а б в

Рис. 8. Очертания практических динамограмм при низкой посадке плунжера

9. Прихват плунжера

Очертание динамограммы в данном случае (рис. 9) зависит от конструкции насоса и от места прихвата в цилиндре. Она записывается в виде узкой замкнутой кривой, имеющей значительный наклон к нулевой линии. Максимальная нагрузка значительно превосходит суммарный вес штанг и жидкости. Наклон динамограммы не равен наклону теоретической линии восприятия нагрузки, потому что штанги работают за пределом упругости. В силу неподвижности плунжера, при его прихвате, по отношению к цилиндру насоса, линия перемещения практически отсутствует.

Рис. 2.9. Очертания практических динамограмм при прихвате плунжера: а - в нижнем, б - в верхнем положении его хода.

10. Обрыв или отворот плунжера

Обрыв (отворот) штанг записывается на динамограмме в виде узкой горизонтальной замкнутой кривой (рис. 2.10). Динамограмма совпадает с линией веса штанг, если обрыв произошел у самого плунжера. При более высоких обрывах (отворотах), чем выше глубина обрыва (отворота), тем меньше вес оставшейся части колонны штанг и тем ниже располагается динамограмма.

Рис. 10. Очертания практических динамограмм при обрыве (отвороте) штанг

Задание: законспектировать материал с формулами, зачертить динамограмму

Задания для закрепления темы: ответить на вопросы

Влияние числа качаний.

Влияние глубины спуска насоса.

Утечки жидкости в нагнетательной части насоса.

Низкая посадка плунжера.

Обрыв или отворот штанг.

Критерии оценивания

Оценка 5 - записаны основные формулы и их пояснение, сделана схема, ответы на вопросы верны

Оценка 4 - записаны основные формулы и их пояснение, не сделана схема, ответы на вопросы не все

Оценка 3 - записаны не все основные формулы и их пояснение, не сделана схема, ответы на вопросы верны частично

Оценка 2 - не записаны основные формулы и их пояснение, не сделана схема, ответы на вопросы не верны

Информационное обеспечение:

С.Л. Никишенко «Нефтегазопромысловое оборудование»



Практическое занятие 88

Тема: Расчет НКТ на прочность, расчет резьбы на страгивающею нагрузку

Цель работы: научиться подбирать колонну НКТ.

Форма проведения: индивидуальная работа студентов

Формы контроля: Проверка и оценка письменных работ преподавателем

Оснащение рабочего места: методические рекомендации, учебник С.Л. Никишенко «Нефтегазопромысловое оборудование»

Порядок выполнения практического занятия:

1. изучить материал

2. записать методику решения

3. решить задачу

Методические указания по выполнению задания

Для подбора ступенчатых колонн насосных штанг можно применять два способа. При первом способе отыскивают точку, в которой напряжение будет равно максимально допустимому. При штанг, втором способе подбирают равнопрочную колонну ступенчатых штанг, для которой максимальное напряжение в каждой ступени штанг равны.

Задача. Подобрать двухступенчатую колонну насосных штанг из углеродистой стали 40, для работы вставного насоса с D_пл = 43 мм на глубине L = 1200м при факторе динамичности m = 0,2; плотность добываемый нефти p = 900 кг/м³ ; диаметры штанг 16 и 19 мм.

Расчет ведем первым способом, определяя точку, в которой напряжение равно максимально допустимому.

Длина нижней ступени штанг (счет индексов сверху)

Где 150 МПа - максимально допустимое напряжение; - вес столба жидкости над плунжером, который равен

F_плpgL = 14,6•10^-4•900•9,81•1200 = 15,5•10³ H; b = (p_ш - p)/ p_ш = (7850 -

900)/7850 = 0,885

- коэффициент потери веса штанг в жидкости;

f₂ = 2 см² - площадь сечения штанг диаметром 16 мм;

g₂ = 16,4 H - вес 1 м этих штанг.

По формуле находим

Длина верхней ступени штанги

Где = 2,83•10^-4 м² - площадь сечения штанг диаметром 19 мм; g₁ = 32,1 H - вес 1 м этих штанг.

Общая длина двух ступеней получилось несколько больше заданной глубины подвески насоса, следовательно, третья ступень не требуется. Для подвески насоса на 1200 м следует уменьшить длину верхней ступени 111 м, и она будет равна 497 - 111 = 386 м.

Максимальное напряжение в точке подвески штанг

Следовательно,

Такое значение напряжение допустимо для штанг из стали 40.

Задание: оформить задачу и решить

Задания для закрепления темы: выписать формулы с пояснением

Критерии оценивания

Оценка 5 - записаны основные формулы и их пояснение, задача решена верно

Оценка 4 - записаны основные формулы и их пояснение, задача решена верно, но с неточностями

Оценка 3 - записаны основные формулы без пояснения, задача решена не верно

Оценка 2 - не записаны основные формулы и их пояснение или записаны частично, задача решена не верно

Информационное обеспечение:

С.Л. Никишенко «Нефтегазопромысловое оборудование»



Практическое занятие 89

Тема: Выбор и расчет насосных штанг

Цель работы: научиться подбирать колонну штанг.

Форма проведения: индивидуальная работа студентов

Формы контроля: Проверка и оценка письменных работ преподавателем

Оснащение рабочего места: методические рекомендации, учебник С.Л. Никишенко «Нефтегазопромысловое оборудование»

Порядок выполнения практического занятия:

1. изучение материала

2. записать методические рекомендации - формулы с пояснениями

Методические указания по выполнению задания:

Для определения напряжений, возникающих в штангах, необходимо найти наибольшие нагрузки за цикл хода вверх и вниз. При динамическом или переходном режиме работы эти нагрузки определяются по формулам:

где: Р_ж - вес столба жидкости высотой h_д с учетом буферного давления с площадью, равной F_пл;

Р'_ж = (F_пл - f_шт)

с_ж·g·L - вес столба жидкости в кольцевом пространстве;

F_пл, f_шт - площадь поперечного сечения плунжера и штанг соответственно; L - глубина спуска насоса;

Р_шт - вес колонны штанг в воздухе;

Р^'_шт - вес колонны штанг в жидкости.

здесь S_А - длина хода точки подвеса штанг;

Р_шт - вес колонны штанг в воздухе;

Р'_шт - вес колонны штанг в жидкости;

б₁, б₂, а₁, а₂ - кинематические коэффициенты А. С. Вирновского.

