

При штанговой эксплуатации каналом для подъема жидкости от

насоса на поверхность служат насосно-компрессорные трубы. В ряде

случаев, например в установках беструбной эксплуатации, колонна

НКТ отсутствует. Ее функции выполняют либо полые штанги, либо

эксплуатационная колонна. Насосно-компрессорные трубы приме-

няют не только при всех способах эксплуатации нефтяных скважин,

но и при подземном ремонте - промывке песчаных пробок, гидрораз-

рыве пласта, солянокислой обработке и т. д.

Условия работы труб при штанговой эксплуатации наиболее тя-

желые: нагрузка на трубы определяется не только собственным ве-

сом колонны, но и циклической нагрузкой, обусловленной весом от-

качиваемой жидкости, а также силами трения. Кроме того колонна

труб должна выдержать дополнительную нагрузку - вес штанг в слу-

чае их обрыва. Помимо этого они подвергаются изгибу при искрив-

ленном стволе скважины и воздействию коррозионной среды.

Тяжелые условия работы труб предопределяют их материал и тех-

нологию производства: их изготавливают методом горячей прокатки

-175-

-176-

-177-

(4.18)

178-

В зависимости от глубины подвески насоса допустимый коэффи-

циент кинематического совершенства изменяется и для глубоких

скважин должен быть т < 1,3.

Вопрос 4.25. Силы, действующие в точке подвеса

штанг

Нагрузка в точке подвеса штанг балансирного станка-качалки

обусловлена:

- статическими нагрузками от силы тяжести жидкости и штанг,

сил трения плунжера в цилиндре и штанг о трубы;

- силами инерции движущихся масс, возникающими при движе-

нии с ускорением колонны штанг, и столба жидкости;

- динамическими нагрузками, возникающими в результате виб-

рации штанг.

Практическое значение имеют суммарные минимальные и мак-

симальные нагрузки на штанги, величина которых может быть опре-

делена либо непосредственно изменениями - динамометрировани-

ем, либо рассчитана.

Как уже было показано, максимальная величина статической на-

грузки будет при ходе штанг вверх

С учетом сил инерции максимальная нагрузка в точке подвеса

штанг будет:

Р =Р +Р b +P -=-^~ (4 20)

'max * ж * _| "р шт ЛЛЛГ. ' V

)

Минимальная нагрузка определится по формуле:

Р S

Р =Р Ь --0Я-- — -Ф

гшп ' шт ^ о п.

8 2

1-1

(4.21)

где Р

- вес жидкости находящейся над плунжером скважинного

насоса в Я;

шя

- вес колонны штанг в воздухе в Я;

-179-

-180-