5ОПорядок проведення заняття

5.1оЗгідно таблиці 4.1 і варіанту, отриманого у викладача, вибрати вихідні дані.

5.2оВизначити вибійний тиск, при якому забезпечується даний дебіт свердловини

, МПа, (4.1)

де - пластовий тиск, МПа;

- дебіт свердловини, м³/добу;

- коефіцієнт продуктивності свердловини, м³/(добуі^.іМПа).

5.3 Визначити глибину розташування динамічного рівня при заданому дебіті свердловини

, м, (4.2)

де - глибина свердловини, м;

- вибійний тиск, Па;

- густину продукції свердловини, кг/м³;

- прискорення вільного падіння, м/с².

5.4 Визначити напір, який повинен розвивати насос для підйому продукції на поверхню і забезпечення при цьому необхідного тиску на усті свердловини

, м, (4.3)

де - напір на усті свердловини;

, м, (4.4)

- буферний тиск (тиск на усті свердловини), Па.

5.5 Визначити глибину спуску насоса

, м, (4.5)

де - глибина спуску насоса під динамічний рівень, визначена з умови дотримання рекомендованого тиску на прийомі насоса

, м, (4.6)

- рекомендований тиск на прийомі насоса, Па.

На основі значень дебіту свердловини та глибини спуску насоса, користуючись діаграмами області застосування верстатів-качалок, вибрати діаметр насоса, довжину ходу, кількість ходів та попередньо типорозмір верстата-качалки.

Спосіб встановлення режиму експлуатації з допомогою діаграми пояснено прикладом, який наведений нижче.

Необхідно підібрати верстат-качалку для свердловини з середнім дебітом 25 м³/добу при глибині спуску насоса 1700 м і визначити режим відкачування для отримання вказаної подачі.

На горизонтальній осі з точки, що відповідає глибині спуску насоса 1700 м, проводиться перпендикуляр до перетину з горизонтальною прямою, яка відповідає подачі насоса =25м³/добу. Отримана точка а попадає в область застосування верстата-качалки СКД8-3,0-4000, а саме, в рекомендовану область застосування насоса діаметром 32мм при довжині ходу 3,0 м. Для визначення необхідної кількості ходів головки балансира при заданій рекомендованій довжині ходу, потрібно продовжити вгору перпендикуляр, проведений від горизонтальної осі до перетину з верхньою межею даної рекомендованої області (точка б з координатою ) і визначити відношення /

. (4.7)

Необхідна кількість ходів рівна

, (4.8)

де - розрахункова кількість ходів головки балансира (вказана на діаграмі), хв^-1.

Підбір режиму експлуатації за допомогою діаграми носить попередній характер. В подальшому режим експлуатації уточнюється за даними замірів подачі та динамометрування свердловини.

5.6 Визначити діаметр шківа, який необхідно встановити на електродвигуні, для забезпечення необхідної кількості ходів.

Для частоти ходів головки балансира можна записати

, хв^-1, (4.9)

де - частота обертання вала електродвигуна, хв^-1;

- передавальне відношення редуктора;

- передавальне відношення клинопасової передачі;

- діаметр шківа на редукторі, м;

- діаметр шківа на електродвигуні, м.

З вищенаведеного виразу (4.9) можна визначити діаметр шківа, який необхідно встановити на електродвигуні

, м. (4.10)

Обчислене значення діаметра прирівняти до ближчого стандартного значення для попередньо вибраного верстата- качалки (табл. 4.2) і визначити частоту ходів головки балансира при даному діаметрі шківа.

Для свердловинного насоса, діаметр якого визначено за діаграмою області застосування, встановити інші його параметри. При виборі типу насоса необхідно скористатися рекомендаціями поданими в розділі 3 даних методичних вказівок та в таблицях 4.8 - 4.10. Виходячи з умов експлуатації та властивостей продукції свердловини, вибрати матеріал для виготовлення циліндра, плунжера та клапанів насоса. Також встановити тип плунжера, необхідну довжину плунжера та групу посадки. При цьому скористатися рекомендаціями, які наведені в таблицях 4.4 – 4.7.

5.7оПідібрати колону насосних штанг і перевірити її на втомну міцність.

За попередньо визначеною глибиною спуску насоса вибрати конструкцію рівноміцної колони штанг, яка застосовується в компоновці з насосом, вибраним попередньо.