Затем находят наибольшее напряжение цикла (у_max), амплитуду напряжений цикла (у_а) и приведенное напряжение у_пр = (у_mаху_а)^0,5.

При статическом режиме работы установки применяют упрощенные формулы. При их выводе радиальными и окружными напряжениями в штангах, пренебрегают:

где: а₀ - опытный коэффициент, имеющий размерность удельного веса и учитывающий плотность жидкости, силы трения и другие факторы, не поддающиеся аналитическому расчету. Его принимают равным 11500 Н/м³; х - расстояние от рассчитываемого сечения штанг до плунжера;

D - диаметр плунжера;

d_ш - диаметр штанг;

ДР - перепад давления над плунжером;

с_ж - плотность жидкости; щ = р·n / 30 - угловая скорость вращения кривошипа;

m_ср - средний кинематический показатель совершенства СК,

Кинематический показатель при ходе вверх (m_хв) или вниз (m_хн) равен отношению максимального ускорения точки подвеса штанг к его значению при гармоничном движений этой точки, т. е. по элементарной теории

,

где: в₁⁰ - уголь между балансиром и шатуном при крайнем верхнем положении заднего плеча балансира;

r- радиус кривошипа;

L_ш - длина шатуна.

По формуле А.С. Аливердизаде

,

где: k - заднее плечо балансира. Среднее напряжение в штангах

,

где: с_ш - плотность материала штанг.

Зависимость для среднего напряжения цикла, окружное и радиальное напряжения в штангах, динамические силы, обусловленные движением жидкости, были уточнены. Последние учитывают коэффициентом а'₀, равным 1.15. В результате зависимость принимает следующий вид: для одноступенчатой колонны

;

для ступенчатой колонны штанг можно получить

,

где: УР_шi - вес i-той секции колонны штанг с учетом ниже расположенных секций,

f_xi - площадь поперечного сечения i-той секции штанг.

При применении ступенчатой колонны штанг длины ступеней подбирают так, чтобы наибольшие значения упр для верхних секций ступеней были одинаковы, т.е.

Задание: записать формулы с пояснением

Задания для закрепления темы: составить 5 вопросов по теме

Критерии оценивания

Оценка 5 - записаны основные формулы и их пояснение,

Оценка 4 - записаны не все основные формулы и их пояснение

Оценка 3 - записаны не все основные формулы без пояснения

Оценка 2 - не записаны основные формулы и их пояснение

Информационное обеспечение:

С.Л. Никишенко «Нефтегазопромысловое оборудование»



Практическое занятие 90

Тема: Выбор и расчет насосных штанг

Цель работы: научиться подбирать колонну штанг.

Форма проведения: индивидуальная работа студентов

Формы контроля: Проверка и оценка письменных работ преподавателем

Оснащение рабочего места: методические рекомендации, учебник С.Л. Никишенко «Нефтегазопромысловое оборудование»

Порядок выполнения практического занятия:

1. изучение материала

2. записать методические рекомендации - формулы с пояснениями

Методические рекомендации

Расчет и подбор скважинного оборудования

месторождение насосный пластовый штанговый

Основной задачей подбора глубинного оборудования является решение системы, характеризующей понятие «скважина - ШСНУ» формулами:

- добывные возможности скважины (2.1)

- производительность насоса (2.2)

где: QCKB - дебит скважины, м3/сут.

К прод - коэфф. продуктивности пласта, т/сут МПа

Рзаб - забойное давление, МПа.

рж - плотность жидкости, т/м3.

d - диаметр плунжера насоса, м.

S - длина хода головки балансира, м.

n - число качаний (двойных ходов) в минуту.

р - относительная плотность жидкости.

б - коэфф. подачи насоса.

То есть, подбор насосного оборудования должен производиться при условии, когда производительность насоса равна добываемым возможностям скважины.

Произведем анализ глубинного оборудования для скважины №8364 по следующим параметрам скважины:

Нскв = 1750 м - глубина скважины

qckb = 3,7 м3/сут - дебит скважины.

Кпрод = 0,078 т/сут = 0,83 т/сут МПа

Рпл = 17,6 МПа - пластовое давление

рзаб = 10,2 МПа - забойное давление

nв =35,6% обводненность

Г0 = 50,6 м3/т газовый фактор

Рн = 0,807 т/м3 плотность нефти

коэффициент растворимости газа 3 м3/м3 МПа

Рв = 1,187 т/м3 плотность воды

Определим плотность жидкости.

Зная плотность нефти и воды, и процентное содержание воды в добываемой продукции, можно определить ее плотность:

где: ђв - объемное содержание воды в добавляемой продукции

pн рв - соответственно плотности нефти и воды (относительная)

рж = (1 - 0,356)*0,807 + 0,35*1,187=0,94 т/м3

Определение добывных возможностей скважины:

(2.6)

где qckb - дебит скважины, м3/сут.

Кпрод - коэфф. продуктивности пласта, т/сут МПа

Рпл Рзаб - соответственно пластовое и забойное давление, МПа

рж - плотность жидкости, т/м3

Дебиты скважины до оптимизации:

после оптимизации:

Определение глубины спуска насоса:

т.е. рассчитываем спуск насоса под уровень жидкости на 30 м

L - глубина спуска насоса в скважину, м

Нскв - глубина скважины, м.

Ндин - динамический уровень, м. (от забоя):

(2.8) (от устья)

где Рзаб - забойное давление, Па.

р - плотность жидкости, кг/м3.

g - ускорение свободного падения, м/с

(от забоя) (2.9)

Определение коэффициента наполнения насоса.

При глубине погружения насоса под уровень жидкости на 30 м

, (2.11)

где VCB - объем газа, поступающего на прием насоса в свободном виде, м3/м3 нефти

, (2.12)

где Г = Г0*pн - газовый фактор, м3/м3

Г = 50,6*0,807 = 8,4 м3/м3

Р = H*p*g - давление на приеме насоса, МПа

Р = 102 * 940 * 9,81 = 0,94 МПа

б - коэффициент растворимости, м3/м3*МПа

VH - объем нефти, равный 1м3

Коэффициент наполнения насоса чрезвычайно мал, поэтому для каждой скважины глубина погружения насоса под уровень жидкости определяется в зависимости от плотности жидкости в затрубном пространстве скважины. Но исследователями установлено, что оптимальная глубина погружения насоса под уровень жидкости hн = 200 … 300 м.

(2.13)

Выбор станка-качалки.

Подбор СК производим согласно диаграмме А.И. Адонина.

Принимаем коэффициент подачи насоса = 0,85.

Производим выбор СК по таблицам оптимальных областей применения, или же по номограмме ОСТ 26-16-08-87 на СК. Выбираем 5СК6-1,5-1600, с параметрами: S = 1,6 м, n = 3,4 кач./мин. Выбираем насос d = 28 мм, НН2Б-32.

Параметры работы СК:

(2.14)

(2.15)

Техническая характеристика 5СК 6-1,5-1600:

Номинальная нагрузка на устьевой шток 60 кН.

Длина хода устьевого штока при порядковом номере отверстия на кривошипе 1-0,9 м, 2-1,2 м, 3-1,6 м.

Номинальный крутящий момент на выходном валу редуктора 1,6 кН*м.

Число качаний балансира в минуту 5-15.

Система уравновешивания - комбинированная.

Редуктор - Ц2Н-500.

Ремни клиновые, типа Б - 3350.

Масса комплекта - 6,5 т.

Техническая характеристика штангового насоса исполнения НГВ - 1:

Условный размер насоса 28 мм.

Длина хода плунжера 1200 мм.

Напор 1200 м.

Длина L = 3990 мм.

Диаметр Д - 48,2 мм.

Масса 37 кг.

Подбор насосных штанг.

Рассчитываем штанги d = 19 мм в сочетании с насосом d = 32 мм, с пределами глубины спуска 1300 м, материал - углеродистая сталь 40, с допускаемым приведенным напряжением 70 МПа. Воспользуемся формулой Вирновского:

(2.16)

Среднее напряжение цикла, действующее на верхнее сечение штанги, определяется по формуле:

(2.17)

Предельная амплитуда изменения напряжения определяется по формуле:

(2.18)

Максимальное напряжение в опасном сечении колонны определяется как:

(2.19)

где DH - диаметр насоса, мм.

прив - приведенное напряжение в любом сечении колонны

lСТ = 1,05 - средний кинематический коэффициент СК

- угловая скорость кривошипов.

(2.20)

Проверим напряжение в точке подвеса штанг, для чего определим максимальную нагрузку на штанги, пользуясь статистически методом по формуле элементарной статистической теории.

(2.21)

Pmax = 0,785*0.0322*895*9,81*1340 + 2,35*9,81*1340*(1,6*3,42/1440 +

+ (7850 - 895)/7850) = 37*103 H

где b - коэффициент, учитывающий потерю веса штанг в жидкости

Fпл - площадь сечения плунжера

qшт - масса 1 м штанг, диаметром 19 мм с муфтами

Максимальное напряжение в точке подвески штанг:

где fшт - площадь сечения штанг.

Подберём сталь для штанг, исходя из установленных норм, допускаемых приведённых напряжений.

Проверка работоспособности станка-качалки.

Находим крутящий момент с учетом вибрации штанг.

а = 5100 м/сек - скорость распространения звука в металле.

Минимальная нагрузка на основе динамической теории по формуле И.А. Чарного:

(2.23)

- коэффициент, учитывающий вибрацию штанг.

(2.24)

- параметр, характеризующий режим откачки

Вес жидкости определяется по формуле:

(2.25)



Вес штанг определяется по формуле:

Ршт = qшт*L = 2,35*1750 = 4112,5 Н. (2.26)

Максимальная нагрузка на основе динамической теории определяется по формуле Чарного:

(2.27)

где Рж - вес столба жидкости в НКТ над плунжером

(2.28)

Находим фактическую производительность СШНУ с учетом потери длины хода плунжера.

Длина хода плунжера по статической теории определяется по формуле:

(2.29)

где - потери хода от удлинений штанг и труб, м

fпл - площадь сечения плунжера, см2

fшт - площадь сечения штанг, см2

Fтр - площадь сечения тела труб, см2

Е = 0.21*1012Па

По формуле Л.С. Лейбзона- А.С. Вирновского:

(2.30)

(2.31)

Находим фактическую подачу насоса:

Выбор электродвигателя.

Необходимая мощность двигателя в кВт определится по формуле:

(2.32)

где nн = 0,9 - КПД насоса;

nск = 0,82 - КПД станка-качалки;

К = 1,2 - коэффициент степени уравновешенности СК для уравновешенной системы;

б - коэффициент подачи насоса

Ндин - расстояние от устья до динамического уровня

Выбираем электродвигатель АОП мощностью 10 кВт со следующей технической характеристикой короткозамкнутого асинхронного электродвигателя с повышенным пусковым моментом серии АОП - 62 - 4:

Номинальная мощность 10 кВт.

Частота вращения 1460 об/мин.

Скольжение 2.67%.

Ток в статоре 20 А.

КПД 86,5%

cos ф 0,87.

маховой момент ротора 5880 Н*м.

Расчёт уравновешивания станка - качалки.

Вес колонны штанг составит

где qшт - вес 1 м штанг с муфтами

b - коэффициент, учитывающий потерю веса штанг в жидкости

Вес жидкости

где L - глубина спуска насоса, м;

h - глубина погружения насоса под динамический уровень, м;

рж - плотность жидкости.

Расстояние от оси кривошипного вала до центра тяжести роторных противовесов (при 4-х противовесах на каждом кривошипе массой 750 кг каждый).

(2.35)

Подбор прочего оборудования.

По ГОСТу 1284-57 выбираем клиновидные ремни типа В-4000.

Для соединения сальникового штока с головкой балансира выбираем канатную подвеску ПКН-5, грузоподъемностью 5 т.

Учитывая, что максимальная длина хода станка-качалки не превышает 3000 м, выбираем сальниковый шток d = 36 мм, длиной 5600 мм.

Для подвески НКТ и герметизации устья выбираем арматуру типа ОУ-140-146/168-65 или ОУШ 65/50x140.

Диаметр выкидной линии определяем по формуле:

(2.36)

но выбираем диаметр выкидной линии, условно равный 50 мм.

Выбор колонны НКТ.

НКТ необходимо выбрать с учетом того, чтобы при спуске плунжера - плунжер мог бы проходить через колонну НКТ.

Выбираем НКТ диаметром 60 мм, с dBH = 50 мм.