Підбір конструкції рівноміцної колони штанг необхідно здійснити за даними таблиці 4.11.

Для перевірки колони насосних штанг на втомну міцність необхідно визначити максимальні та мінімальні навантаження на колону штанг. Для визначення максимального та мінімального навантажень скористатися нижче наведеними спрощеними формулами у відповідності до завдання (варіанту).

Спрощена формула І.М. Муравйова для визначення максимального навантаження на колону штанг

, (4.11)

де - вага колони штанг на повітрі, Н;

- довжина ходу,м;

- частоти ходів головки балансира, хв^-1;

- коефіцієнт плавучості штанг;

- гідростатичне навантаження на колону штанг, Н.

, (4.12)

де - густина матеріалу штанг ( =7850 кг/м³),

- густина продукції свердловини, кг/м³.

.. (4.13)

Спрощена формула Дж. С. Слонеджера для визначення максимального навантаження на колону штанг

. (4.14)

Спрощена формула К.Н. Мілса для визначення мінімального навантаження на колону штанг

. (4.15)

Спрощена формула Д.О. Джонсона для визначення мінімального навантаження на колону штанг

. (4.16)

Спрощена формула Н. Дреготеску для визначення мінімального навантаження на колону штанг

. (4.17)

Максимальні та мінімальні напруження в штангах

, (4.18)

де - відповідно максимальне і мінімальне навантаження у точці підвішування колони штанг, Н;

- площа перерізу штанг, м²_.

Приведені напруження в колоні насосних штанг

, (4.19)

де - амплітудні напруження циклу, Па

. (4.20)

За визначеними приведеними напруженнями та властивостями продукції свердловини підібрати матеріал штанг та термічну обробку. При цьому скористатися даними таблиці 4.12.

5.8 Провести розрахунок колони НКТ.

Згідно технічної характеристики попередньо вибраного насоса вибрати розмір насосно-компресорних труб і їх параметри. Максимальне навантаження, що діє на колону НКТ в екстремальних умовах ( у випадку обриву устьового штока) визначається за формулою

, (4.21)

де - вага колони НКТ в повітрі, Н

- вага рідини в колоні НКТ, Н

- вага штанг в рідині, Н

Вагу колони НКТ у повітрі визначити за формулою

, (4.22)

де - маса одного метра насосно-компресорних труб, кг/м;

- прискорення вільного падіння, м/с²;

- глибина спуску колони насосно-компресорних труб, м.

Вагу рідини в колоні НКТ визначити за формулою

, (4.23)

де - довжина штангової колони, м;

- прискорення вільного падіння, м/с²;

- глибина опускання насоса під динамічний рівень, м;

- буферний тиск, Па;

- площа внутрішнього перерізу НКТ, м².

Вагу штанг у рідині визначити за формулою

, (4.24)

де - маса одного метра штанг і-ї секції, кг/м;

- довжина і-ї секції, м;

- кількість ступеней колони штанг.

Для перевірки колони труб на міцність скористатись основними залежностями:

- для нерівноміцних (гладких) труб

, (4.25)

де - зрушуюче навантаження для різьбового з'єднання гладкої НКТ, н;

- коефіцієнт запасу міцності колони НКТ (приймається рівним від 1,3 до 1,5).

- для рівноміцних (з висадженими назовні кінцями) труб

(4.26)

де - площа перерізу тіла НКТ, м²;

- границя плинності матеріала труби, Па.

Користуючись умовою міцності для гладких або рівноміцних труб підібрати матеріал труб, забезпечуючи при цьому коефіцієнт запасу міцності колони насосно-компресорних труб не менший ніж 1,5.

5.9оПідібрати привід ШСНУ.

Верстат-качалку підбирають за найбільшим навантаженням, що діє в точці підвішування штанг. Це навантаження можна визначити за формулою

, (4.27)

де - динамічна складова навантаження.

, (4.28)

де - діаметри відповідно насоса і штанги;

- кутова швидкість обертання кривошипа;

- вага колони штанг в повітрі;

- видовження штанг від дії ваги стовпа рідини.

, (4.29)

де - площа перерізу тіла труб і штанг.

, (4.30)

де - доля ступені, з якої складається колона штанг.

, (4.31)

де - модуль пружності ( для сталі ).

, (4.32)

. (4.33)

Вагу колони штанг в повітрі визначаємо за формулою

, (4.34)

де - маса 1 м штанг в повітрі, для відповідної ступені.