Осевые растягивающие силы могут произвести разрушение колонны НКТ в наиболее слабом месте - в нарезанной части или муфтовом соединении. Наиболее нагруженная труба в подвешенной колонне -верхняя. Максимальная растягивающая нагрузка Р, определяется:

где Ртруб - вес колонны труб, кг;

Рнас - масса насоса;

qтр - масса 1м трубы вместе с муфтой;

:

;

Lтp - длина труб.

Ртруб = Lтр*qтр = 1340 * 7 = 9380 кг (2.38)

Рж = Lтр*рж*Fвн = 1750*940*0.002 = 3290 Н (2.39)

где рж - плотность жидкости;

F вн - площадь поперечного сечения труб.

Qком Qг = Qн * Гф, (2.50)

где Qн - дебит нефти, т/сут; Гф - газовый фактор, м 3/т.

Задание: записать формулы с пояснением

Задания для закрепления темы: составить 5 вопросов по теме

Критерии оценивания

Оценка 5 - записаны основные формулы и их пояснение,

Оценка 4 - записаны не все основные формулы и их пояснение

Оценка 3 - записаны не все основные формулы без пояснения

Оценка 2 - не записаны основные формулы и их пояснение

Информационное обеспечение:

С.Л. Никишенко «Нефтегазопромысловое оборудование»



Практическое занятие 91

Тема: Изучение конструкции узлов станка - качалки

Цель работы: обобщить знания о конструкции узлов станка - качалки

Форма проведения: индивидуальная работа студентов

Формы контроля: Проверка и оценка письменных работ преподавателем

Оснащение рабочего места: методические рекомендации, учебник С.Л. Никишенко «Нефтегазопромысловое оборудование»

Порядок выполнения практического занятия:

1. изучить материал

2. зарисовать схему СК и описать ее

3. заполнить таблицу

4. составить тест

Методические указания по выполнению задания

Станок-качалка - агрегат для приведения в действие глубинного насоса при механизированной эксплуатации нефтяных скважин. Возвратно-поступательное движение плунжеру глубинного насоса передаётся через штанги и шток.

Станок-качалка устанавливается на фундаменте над устьем скважины. В зависимости от количества одновременно обслуживаемых скважин станки-качалки бывают индивидуальные, спаренные и групповые. На практике чаще всего применяются индивидуальные станки-качалки.

В зависимости от характера передачи движения к штоку индивидуальные станки-качалки бывают балансирного и безбалансирного типа. Наиболее распространены балансирные индивидуальные станки-качалки, которые отличаются от безбалансирных принципом действия и конструкцией механизма, преобразующего вращательное движение вала двигателя в возвратно-поступательное движение штока и колонны штанг.

Несмотря на многообразие типов и конструкций безбалансирных индивидуальных станков-качалок, они не нашли достаточного распространения в нефтедобывающей промышленности вследствие ряда существенных недостатков. Основным типом приводов глубинных плунжерных насосов в современной практике глубинно-насосной нефтедобычи являются балансирные индивидуальные станки-качалки с механическим, пневматическим и гидравлическим приводом.

Назначение станка качалки

Станомк-качамлка - один из элементов эксплуатации нефтедобывающих скважин штанговым насосом. Операторы по добыче нефти и газа определяют это оборудование как: "Индивидуальный балансирный механический привод штангового насоса".

Станок-качалка является важным видом нефтегазового оборудования и используется для механического привода к нефтяным скважинным штанговым (плунжерным) насосам. Конструкция станка-качалки представляет собой балансирный привод штанговых насосов, состоящий из редуктора и сдвоенного четырехзвенного шарнирного механизма.

Станок-качалка предназначен для индивидуального механического привода к нефтяным скважинным штанговым насосам. Станок-качалка конструктивно представляет собой индивидуальный балансирный привод штанговых насосов, состоящий из редуктора и сдвоенного четырехзвенного шарнирного механизма, с роторным и роторно-балансирным уравновешиванием, преобразующим вращательное движение кривошипов в вертикальное движение канатной подвески устьевого штока с прикрепленной к нему колонной насосных штанг.

Конструкция

Станок-качалка устанавливается на специально подготовленном фундаменте (обычно бетонном), на котором устанавливаются: платформа, стойка и станция управления.

После первичного монтажа на стойку помещается балансир, который уравновешивают т.н. головкой балансира. К ней же крепится канатная подвеска (последняя соединяет балансир с полированым сальниковым штоком).

Cтанок-качалка CK-7: 1 - рама; 2 - стойка; 3 - кривошипы; 4 - балансир; 5 - шатуны; 6 - редуктор; 7 - электродвигатель; 8 - противовесы; 9 - тормоз.

На платформу устанавливается редуктор и электродвигатель. Иногда электродвигатель расположен под платформой. Последний вариант имеет повышенную опасность, поэтому встречается редко. Электродвигатель соединяется с маслонаполненным понижающим редуктором через клино-ременную передачу. Редуктор же, в свою очередь, соединяется с балансиром через кривошипно-шатунный механизм. Этот механизм преобразует вращательное движение вала редуктора в возвратно-поступательное движение балансира.

Станция управления представляет собой коробочный блок, в котором расположена электрика. Вблизи станции управления (или прямо на ней) выведен ручной тормоз станка-качалки. На самой станции управления расположен ключ (для замыкания электросети) и амперметр. Последний - очень важный элемент, особенно в работе оператора ДНГ. Нулевая отметка у амперметра поставлена в середину шкалы, а стрелка-указатель движется то в отрицательную, то в положительную область. Именно по отклонению влево-вправо оператор определяет нагрузку на станок - отклонения в обе стороны должны быть примерно равные. Если же условие равенства не выполняется, значит, станок работает вхолостую.

Рис. 1. Схема балансирного станка-качалки

1 - канатная подвеска; 2 - балансир с поворотной головкой; 3 - опора балансира; 4 - стойка; 5 - шатун; 6 - кривошип; 7 - редуктор; 8 - ведомый шкив; 9 - клиноременная передача; 10 - электромотор; 11 - ведущий шкив; 12 - ограждения; 13 - салазки поворотные для электромотора; 14 - рама, 15 - противовес, 16 - траверса, 17 - тормозной шкив.

Предусмотрено механизированное плавное перемещение кривошипных противовесов, при котором достигается лучшее уравновешивание СК.

Качалки оборудованы двухколодочным тормозом с ручным приводом. Тормозной барабан закреплен на трансмиссионном валу редуктора. С помощью тормоза балансир и противовесы качалки могут быть зафиксированы в любом положении. Электродвигатель устанавливается на салазках, наклон которых регулируется для достижения необходимого натяжения тиксотропных ремней трансмиссионной передачи. Изменение длины хода балансира достигается перестановкой пальца шатуна на кривошипе, а изменение числа качаний достигается сменой шкива на валу электродвигателя на другой размер.

Основные узлы станка-качалки - рама, стойка в виде усеченной четырехгранной пирамиды, балансир с поворотной головкой, траверса с шатунами, шарнирно-подвешенная к балансиру, редуктор с кривошипами и противовесами. СК комплектуется набором сменных шкивов для изменения числа качаний, т.е. регулирование дискретное. Для быстрой смены и натяжения ремней электродвигатель устанавливается на поворотной салазке.

Монтируется станок-качалка на раме, устанавливаемой на железобетонное основание (фундамент). Фиксация балансира в необходимом (крайнем верхнем) положении головки осуществляется с помощью тормозного барабана (шкива). Головка балансира откидная или поворотная для беспрепятственного прохода спускоподъемного и глубинного оборудования при подземном ремонте скважины. Поскольку головка балансира совершает движение по дуге, то для сочленения ее с устьевым штоком и штангами имеется гибкая канатная подвеска. Она позволяет регулировать посадку плунжера в цилиндр насоса для предупреждения ударов плунжера о всасывающий клапан или выхода плунжера из цилиндра, а также устанавливать динамограф для исследования работы оборудования.

Амплитуду движения головки балансира (длина хода устьевого штока-7 на) регулируют путем изменения места сочленения кривошипа шатуном относительно оси вращения (перестановка пальца кривошипа в другое отверстие). За один двойной ход балансира нагрузка на СК неравномерная. Для уравновешивания работы станка-качалки помещают грузы (противовесы) на балансир, кривошип или на балансир и кривошип. Тогда уравновешивание называют соответственно балансирным, кривошипным (роторным) или комбинированным.

Блок управления обеспечивает управление электродвигателем СК в аварийных ситуациях (обрыв штанг, поломки редуктора, насоса, порыв трубопровода и т.д.), а также самозапуск СК после перерыва в подаче электроэнергии.

Задание: нарисовать схему станка - качалки и подписать ее, заполнить таблицу-узел/назначение

Задания для закрепления темы: составить тест

Критерии оценивания

Оценка 5 - таблица заполнена верно, схема описана верно

Оценка 4 - таблица заполнена с незначительными ошибками, схема описана верно

Оценка 3 - таблица заполнена не полностью с ошибками, схема описана с неточностями

Оценка 2 - таблица заполнена не верно или не заполнена, схема не описана

Информационное обеспечение

С.Л. Никишенко «Нефтегазопромысловое оборудование»



Практическое занятие 92

Тема: Изучение конструкции узлов станка - качалки

Цель работы: сформировать умение выполнять расчеты по проектированию технологического режима работы скважин, оборудованных ШСНУ

Форма проведения: индивидуальная работа студентов

Формы контроля: Проверка и оценка письменных работ преподавателем

Оснащение рабочего места: методические рекомендации, учебник С.Л. Никишенко «Нефтегазопромысловое оборудование»

Порядок выполнения практического занятия:

1. Внимательно прочитайте задания

2. Выполните расчеты

3. Оформите отчет

4. Запишите выводы

5. Подготовьтесь к защите практической работы по контрольным вопросам

Общие положения

Установки скважинных штанговых насосов (УСШН) широко применяются для эксплуатации различных категорий скважин. Осложнение условий эксплуатации добывающих скважин расширяет и область применения УСШН. Одна из основных задач проектирования эксплуатации скважин УСШН - обоснование и выбор (на первом этапе - предварительный или ориентировочный) компоновки УСШН для заданных условий эксплуатации.

Под компоновкой СШПУ понимают взаимосвязанную совокупность следующих параметров: диаметр и тип скважинного штангового насоса, глубина его спуска и конструкция колонны НКТ, а также типоразмер предварительно заданного станка-качалки, определяемых на начальном этапе проектирования. На следующем этапе проектирования СШНУ обосновывают конструкцию штанговой колонны, уточняют типоразмер станка-качалки и рассчитывают другие многочисленные характеристики.

Обоснование конструкции штанговой колонны - наиболее ответственный этап проектирования установки, так как штанговая колонна - это тот элемент системы, который, в первую очередь, определяет длительность и безотказность работы установки в целом. Под конструкцией штанговой колонны понимается совокупность диаметров и длин отдельных ступеней штанг, изготовленных из соответствующих сталей. В практике насосной эксплуатации скважин большое распространение получили таблицы АзНИПИнефти.

Режим работы скважинной насосной установки может быть статическим и динамическим. Статический режим - это такой, для которого экстремальные нагрузки практически не зависят от динамических составляющих. Если в общем балансе экстремальных нагрузок динамические нагрузки большие, то режим работы установки называется динамическим. Критерий для определения режима работы установки называется критерием Коши.

При нормальной работе насосной установки наибольшие напряжения действуют в точке подвеса штанг. Различают следующие напряжения, действующие в точке подвеса штанг: максимальное напряжение цикла, минимальное напряжение цикла, амплитудное напряжение цикла, среднее напряжение цикла, приведенное напряжение цикла. В каждом конкретном случае необходимо рассчитать приведенное напряжение цикла и сравнить его с допускаемым приведенным напряжением для различного материала штанг. Колонна штанг считается правильно выбранной, если _?



Задание 1

а) Подобрать тип станка - качалки, диаметр и тип насоса, диаметр насосных труб, конструкцию штанговой колонны.

б) Рассчитать экстремальные нагрузки на колонну штанг

в) Рассчитать приведенное напряжение и сравнить его с допускаемым

г) Установить режимные параметры работы насоса

Исходные данные для расчета представлены в таблице 1.

Таблица 1

№ варианта	1;2	3;4	5;6	7;8	9; 10	11; 12	13; 14
Глубина скважины Н, м	1300	1400	1550	1620	1680	1720	1820
Диаметр эксплуатационной колонны D, мм	146	146	146	146	146	146	168
Абсолютное пластовое давление Рпл, МПа	18,4	10,8	11,2	1,6	12,1	14,.2	14,6
Газовый фактор G0, м3/т	120	125	130	135	140	56	56
Удельный вес нефти или ее плотность рн,т/м3	0.843	0.8	0.844	0,84	0.845	0.8	0.8
Содержание воды и продукции пв, %	20	20	30	30	30	40	80
Плотность газа рг, кг/м	1.7	1.8	1.9	1.6	1.9	1.9	1.2
Плотность воды рв кг/м3	1000	1020	1120	1000	1100	1120	1 120
Давление насыщения Рнас, МПа	5.9	5,9	5.9	6.8	7.5	8.5	8.5
Коэффициент продуктивности К, т/сут •ат	0.25	0.22	0,19	0.22	0.22	0.22	0.5
Коэффициент сжимаемости в	1,12	1.2	1,3	1,2	1,2	1.12	1.12
Забойное давление, Рзаб МПа	7.5	8,2	8.5	8.6	9,0	9,5	9.5
№варианта	15,16	17,18	19,20	21,22	23,24	25,26	27,28
Глубина скважины Н, м	1920	2060	2110	2108	2298	2350	2570
Диаметр эксплуатационной колонны D, мм	146	146	146	146	146	146	146
Абсолютное пластовое давление Рпл, МПа	14,6	16,7	17	17,2	19	19,2	20,4
Газовый фактор G0,м3/т	56	150	165	170	180	190	200
Удельный вес нефти или ее плотность рн,т/м3	0,8	0846	0,98	0,848	0,85	0.88	0,85
Содержание воды и продукции пв, %	50	1	1,5	2	10	-	20
Плотность газа рг, кг/м	1,2	1,8	1,8	1,2	1,9	1,2	1,2
Плотность воды рв кг/м3	1120	1100	1120	1100	1000	1000	1000
Давление насыщения Рнас, МПа	8,5	9,8	9,8	9	9,2	9,2	9
Коэффициент продуктивности К, т/сут •ат	0,286	0,6	0,36	0,48	0,32	0,32	0,18
Коэффициент сжимаемости в	1,2	1,2	1,12	1,12	1,12	1,2	1,12
Забойное давление, Рзаб МПа	9,6	10,6	10,8	11,3	11	12,9	13

Методические указания по выполнению задачи 1

1.Определяем фактический дебит скважин по уравнению

Qф = К• (Р_пл - P_заб), (т/сут), (1)

где: К- коэффициент продуктивности, т/сут •МПа

2. Определяем длину спуска насоса по формуле

, (2)

Где р_см плотность смеси (пластовой жидкости ), кг/м³.

Оптимальное давление на приеме насоса определяется из выражения

Рпр.опт = 0,3•Рнас, (3)

р_см - определяется с учетом процентного содержания воды в нефти по формулам если п_в>80%, то

p_см = p_в•n_в+р_н•(1- п_в), кг/м³; (4)

если n_в<80%, то

;кг/м³ (5)3. Определяем теоретическую подачу

Q_{об.теор.}= Q_ф /( p_см • з), м³ / сут, (6)



где з - коэффициент подачи (з = 0.6-0.8)

4. По диаграмме Адонина, зная объемную производительность и глубину спуска насоса, находим область, в которой находится станок-качалка и диаметр насоса для заданных условий.

5. Выбираем тип насоса с учетом глубины спуска: невставной (трубный) до 1500 м, вставной свыше 1500 м.

6. Выбираем диаметр НКТ по таблице 2.

Таблица 2

Тип насоса	Диаметр НKT. мм	Диаметр насоса, мм
Вставные	60	28,32
	73	38,43
	89	55,56
	114	68,70
Не вставные	48	28,33
	60	43,44
	73	55.56
	89	68.7
	114	93.95

7. Выбираем по рекомендациям таблицы (стр. 256 Юрчук A.M. «Расчеты в добыче нефти») или по Номограмме Грузинова конструкцию колонны штанг.

8. Определяем фактическое число качаний, зная максимальную длину хода плунжера фактическую производительность по формуле:

n , (7)

где F_{пл =} (р?D_пл² / 4) • 10^-4, м² (8)

9. Определяем необходимую мощность и выбираем тип электродвигателя

N = 0,000401 ••D_пл²•S_пл•р_см•H'_дин• ( (1- з _ск• з _{нас )}/ (з _нас• з _ск) + з) • К, кВт, (9)

H'_дин ⁼ H_скв - Н_дин, превышение над динамическим уровнем, м,

Н _дин -динамический столб жидкости, м

Н _дин=, (10)

з _нас - КПД насоса з _нас = 0,9

з _скв - КПД станка-качалки з _скв = 0,8

К - коэффициент уравновешенности станка-качалки

К = 1,2

1. По выбранной конструкции колонны штанг проверяем материал штанг на прочность.

Производим расчет экстремальных нагрузок, действующих на штанги

а) Вычисляем критерий Коши

F= р •n•L / 30• a, (11)

Где n -число качаний балансира в минуту

L- глубина спуска насоса в скважину (м)

а- скорость звука в колонне штанг (м/с)

для одноступенчатой а = 4600

для двухступенчатой а = 4900

для трехступенчатой а = 5300

б) Определяем максимальную нагрузку по формуле Муравьева:

Рmах = Рж+Рш(в+т), (12)

Где Рж - полный вес столба жидкости, Н

P_ж = (F_пл•L•p_см•g)/10 ⁴, (13)

F_пл - площадь сечения плунжера, см²

L - глубина спуска насоса, м

p_см - плотность смеси, кг/м³

Р_ш - полный вес насосных штанг

P_ш = q₁l₁₊q₂l₂, H (14)

Где q₁, q₂ -вес на 1м насосных штанг

l₁ = L•n

п - процентное соотношение данного диаметра штанг (берется из таблицы стр. 256 Юрчук A.M. «Расчеты в добыче нефти» )

l₁ - длина первой ступени штанг, м

l₂ - длина второй ступени штанг, м

т = S•n/1440

т - фактор динамичности

в = (р_шт - р_см) /р_шт

в - коэффициент потери веса штанг в жидкости

р_шт ⁼ 7850 кг/м³

по формуле Чарного:

P_{max =} P_ж +P_ш (в + S•n² /1800 • tg µ / µ), (15)

Где tgµ/µ - коэффициент, учитывающий вибрацию штанг,

µ - параметр характеризующий режим откачки, равный

0,455•180/3,14 = 25,4 градус / с

tg µ/µ = 25,4/0,455 = 0,470/0,445 = 1,055

в) Определяем минимальную нагрузку по формуле Чарного

Pmin = Рш( в- S•n² / 2400 ), (16)

г) Определяем диапазон изменения результатов по минимальной и максимальной нагрузкам. Для дальнейших расчетов используем экстремальные значения P_max, P_min

Рассчитываем максимальное напряжение цикла

б_max = (P_max / f _шт)• 10 ^-6 МПа, (17)

где f_шт = р?d _шт ² /4

Рассчитываем минимальное напряжение цикла

б_min = (P_min / f _шт)• 10 ^-6 МПа (18)

Рассчитываем амплитудное напряжение цикла

б_а = (б _мах - б_min) /2, (19)

Рассчитываем среднее напряжение цикла

б_ср = (б _мах + б_min) /2, (20)

Рассчитываем приведенное напряжение цикла

б_{пр = ,} (21)



Сравниваем полученное значение с допускаемым приведенным напряжением используемой колонны штанг и делаем вывод о правильности выбора колонны штанг.

11. Выбираем оптимальный режим работы станка-качалки выбранной марки. При выборе оптимального режима работы следует исходить и условия получения минимальных напряжений в штангах, а следовательно, и минимальной нагрузки на головку балансира с последующей проверкой прочности штанг на разрыв и выносливость (частотность обрыва). Для указанного условия (минимума напряжений в штангах) основные параметры работы насоса связаны между собой следующей зависимостью:

n = 8,9 · ; (22)

F_пл = 0,29 · , (23)

Где

q_cp=(q₁•n₁+q₂•n₂)•g / 100, Н/м, (24)

D_пл = , (25)

Для определения наивыгоднейшего режима, соответствующего минимальному напряжению в штангах, возьмем ряд возможных режимов. Вначале задаемся для принятого типа станка-качалки S_пл и подсчитываем число качаний по формуле (22), площадь плунжера по формуле (23), максимальную нагрузку по формуле (27), диаметр плунжерапо формуле (25).

Затем задаемся стандартными значениями п и находим по формуле соответствующие им значения F_m. На основе вычисленных значений F_m и принятых значений п находим по формуле (26) величину S_пл



S = , (26)

P_max = + q_ср · L · g · (b + ), (27)

Результаты вычислений сведем в таблицу:

Таблица

Режимные параметры работы штангового насоса

Номер режима	S, м	n	Fпл, см2	Dпл, см	Pmax, H
При стандартных значениях S
1
2
3
4
При стандартных значениях n
5
6
7

Наивыгоднейшим режимом работы насоса считается тот при котором будут минимальные напряжения в колонне штанг и близкие значения числа качаний и длины хода плунжера к расчетным фактическим данным.

Проверим наиболее близкие к оптимальному режимы на выносливость штанг, характеризуемые частотой их обрыва.

Ввиду того, что наибольшее число обрывов наблюдается, как правило, в верхней части колонны штанг, расчет ведем для верхней ступени.

К = п (D_nл/ d_шт), (28)

п - число качаний для данного режима (берется из таблицы),

D_пл - диаметр плунжера, см

D_шт- диаметр верхней ступени штанг, см.

Наиболее выгодным режимом с обрывов штанг является режим с наименьшим коэффициентом К. Если полученные расчетным путем режимные параметры (D_пл и п) получились нестандартными, принимая для наивыгоднейшего режима стандартный диаметр плунжера, найдем необходимое число качаний в минуту

n = n_расч (D_{пл.расч/}D_станд), кач/мин

По справочнику для принятого типа станка-качалки наводим стандартные числа качаний. Берем ближайшее большее число качаний. Если же по режиму работы скважины это недопустимо, то необходимо изготовить шкив соответствующего диаметра и установить его на электродвигателе.

Диаметр этого шкива определяется по формуле:

d_эл= n•d_p•I / n_эл, (29)

Где d - диаметр шкива редуктора;

I - передаточное число редуктора.

п_эл - число оборотов вала электродвигателя в минуту.

п - число качаний в минуту.

Задание 2. Определить по диаграмме работу глубинного штангового насоса (рис. 1.) максимальную и минимальную нагрузки на сальниковый шток, амплитуду колебаний нагрузки, максимальное напряжение в верхней штанге и коэффициент подачи насосной установки. Исходные данные в таблице 3.

Рисунок 1. Динамограмма работы штангового насоса

Таблица 3

Исходные данные

Наименование исходных данных	ВАРИАНТЫ
	1,11,21	2,12,22	3,13,23	4,14,24	5,15,25
Масштаб хода	1:15	1:30	1:45	1:45	1:30
Масштаб усилий динамографа на одно деление 100% шкалы; кН	40	80	100	40	80
Диаметр верхней штанги, мм	19	22	25	22	25
Наименование исходных данных	ВАРИАНТЫ
	6,16,26	7,17,27	8,18,28

Подобные документы

• Буровое оборудования при глубинно-насосной штанговой эксплуатации

  Расчет бурового наземного и подземного оборудования при глубинно-насосной штанговой эксплуатации. Выбор типоразмера станка-качалки и диаметра плунжера насоса, конструкции колонны штанг и расчет их на выносливость. Правила эксплуатации станка-качалки.
  
  контрольная работа [81,8 K], добавлен 07.10.2008
  

• Эксплуатация и ремонт оборудования нефтяных и газовых промыслов

  Назначение, устройство и техническая характеристика центробежных насосов. Виды и периодичность технического обслуживания и ремонта оборудования. Описание дефектов и способов их устранения. Техника безопасности при ремонте нефтепромыслового оборудования.
  
  курсовая работа [1,9 M], добавлен 26.06.2011
  

• Расчет, подбор станка-качaлки и скважинных насосов

  Выбор подземного и наземного оборудования ШСНУ для скважин. Установление параметров работы штанговой скважинной насосной установки. Определение ее объемной производительности, глубины спуска насоса. Выбор типа электродвигателя и расчет его мощности.
  
  контрольная работа [47,9 K], добавлен 28.04.2016
  

• Монтаж, наладка оборудования на перерабатывающем предприятии

  Структура службы главного механика. Организация и технология обслуживания и ремонта оборудования. Планирование работы ремонтного цеха. Учет работы и планирование технологического оборудования и его ремонта. Формы оплаты труда работникам рабочих служб.
  
  отчет по практике [38,0 K], добавлен 24.12.2009
  

• Пояснения к принятой схеме разборки насосного оборудования

  Устройство скважинных штанговых насосов. Описание дефектов в процессе эксплуатации. Виды и периодичность технического обслуживания и ремонта оборудования. Порядок подъема насоса и его демонтаж. Выбор рациональной технологии восстановления деталей.
  
  курсовая работа [2,7 M], добавлен 12.12.2013
  

• Организация технического обслуживания и ремонта горных машин и оборудования в условиях производства ЗАО "Полюс"

  Нормативы периодичности, продолжительности и трудоёмкости ремонтов, технологического оборудования. Методы ремонта, восстановления и повышения износостойкости деталей машин. Методика расчета численности ремонтного персонала и станочного оборудования.
  
  курсовая работа [1,4 M], добавлен 08.02.2013
  

• Организация эксплуатации и ремонта металлургического оборудования

  Характеристика Красноярского алюминиевого завода. Номинальный фонд времени работы оборудования. Определение количества и видов ремонтов. Выбор необходимого количества оборудования. Расчет численности ремонтного персонала. Годовые суммарные трудозатраты.
  
  курсовая работа [56,1 K], добавлен 12.10.2013
  

• Технология монтажа трансформатора напряжения НКФ-220

  Характеристика монтируемого оборудования: его назначение, конструкция, принцип действия, комплектация и основные монтажные характеристики. Выбор способов доставки оборудования к месту монтажа. Разработка плана монтажной площадки и сетевого графика работ.
  
  курсовая работа [1,0 M], добавлен 18.11.2012
  

• Характеристика технологического оборудования поточной линии производства сухого обезжиренного молока

  Технологическая схема производства, сравнительная характеристика оборудования. Назначение, устройство и принцип действия оборудования, которое входит в технологическую линию. Правила эксплуатации и техники безопасности. Выполнение расчетов оборудования.
  
  курсовая работа [2,8 M], добавлен 01.12.2009
  

• Изучение оборудования ОАО "Минский завод строительных материалов"

  Изучение организации проведения планового обслуживания и ремонта оборудования, технологии и порядка ведения монтажа, механизации разборочно-сборочных и монтажных работ, правил эксплуатации. Структура ремонтной службы и роль ремонтно-механического цеха.
  
  курсовая работа [1,4 M], добавлен 27.01.2014
  

• Разработка технологического процесса производства рулонной заготовки крыши вертикального цилиндрического наземного резервуара объемом 200 м3

  Описание и условия эксплуатации крыши вертикального цилиндрического наземного резервуара. Выбор способа сварки и сварочного оборудования. Разработка технологии изготовления полотнища крыши. Контроль качества сварных соединений, исправление дефектов.
  
  курсовая работа [440,8 K], добавлен 25.09.2014
  

• Эксплуатация электрооборудования цеха по ремонту наземного оборудования ЗАО "Центрофорс"

  Электрооборудование поступившее на ремонт, должно пройти полный технологический контроль на участке по ремонту оборудования. Предусмотрены осмотры, техническое обслуживание, текущий, средний и капитальный ремонты. Дежурный и ремонтный персонал.
  
  дипломная работа [225,7 K], добавлен 20.07.2008
  

• Планирование ТО и ремонтов оборудования

  Расчет годовых режимов работы оборудования. Понятие ремонтного коэффициента представляет собой число дней нахождения оборудования в ТО и ремонте, в расчете на один час его работы. Значение ремонтного коэффициента. Годовой план технического обслуживания.
  
  реферат [391,0 K], добавлен 11.01.2010
  

• Газотурбинная установка типа ГТТ-3. Отчёт по практике на НАК "АЗОТ"

  Паспортные и эксплуатационные параметры заданного оборудования. Назначение заданного оборудования в технологическом процессе цеха. Монтажные документы на монтаж заданного оборудования и способ его монтажа. Пуско-наладочные работы заданного оборудования.
  
  дипломная работа [74,2 K], добавлен 15.12.2008
  

• Технология монтажа турбокомпрессоров

  Поставка, монтаж технологического оборудования. Условия поставки. Транспортирование оборудования железнодорожным транспортом. Погрузочно-разгрузочные работы. Фундаменты, опорные конструкции и их приёмка под монтаж оборудования. Монтаж турбокомпрессоров.
  
  реферат [88,6 K], добавлен 18.09.2008
  

• Разработка ремонта и монтажа турборастворителя ООО "БЗВМ"

  Технологический процесс и характеристика оборудования. Назначение, схема принципа действия, устройство турборастворителя. Расчет и монтаж оборудования, технология ремонта восстанавливаемой детали при капитальном ремонте. Основы техники безопасности.
  
  дипломная работа [3,0 M], добавлен 28.05.2009
  

• Технология ремонта и организация работы участка по ремонту колесной пары локомотива

  Взаимодействие подвижного состава и пути, неисправности и технология ремонта. Определение количества оборудования , необходимого для выполнения годового плана осмотра и ремонта. Расчет годовой суммы амортизации оборудования установленного на участке.
  
  курсовая работа [1,1 M], добавлен 13.06.2020
  

• Технология вагоностроения и ремонта вагонов

  Установление технологического маршрута и последовательности выполнения операций. Технология ремонта предохранителя. Расчёт и подбор оборудования для участка. Техническое описание оборудования и режимов его работы. Расчёт потребного контингента участка.
  
  курсовая работа [163,3 K], добавлен 12.07.2013
  

• Монтаж, испытание и эксплуатация оборудования для цеха по производству центрифугальной вискозной нити

  Корректировка проектного задания в связи с организацией производства центрифугальной вискозной нити. Технологический процесс и характеристика оборудования. Порядок транспортировки и монтажа оборудования, техническая документация. Техника безопасности.
  
  реферат [17,1 K], добавлен 28.05.2009
  

• Технологическое обслуживание электрооборудования службы АПК СПК "Лесная" Славгородского района

  Электроснабжение и освещение производственных зданий СПК "Лесная". Составление годового графика технического ремонта оборудования. Расчёт потребности в материалах и запасных частях. Выбор производственной базы для проведения обслуживания оборудования.
  
  курсовая работа [71,0 K], добавлен 14.11.2012
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам