Эксплуатация нефтегазопромыслового оборудования



15,83/17,42=0,9.

Выбрать и рассчитать на прочность двухступенчатую колонну штанг.

Исходные данные:

=32 мм

глубина спуска насоса-1280 м;

плотность жидкости 840 кг/м³;

буферное давление 0,3 МПа.

Решение:

Определим параметр Кощи:

для СК: n_max =15 мин^-1 = 1,57с^-1

(1,57*1280)/5100=0,39

Режим статический.

Определим перепад давлений над плунжером из формулы:

Полагаем, что гидравлическое сопротивление движению жидкости в трубах мало, P_г =0.008 МПа.

Статическое давление над плунжером:

10,5 МПа

Статистическое давление под плунжером:

0,659 МПа

0,3 МПа

Перепад давления над плунжером:

10,5+0,3+0,008-0,659=10,15 МПа

Выбираем штанги 19 мм и 22 мм.

Для нижней секции (диаметр 19 мм):

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;

mср - средний кинематический показатель совершенства СК.

11500/2*(0,032²/0,22²)*(10,149*10⁶/840*9,81)+ (1,3 *

7850*1,57²*2,1/2)*396,8 = 10,6МПа

Найдем:

7850*396,8*9,81 = 30,56

- вес i-той секции колонны штанг с учетом ниже расположенных секций, fxi - площадь поперечного сечения i-той секции штанг.

8, =

=30,56*10⁶*(1-840/7850)+1,3*(0,032²/2*0,022²)*10,5*10⁶ = 41,7 МПа

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

fxi - площадь поперечного сечения i-той секции штанг.

Максимальное напряжение:

10,6+41,7=52,3 МПа

Приведенное напряжение:

(10,6*52,3)^1/2=23,55 МПа

Для верхней секции (диаметром 22 мм):

=11500/2*(0,032²/0,022²)*(10,5*10⁶/840*9,81)+

+ (1,3*7850*1,57²*2,1/2)* 883,2=29,8 МПа

7850*0,785*0,022²

*9,81*396,8=11609 Н

7850*0,785*0,022²*9,81*883,2=25841

Определим:

7850*9,81*0,785*(0,022² + ,019²)*396,2 = 20238 H



30,56*10⁶*(1-840/7850)+1,3*(0,032²/2*0,022²)*10,5*10⁶=27,5 МПа

27,5+29,8=57,3 МПа

Приведенное напряжение:

(57,3*29,8)^1/2=41,32 МПа

Подбором длин штанг можно добиться выравнивания

Уменьшим длину верхней секции на 10%, соответственно увеличив нижнюю: L₁=396,2+39,6=435,8 м; L₂=883,2 м. Произведем расчет.

Нижняя секция (диаметром 19 мм):

=11500/2*(0,032²/0,22²) * (10,5*10⁶/840*9,81) +

+ (1,3*7850*1,57²*2,1/2) * 396,2 = 10,66МПа

7850*0,785*0,019²*883,2*9,81 = 19274

30,56*10⁶*(1-840/7850) +135*(0,032²/2*0,19²)*10,5*10⁶=29,2 МПа

10,66+29,2=39,82 МПа

Приведенное напряжение:

(10,66*39,82)^1/2=20,6 МПа

Для верхней секции (диаметром 22 мм):

11500/2*(0,032²/0,19 ²) * (10,5*10⁶/840*9,81) + (1,3 * 7850 * 1,57²

* 2,1/2)*883,2 =23,3 МПа

7850*9,81*0,785*(0,022²*396,8+0,019²*883,2) = 30880

29,2*10⁶*(1-840/7850) + 1,3*(0,032²/2*0,220²)*10,5*10⁶=26,5 МПа

Практическое занятие №94

Тема: Определение нагрузок на головку балансира

Цель работы: научиться рассчитывать нагрузку на головку балансира

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

3. решить задачи по вариантам

Методические указания по выполнению задания:

Определение нагрузок производится по различным теориям, которые, в основном, делятся на две группы: статические и динамические. Согласно исследованиям А.Н. Адонина [1] граница между статическим и динамическим режимами откачки находится в интервале (переходная зона) параметра Коши:

,

где а - скорость звука в штангах.

Для одноразмерной колонны а = 4600 м/с, для двухступенчатой а = 4900 м/с; для трехступенчатой а = 5300 м/с. В настоящее время применяют в основном режимы при м = 0,5 При м > 0,7 многие формулы просто неприемлемы из-за больших резонансных усилий.



Максимальная нагрузка по статической теории (формула Муравьева И. М.)

, (2.13)

где Рж - вес столба жидкости над плунжером, высотой, равной hд, с учетом буферного давления Рб,

; (2.14)

b - коэффициент облегчения штанг в жидкости,

; (2.15)

m - фактор динамичности,

, (2.16)

где S_A - длина хода точки подвеса штанг; n - число качаний в минуту.

Вес штанг в воздухе

.

Минимальная нагрузка будет, очевидно, при начале хода штанг вниз, когда вес жидкости не действует на штанги, а динамический фактор вычитается:



, (2.17)

Определение нагрузок по формулам А.С. Вирновского. Согласно исследованиям А.Н. Адонина [1] они дают наилучшее совпадение с опытными результатами замеров нагрузки:

(2.18)

где Рж - вес столба жидкости высотой hд с учетом буферного давления с площадью, равной Fпл; Р'ж = (Fпл - fшт) ·сж·g·L - вес столба жидкости в кольцевом пространстве; Fпл, fшт - площадь поперечного сечения плунжера и штанг соответственно; L - глубина спуска насоса; Ршт - вес колонны штанг в воздухе; Р'шт - вес колонны штанг в жидкости.

Формула для минимальной нагрузки получается из предыдущей (2.18), если положить Р'ж = 0, Рж = 0, а кинематические коэффициенты б1 и а1 заменить на аналогичные б2 и а2 при ходе штанг вниз и переменить у двух последних членов знаки на противоположные:

(2.19)

Здесь S_А - длина хода точки подвеса штанг; Ршт - вес колонны штанг в воздухе; Р'шт - вес колонны штанг в жидкости; б1, б2, а1, а2 - кинематические коэффициенты А.С. Вирновского [1,23],

,

где Vmax - действительная максимальная скорость точки подвеса штанг;

1 - при ходе вверх;

2 - при ходе вниз;

D, dшт - диаметры насоса и штанг;

щ - угловая скорость в 1/с, щ = р·n / 30;

лшт - удлинение штанг от веса столба жидкости,

; (2.19')

- коэффициент изменения сечения потока жидкости при переходе от насоса в трубы;Fтр - площадь внутреннего канала труб; fтр - площадь сечения труб по металлу;

- коэффициент отношения площадей.

Если расчет ведется для ступенчатой колонны, то вместо fшт нужно брать

, (2.20)



где е1, е2, еn - доли ступенчатой колонны штанг, Уеi = 1.

Упрощенные А.Н. Адониным формулы А.С. Вирновского можно использовать для широкого диапазона S_А < 5м; n =24 мин^-1, D < 93 мм:

;

. (2.21)

, (2.23)

где m - кинематический коэффициент,

. (2.24)

Здесь Lшат - длина шатуна; k - длина заднего плеча балансира.

Задача 1. Определить максимальную и минимальную нагрузки на головку балансира по различным теориям и сравнить их.

Дано: глубина подвески насоса L = 1870 м, динамический уровень hд = 1800м, Dпл = 32 мм, dтр = 60мм, диаметры штанг: dш1 = 22 мм, L1 = 560 м (30%); dш2 = 19 мм, L2 = 1310 м (70%); плотность жидкости сж = 880 кг/м³, станок-качалка СК-12-2,5-4000.

Решение. По формуле (2.12) определим параметр Коши, а = 4900 м/с; б = 1,26 с-1;

Режим динамический, следовательно, формулы динамической теории дадут наиболее правильную нагрузку.

1.1. Статическая теория, формулы (2.13), (2.17).

По формуле (2.14) определим Рж, учитывая, что Рб = 0:

;

.

Для СК-12 S_А = 2,5 м, nmax = 12 мин^-1. Тогда

.

Вес штанг в воздухе

;

;

Таким образом, принимая за основу нагрузку, рассчитанную по формулам А.С. Вирновского, можно сказать, что наиболее близкие значения по Рmax дают формулы А.Н. Адонина (+809) и упрощенная формула АС. Вирновского (- 3428); по Рmin наиболее близкие значения дают упрощенная формула А. С. Вирновского (+2400 Н) и формула И.М. Муравьева (+3670 Н).

Оценивая трудоемкость расчетов, следует отметить, что для оценочных, приближенных расчетов следует пользоваться формулой для Рmax Муравьева И. М. (2.13) и уточненной автором для Рmin (2.17), а для конструкторских или точных технологических расчетов следует пользоваться формулами А.С. Вирновского или А.Н. Адонина.

Задача 1

Определить максимальную и минимальную нагрузки на головку балансира по различным теориям и сравнить их.

Дано: глубина подвески насоса L = 1870 м, динамический уровень hд = 1800м, Dпл = 32 мм, dтр = 60мм, диаметры штанг: dш1 = 22 мм, L1 = 560 м (30%); dш2 = 19 мм, L2 = 1310 м (70%); плотность жидкости сж = 880 кг/м³, станок-качалка СК-12-2,5-4000.

Решение

По формуле (4.12) определим параметр Коши, а = 4900 м/с; б = 1,26 с-1;

Режим динамический, следовательно, формулы динамической теории дадут наиболее правильную нагрузку.

1. Статическая теория, формулы (4.13), (4.17).

По формуле (2.14) определим Рж, учитывая, что Рб = 0:

;

.

Для СК-12 S_А = 2,5 м, nmax = 12 мин^-1. Тогда

.

Вес штанг в воздухе

;

;

2. Формулы А.С. Вирновского (4.18) - (4.20).

Тогда

Для С К-12-2,5- 4000 при S_А = 2,5 м [15]

Исходя из вычисленных коэффициентов по формуле (4.18)

По формуле (4.19)

3. Упрощенные формулы А. С. Вирновского (4.21)

;

.

4. Формула И.А. Чарного



;

;

5. Формула А. Н. Адонина

;

Задание: записать основные формулы, оформить задачу

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 №95

Тема: Уравновешивание станка-качалки

Цель работы: научиться рассчитывать вес грузов при балансирном уравновешивании станка-качалки и расстояние от оси кривошипного вала до центра роторных противовесов при роторном уравновешивании.

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:

Общие сведения.

Равномерная нагрузка приводного двигателя штанговой насосной установки возможна только при наличии уравновешивающего устройства. В балансирных станках-качалках наиболее широко применяют уравновешивающие устройства состоящие из грузов, установленных на балансире и роторе. Определим вес груза на балансире, при котором установка будет уравновешена.

Ав = Ан

Механическая работа сил инерции на полированном штоке будет равна нулю, т.к. при его разгоне силы инерции будут иметь положительный знак, а при торможении - отрицательный.

При ходе штанг вверх работа будет затрачиваться на перемещение штанг и жидкости

Ав = (Ршт + Рж) * S,

При ходе вниз

Ан = - Ршт * S.

Полезная работа за двойной ход будет

А = Рж * S.

При установке на балансире в точке В уравновешивающего груза G механическая работа при ходе вверх и вниз будет соответственно равна (считаем, что переднее плечо балансира равно заднему)

Ав = (Рж + Ршт)* S - G * S;

Ан = - Ршт * S + G * S.

Приравняв правые части уравнений, получим

G = Ршт + Рж/2.

Описанный способ уравновешивания называется балансирным. Он прост, но его основным недостатком является появление дополнительных инерционных сил, обусловленных наличием массы груза G. Инерционные силы отрицательно сказываются на работе всех деталей установки. Этого недостатка нет у роторного способа уравновешивания. Уравновешивающий груз Gр монтируют на кривошипе. При ходе штанг вверх и вниз работа двигателя будет равна

Ав = (Рж + Ршт)* S - Gр * 2R;

Ан = - Ршт * S + Gр * 2R.

Приравняв Ав = Ан (считаем, что a = b)

Gр = S/4R (2Ршт + Рж).

Но S = 2r, тогда

Gр = r / R (Ршт + Рж / 2)

А с учетом различной длины плеч балансира

Gр = r*a / R*b * (Ршт + Рж / 2).

В этом случае уравновешивание обеспечивается перемещением грузов по кривошипу, т.е. изменением радиуса R:

R = (Ршт + Рж / 2) * a / b *r /Gp.

При роторном уравновешивании инерционные усилия, возникающие при движении грузов, воспринимаются только подшипниками кривошипного вала и при его постоянной угловой скорости вращения не передаются на другие детали установки.

Методика решения задач.

Задача 1. Рассчитать число плит, которые нужно установить на хвосте балансира станка-качалки n_б, если диаметр плунжера насоса d = 28 мм, глубина спуска насоса L = 500 м, глубина погружения насоса под динамический уровень h = 50 м, диаметр насосных штанг d_ш = 16 мм, вес одного метра штанг с муфтами q_ш = 1,67 кг, коэффициент учитывающий потери веса штанг в жидкости b = 0,875, плотность жидкости с_ж = 900 кг/м³, вес одной плиты q_б = 353 Н.

Решение:

Вес колонны насосных штанг составит

Р_ш = q_ш*L*b*g.

Определим площадь поперечного сечения плунжера

F_пл = р*d²/4.

Определим вес жидкости

Р_ж = (L - h)*F_пл*с_ж*g.

Общий вес балансирных грузов определяется по формуле

G = Р_шт + Р_ж /2.

Число уравновешивающих плит будет

n_б = G/q_б.

Ответ: число плит, которые нужно установить на хвосте балансира станка-качалки n_б =



Задача 2

Рассчитать роторное уравновешивание станка-качалки, если диаметр плунжера насоса d = 56 мм, глубина спуска насоса L = 1200 м, глубина погружения насоса под динамический уровень h_д = 50 м, колонна штанг двухступенчатая (d_ш1 = 22 мм, б₁ = 56%, d_ш2 = 19 мм, б₂ = 44%), вес одного метра штанг с муфтами q_ш1 = 3,14 кг, q_ш2 = 2,35 кг, коэффициент учитывающий потери веса штанг в жидкости b = 0,875, плотность жидкости с_ж = 900 кг/м³, длина хода сальникового штока s = 2,4 м, количество противовесов на каждом кривошипе i = 4, масса одного противовеса m = 1130 кг.

Решение:

Вес двухступенчатой колонны насосных штанг составит

Р_ш = L*b*g* (q_ш1 б₁ /100 + q_ш2 б₂ /100).

Определим площадь поперечного сечения плунжера

F_пл = р*d²/4.

Определим вес жидкости

Р_ж = (L - h)*F_пл*с_ж*g.

Вес противовесов на кривошипах будет равен

G_p= 2*i*m*g.

Расстояние от оси кривошипного вала до центра роторных противовесов определяем по формуле

R = (Р_шт + Р_ж / 2) * s / 2G_p

Ответ: расстояние от оси кривошипного вала до центра роторных противовесов R =

Задание: записать методику решения и решить задачи

Критерии оценивания

Оценка 5 - записаны основные формулы и их пояснение, задачи решены верно

Оценка 4 - записаны основные формулы и их пояснение, задачи решены верно, но с неточностями

Оценка 3 - записаны основные формулы без пояснения, задачи решены не верно

Оценка 2 - не записаны основные формулы и их пояснение или записаны частично, задачи решены не верно

Информационное обеспечение:

С.Л. Никишенко «Нефтегазопромысловое оборудование»



Практическое занятие 96

Тема: Уравновешивание станка-качалки

Цель работы: научиться рассчитывать вес грузов при балансирном уравновешивании станка-качалки и расстояние от оси кривошипного вала до центра роторных противовесов при роторном уравновешивании.

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:

Общие сведения

Равномерная нагрузка приводного двигателя штанговой насосной установки возможна только при наличии уравновешивающего устройства. В балансирных станках-качалках наиболее широко применяют уравновешивающие устройства состоящие из грузов, установленных на балансире и роторе. Определим вес груза на балансире, при котором установка будет уравновешена. Ав = Ан.

Механическая работа сил инерции на полированном штоке будет равна нулю, т.к. при его разгоне силы инерции будут иметь положительный знак, а при торможении - отрицательный.

При ходе штанг вверх работа будет затрачиваться на перемещение штанг и жидкости

Ав = (Ршт + Рж) * S,

При ходе вниз

Ан = - Ршт * S.

Полезная работа за двойной ход будет

А = Рж * S.

При установке на балансире в точке В уравновешивающего груза G механическая работа при ходе вверх и вниз будет соответственно равна (считаем, что переднее плечо балансира равно заднему)

Ав = (Рж + Ршт)* S - G * S;

Ан = - Ршт * S + G * S.

Приравняв правые части уравнений, получим

G = Ршт + Рж/2.

Описанный способ уравновешивания называется балансирным. Он прост, но его основным недостатком является появление дополнительных инерционных сил, обусловленных наличием массы груза G. Инерционные силы отрицательно сказываются на работе всех деталей установки. Этого недостатка нет у роторного способа уравновешивания. Уравновешивающий груз Gр монтируют на кривошипе. При ходе штанг вверх и вниз работа двигателя будет равна

Ав = (Рж + Ршт)* S - Gр * 2R;

Ан = - Ршт * S + Gр * 2R.

Приравняв Ав = Ан (считаем, что a = b)

Gр = S/4R (2Ршт + Рж).

Но S = 2r, тогда

Gр = r / R (Ршт + Рж / 2)

А с учетом различной длины плеч балансира

Gр = r*a / R*b * (Ршт + Рж / 2).

В этом случае уравновешивание обеспечивается перемещением грузов по кривошипу, т.е. изменением радиуса R:

R = (Ршт + Рж / 2) * a / b *r /Gp.

При роторном уравновешивании инерционные усилия, возникающие при движении грузов, воспринимаются только подшипниками кривошипного вала и при его постоянной угловой скорости вращения не передаются на другие детали установки.

Методика решения задач

Задача 1. Рассчитать число плит, которые нужно установить на хвосте балансира станка-качалки n_б, если диаметр плунжера насоса d = 30 мм, глубина спуска насоса L = 450 м, глубина погружения насоса под динамический уровень h = 55 м, диаметр насосных штанг d_ш = 17 мм, вес одного метра штанг с муфтами q_ш = 1,72 кг, коэффициент учитывающий потери веса штанг в жидкости b = 0,885, плотность жидкости с_ж = 900 кг/м³, вес одной плиты q_б = 352 Н.

Решение:

Вес колонны насосных штанг составит

Р_ш = q_ш*L*b*g.

Определим площадь поперечного сечения плунжера

F_пл = р*d²/4.

Определим вес жидкости

Р_ж = (L - h)*F_пл*с_ж*g.

Общий вес балансирных грузов определяется по формуле

G = Р_шт + Р_ж /2.

Число уравновешивающих плит будет

n_б = G/q_б.

Ответ: число плит, которые нужно установить на хвосте балансира станка-качалки n_б =

Задача 2

Рассчитать роторное уравновешивание станка-качалки, если диаметр плунжера насоса d = 55 мм, глубина спуска насоса L = 1300 м, глубина погружения насоса под динамический уровень h_д = 52 м, колонна штанг двухступенчатая (d_ш1 = 21 мм, б₁ = 58%, d_ш2 = 20 мм, б₂ = 46%), вес одного метра штанг с муфтами q_ш1 = 3,10 кг, q_ш2 = 2,30 кг, коэффициент учитывающий потери веса штанг в жидкости b = 0,877, плотность жидкости с_ж = 900 кг/м³, длина хода сальникового штока s = 2,4 м, количество противовесов на каждом кривошипе i = 4, масса одного противовеса m = 1200 кг.

Решение:

Вес двухступенчатой колонны насосных штанг составит

Р_ш = L*b*g* (q_ш1 б₁ /100 + q_ш2 б₂ /100).

Определим площадь поперечного сечения плунжера

F_пл = р*d²/4.

Определим вес жидкости

Р_ж = (L - h)*F_пл*с_ж*g.

Вес противовесов на кривошипах будет равен

G_p= 2*i*m*g.

Расстояние от оси кривошипного вала до центра роторных противовесов определяем по формуле

R = (Р_шт + Р_ж / 2) * s / 2G_p

Ответ: расстояние от оси кривошипного вала до центра роторных противовесов R =

Задание: записать методику решения и решить задачи

Критерии оценивания

Оценка 5 - записаны основные формулы и их пояснение, задачи решены верно

Оценка 4 - записаны основные формулы и их пояснение, задачи решены верно, но с неточностями

Оценка 3 - записаны основные формулы без пояснения, задачи решены не верно

Оценка 2 - не записаны основные формулы и их пояснение или записаны частично, задачи решены не верно

Информационное обеспечение:

С.Л. Никишенко «Нефтегазопромысловое оборудование»



Практическое занятие 97

Тема: Изучение конструкции узлов погружного агрегата

Цель работы: углубить знания об узлах УЭЦН

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. заполнить таблицу

3. составить тест

Методические указания по выполнению задания:

Погружной центробежный насос изготавливают в секционном (ЭЦН) или модульном (ЭЦНМ) исполнении. Насос в секционном исполнении (ЭЦН), в общем случае, содержит нижнюю секцию с приёмной сеткой, среднюю секцию и верхнюю секцию с ловильной головкой, причём средних секций может быть несколько. Широко применяются варианты комплектации насосов средней секции с дополнительным входным модулем - приёмной сеткой - вместо нижней секции, а также модуль-головкой - вместо верхней секции. В этом случае насосы называются модульными (тип ЭЦНМ).В тех случаях, когда требуется устранить вредное влияние свободного газа на работу насоса, вместо входного модуля устанавливается газосепаратор. Нижняя секция состоит из корпуса, вала, пакета ступеней (рабочих колёс и направляющих аппаратов, верхнего подшипника, нижнего подшипника, верхней осевой опоры, головки, основания, двух рёбер для защиты кабеля, резиновых колец, приемной сетки, шлицевой муфты, крышек, и промежуточных подшипников. [1] Для повышения допустимого газосодержания нефти, поднимаемой на поверхность, и повышения всасывающей способности в ЭЦН используют следующие методы:

- применение сепараторов различных конструкций на входе, где происходит отделение газа;

- установка на приеме диспергирующих устройств, где происходит измельчение газовых включений и подготовка однородной жидкости;

- применение комбинированных «ступенчатых» насосов (первые ступени имеют большее проходное сечение - рассчитаны на большую подачу);

Российскими производителями выпускаются газосепараторы в соответствии с нормативными документами типов: модули насосные - газосепараторы МНГ и МНГК; модули насосные - газосепараторы Ляпкова МН ГСЛ; модули насосные газосепараторы МНГБ5 (производства ОАО «Борец»). По принципиальной схеме эти газосепараторы являются центробежными. Они представляют собой отдельные насосные модули, монтируемые перед пакетом ступеней нижней секции насоса посредством фланцевых соединений. Валы секций или модулей соединяются шлицевыми муфтами.

Модуль-секция насоса



1 - корпус; 2 - вал; 3 - колесо рабочее; 4 - аппарат направляющий; 5 - подшипник верхний; 6 - подшипник нижний; 7 - опора осевая верхняя; 8 - головка; 9 - основание; 10 - ребро; 11, 12, 13 - кольца резиновые

Рабочие колеса свободно передвигаются по валу в осевом направлении и ограничены в перемещении нижним, и верхним направляющими аппаратами. Осевое усилие от рабочего колеса передается на нижнее текстолитовое кольцо и затем на бурт направляющего аппарата. Частично осевое усилие передается валу вследствие трения колеса о вал или прихвата колеса к валу при отложении солей в зазоре или коррозии металлов. Крутящий момент передается от вала к колесам латунной (Л62) шпонкой, входящей в паз рабочего колеса. Шпонка расположена по всей длине сборки колес и состоит из отрезков длиною 400 - 1000 мм. Направляющие аппараты сочленяются между собой по периферийным частям, в нижней части корпуса они все опираются на нижний подшипник 6 и основание 9, а сверху через корпус верхнего подшипника зажаты в корпусе. [7] Рабочие колеса и направляющие аппараты насосов обычного исполнения изготавливаются из модифицированного серого чугуна и радиационно модифицированного полиамида, насосов коррозионно-стойкого исполнения - из модифицированного чугуна ЦН16Д71ХШ типа «нирезист». Валы модулей секций и входных модулей для насосов обычного исполнения изготавливаются из комбинированной коррозионно-стойкой высокопрочной стали ОЗХ14Н7В и имеют на торце маркировку «НЖ» для насосов повышенной коррозионной стойкости - из калиброванных прутков из сплава Н65Д29ЮТ-ИШ-К-монель и имеют на торцах маркировку «М». Валы модулей-секций всех групп насосов, имеющих одинаковые длины корпусов 3, 4 и 5 м, унифицированы.

Соединение валов модулей-секций между собой, модуля секции с валом входного модуля (или вала газосепаратора), вала входного модуля свалом гидрозащиты двигателя осуществляется при помощи шлицевых муфт. Соединение модулей между собой и входного модуля с двигателем - фланцевое. Уплотнение соединений (кроме соединения входного модуля с двигателем и входного модуля с газосепаратором) осуществляется резиновыми кольцами. Для откачивания пластовой жидкости, содержащей у сетки входного модуля насоса свыше 25% (до 55%) по объему свободного газа, к насосу подсоединяется модуль насосный - газосепаратор.

Газосепаратор

1 - головка; 2 - переводник; 3 - сепаратор; 4 - корпус; 5 - вал; 6 - решетка; 7 - направляющий аппарат; 8 - рабочее колесо; 9 - шнек; 10 - подшипник; 11 - основание

Газосепараторы предназначены для уменьшения объемного содержания свободного газа в ГЖС до допустимого значения для погружного центробежного насоса путём центробежного отделения газа от жидкости с последующим сбросом газа в затрубное пространство.

Газосепаратор устанавливается между входным модулем и модулем-секцией. Наиболее эффективны газосепараторы центробежного типа, в которых фазы разделяются в поле центробежных сил. При этом жидкость концентрируется в периферийной части, а газ - в центральной части газосепаратора и выбрасывается в затрубное пространство. Газосепараторы серии МНГ имеют предельную подачу 250 ё 500 м³/сут., коэффициент сепарации 90%, массу от 26 до 42 кг.

Двигатель погружного насосного агрегата состоит из электродвигателя и гидрозащиты. Электродвигатели погружные трехфазные коротко замкнутые двухполюсные маслонаполненные обычного и коррозионно-стойкого исполнения унифицированной серии ПЭДУ и в обычном исполнении серии ПЭД модернизации Л. Гидростатическое давление в зоне работы не более 20 МПа. Номинальная мощность от 16 до 360 кВт, номинальное напряжение 530 ё 2300 В, номинальный ток 26 ё 122.5 А.

Электродвигатель серии ПЭДУ

1 - соединительная муфта; 2 - крышка; 3 - головка; 4 - пятка; 5 - подпятник; 6 - крышка кабельного ввода; 7 - пробка; 8 - колодка кабельного ввода; 9 - ротор; 10 - статор; 11 - фильтр; 12 - основание

Гидрозащита: а - открытого типа; б - закрытого типа

А - верхняя камера; Б - нижняя камера; 1 - головка; 2 - торцевое уплотнение; 3 - верхний ниппель; 4 - корпус; 5 - средний ниппель; 6 - вал; 7 - нижний ниппель; 8 - основание; 9 - соединительная трубка; 10 - диафрагма.

Гидрозащита двигателей ПЭД предназначена для предотвращения проникновения пластовой жидкости во внутреннюю полость электродвигателя, компенсации изменения объема масла во внутренней полости от температуры электродвигателя и передачи крутящего момента от вала электродвигателя к валу насоса. Гидрозащита состоит либо из одного протектора, либо из протектора и компенсатора. Могут быть три варианта исполнения гидрозащиты.

Первый состоит из протекторов П92, ПК92 и П114 (открытого типа) из двух камер. Верхняя камера заполнена тяжелой барьерной жидкостью (плотность до 2 г/см³, не смешиваемая с пластовой жидкостью и маслом), нижняя - маслом МА-ПЭД, что и полость электродвигателя. Камеры сообщены трубкой. Изменения объемов жидкого диэлектрика в двигателе компенсируются за счет переноса барьерной жидкости в гидрозащите из одной камеры в другую.

Второй состоит из протекторов П92Д, ПК92Д и П114Д (закрытого типа), в которых применяются резиновые диафрагмы, их эластичность компенсирует изменение объема жидкого диэлектрика в двигателе.

Третий - гидрозащита 1Г51М и 1Г62 состоит из протектора, размещенного над электродвигателем и компенсатора, присоединяемого к нижней части электродвигателя. Система торцевых уплотнений обеспечивает защиту от попадания пластовой жидкости по валу внутрь электродвигателя. Передаваемая мощность гидрозащит 125 ё 250 кВт, масса 53 ё 59 кг.

Система термоманометрическая ТМС-3 предназначена для автоматического контроля за работой погружного центробежного насоса и его защиты от аномальных режимов работы (при пониженном давлении на приеме насоса и повышенной температуре погружного электродвигателя) в процессе эксплуатации скважин. Имеется подземная и наземная части. Диапазон контролируемого давления от 0 до 20 МПа. Диапазон рабочих температур от 25 до 105С. [9]

Задание: заполнить таблицу - узел/назначение/место расположения/материал изготовления

Задания для закрепления темы: составить тест по теме

Критерии оценивания

Оценка 5 - таблица заполнена верно, тест верный

Оценка 4 - таблица заполнена с незначительными ошибками, в тесте есть небольшие ошибки

Оценка 3 - таблица заполнена не полностью с ошибками, тест с ошибками

Оценка 2 - таблица заполнена не верно или не заполнена, тест отсутствует

Информационное обеспечение:

С.Л. Никишенко «Нефтегазопромысловое оборудование»



Практическое занятие 98

Тема: Изучение конструкции узлов погружного агрегата

Цель работы: углубить знания об узлах УЭЦН

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. заполнить таблицу

3. составить тест

Методические указания по выполнению задания:

Кабельная линия представляет собой кабель в сборе, намотанный на кабельный барабан. Кабель в сборе состоит из основного кабеля - круглого ПКБК (кабель, полиэтиленовая изоляция, бронированный, круглый) или плоского - КПБП присоединенного к нему плоского кабеля с муфтой кабельного ввода (удлинитель с муфтой).

Кабели: а - круглый; б - плоский; 1 - жила; 2 - изоляция; 3 - оболочка; 4 - подушка; 5 - броня



Кабель состоит из трех жил, каждая из которых имеет слой изоляции и оболочку; подушки из прорезиненной ткани и брони. Три изолированные жилы круглого кабеля скручены по винтовой линии, а жилы плоского кабеля - уложены параллельно в один ряд. Кабель КФСБ с фторопластовой изоляцией предназначен для эксплуатации при температуре окружающей среды до + 160С. Кабель в сборе имеет унифицированную муфту кабельного ввода К38 (К46) круглого типа. В металлическом корпусе муфты герметично заделаны изолированные жилы плоского кабеля с помощью резинового уплотнителя. К токопроводящим жилам прикреплены штепсельные наконечники. Круглый кабель имеет диаметр от 25 до 44 мм. Размер плоского кабеля от 10.1х25.7 до 19.7х52.3 мм. Номинальная строительная длина 850, 1000 ё 1800 м. Комплектные устройства типа ШГС5805 обеспечивают включение и выключение погружных двигателей, дистанционное управление с диспетчерского пункта и программное управление, работу в ручном и автоматическом режимах, отключение при перегрузке и отклонении напряжения питающей сети выше 10% или ниже 15% от номинального, контроль тока и напряжения, а также наружную световую сигнализацию об аварийном отключении (в том числе со встроенной термометрической системой).

Комплексная трансформаторная подстанция погружных насосов - КТППН предназначена для питания электроэнергией и защиты электродвигателей погружных насосов из одиночных скважин мощностью 16 ё 125 кВт включительно. Номинальное высокое напряжение 6 или 10 кВ, пределы регулирования среднего напряжения от 1208 до 444 В (трансформатор ТМПН100) и от 2406 до 1652 В (ТМПН160). Масса с трансформатором 2705 кг. Комплектная трансформаторная подстанция КТППНКС предназначена для электроснабжения, управления и защиты четырех центробежных электронасосов с электродвигателями 16 ё 125 кВт для добычи нефти в кустах скважин, питания до четырех электродвигателей станков-качалок и передвижных токоприемников при выполнении ремонтных работ. В комплект поставки установки входят: насос, кабель в сборе, двигатель, трансформатор, комплектная трансформаторная подстанция, комплектное устройство, газосепаратор и комплект инструмента.

Протектор

Протектор предназначен для защиты от попадания пластовой жидкости в маслонаполненныи электродвигатель и предотвращает утечки масла при передаче вращения от электродвигателя к насосу.

Протектор МП 51 состоит из корпуса 1, внутри которого размещается диафрагма 2, закрепленная на опоре 3, двух ниппелей 4 и 5, между которыми размещается узел пяты 6, верхней 7 и нижней 8 головок и вала 9 с двумя торцовыми уплотнениями 10. Вал вращается в подшипниках, установленных в ниппелях и в нижней головке. Нижний конец вала соединяется с валом электродвигателя, верхний конец - с валом насоса при монтаже на скважине. Узел пяты воспринимает осевые нагрузки, действующие на вал.

Внутренняя полость диафрагмы сообщается с внутренней полостью электродвигателя и заполняется маслом при монтаже двигателя. Это масло служит запасом для компенсации его естественного расхода через нижнее торцовое уплотнение, герметизирующее вращающийся вал. Полость за диафрагмой сообщается с полостью узла пяты и тоже заполняется маслом для компенсации расхода его через верхнее торцовое уплотнение.

Для удаления воздуха при заполнении маслом полостей протектора в ниппелях имеются отверстия, которые герметично закрываются пробками 13 и 14 со свинцовыми прокладками.

В ниппеле 4 имеются три отверстия, через которые при работе установки проходит пластовая жидкость, вымывает твёрдые частицы из области верхнего торцового уплотнения и охлаждает его. На период транспортирования и хранения отверстия закрыты пластмассовыми пробками 11, которые перед спуском протектора в скважину удаляются. Нижняя головка протектора имеет фланец и посадочный бурт с резиновыми кольцами 15 для герметизации соединения с электродвигателем. В верхнюю головку ввернуты шпильки для соединения с насосом. На период транспортирования и хранения протектор закрыт крышками 16 и 17.

Компенсатор

Компенсатор предназначен для выравнивания давления масла в двигателе с давлением жидкости в скважине и пополнения объема масла в двигателе.

Компенсатор МК 51 представляет собой корпус 1 в виде трубы, внутри которого размещена резиновая диафрагма 2. Внутренняя полость диафрагмы заполнена маслом и сообщается с внутренней полостью электродвигателя по каналу в головке 3, который перекрыт пластмассовой пробкой 4. В головке имеется отверстие для заполнения маслом внутренней полости диафрагмы, которое герметизируется пробкой 5 на свинцовой прокладке и отверстие с перепускным клапаном 6 и пробкой 7. Перепускной клапан используется в процессе подготовки компенсатора к монтажу. Полость за диафрагмой сообщается с пластовой жидкостью через отверстия в корпусе компенсатора.

Диафрагма обеспечивает передачу и уравнивание давления пластовой жидкости в зоне подвески двигателя с давлением масла в двигателе, а также изменением своего объема компенсирует тепловые изменения объема масла в двигателе в процессе его работы. В головку компенсатора ввернуты шпильки для соединения с электродвигателем. На период транспортирования и хранения компенсатор закрыт крышкой 8.

Обратный клапан

Насосный обратный клапан предназначен для предотвращения обратного вращения рабочих колес насоса под воздействием столба жидкости в напорном трубопроводе при остановках насоса и облегчения повторного запуска насоса. Обратный клапан используется также при опрессовке колонны насосно-компрессорных труб после спуска установки в скважину. Обратный клапан состоит из корпуса 1, с одной стороны которого имеется внутренняя коническая резьба для подсоединения спускного клапана, а с другой стороны - наружная коническая резьба для ввинчивания в ловильную головку верхней секции насоса. Внутри корпуса размещается обрезиненное седло 2, на которое опирается тарелка 3. Тарелка имеет возможность осевого перемещения в направляющей втулке 4. Под воздействием потока перекачиваемой жидкости тарелка 3 поднимается, тем самым, открывая клапан. При остановке насоса тарелка 3 опускается на седло 2 под воздействием столба жидкости в напорном трубопроводе, т.е. клапан закрывается. На период транспортирования и хранения на обратный клапан навинчивают крышки 5 и 6. [11]

Спускной клапан

Спускной клапан предназначен для слива жидкости из напорного трубопровода (колонны насосно-компрессорных труб) при подъеме насоса из скважины.

Спускной клапан содержит корпус 1, с одной стороны которого имеется внутренняя коническая резьба муфты для соединения к насосно-компрессорным трубам, а с другой стороны - наружная коническая резьба для ввинчивания в обратный клапан. В корпус ввернут штуцер 2, который уплотнен резиновым кольцом 3. Перед подъемом насоса из скважины конец штуцера, находящийся во внутренней полости клапана, сбивается (обламывается) специальным инструментом (например, ломом, сбрасываемым в НКТ), и жидкость из колонны насосно-компрессорных труб вытекает через отверстие в штуцере в затрубное пространство. На период транспортирования и хранения спускной клапан закрыт крышками 4 и 5.

Погружные асинхронные двигатели в зависимости от мощности изготавливаются одно- и двухсекционными. В зависимости от типоразмера питание электродвигателя осуществляется напряжением от 380 до 2300 В. Рабочая частота переменного тока составляет 50 Гц. При использовании регулятора частоты допускается работа двигателя при частоте тока от 40 до 60 Гц.

Синхронная частота вращения вала двигателя - 3000 об/мин. Рабочее направление вращения вала, если смотреть со стороны головки - по часовой стрелке.

Задание: заполнить таблицу - узел/назначение/место расположения/материал изготовления

Задания для закрепления темы: составить тест по теме

Критерии оценивания

Оценка 5 - таблица заполнена верно, тест верный

Оценка 4 - таблица заполнена с незначительными ошибками, в тесте есть небольшие ошибки

Оценка 3 - таблица заполнена не полностью с ошибками, тест с ошибками

Оценка 2 - таблица заполнена не верно или не заполнена, тест отсутствует

Информационное обеспечение:

С.Л. Никишенко «Нефтегазопромысловое оборудование»



Практическое занятие 99

Тема: Подбор оборудования для эксплуатации скважины УЭЦН

Цель работы: научиться правильно рассчитывать параметры работы оборудования УЭЦН.

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

Общие сведения.

Выбор диаметра насосных труб. Диаметр насосных труб определяется их пропускной способностью и возможностью размещения труб в скважине (с учетом соединительных муфт) вместе с кабелем и агрегатом.

Пропускная способность труб связана с коэффициентом полезного действия (з_тр). К.п.д. труб колеблется в пределах з_тр = 0,92 - 0,99 и зависит в основном от диаметра и длины. К.п.д. труб, как правило, не следует брать ниже 0,94.

Так как очень часто центробежные электронасосы применяют для форсированного отбора жидкости из сильно обводненных скважин вязкостью, близкой к вязкости воды то в целях облегчения расчета для этих условий построены кривые потерь напора z на длине 100 м.

Для определения диаметра труб нужно из точки дебита провести вертикаль вверх до пересечения кривых потерь напора в трубах разного диаметра; затем, исходя из величины предварительно принятого к.п.д., найти в пересечении указанной вертикали с линией необходимый диаметр труб. При пересечении кривых для труб нескольких диаметров предпочтение надо отдать тому диаметру, который дает более высокий к.п.д., учитывая при этом также прочность труб и возможность размещения их в скважине.

Определение необходимого напора центробежного электронасоса. Необходимый напор определяется из уравнения условной характеристики скважины:

Н_с = h_ст + ?h + h_тр + h_г + h_c,

Где: h_ст - статический уровень;

?h - депрессия при показателе степени уравнения равном единице ?h = Q/К ;

h_г - превышение уровня жидкости в сепараторе над устьем скважины;

h_c - избыточный напор в сепараторе;

h_тр - напор, теряемый на трение и местные сопротивления при движении жидкости в трубах от насоса до сепаратора,

h_тр = 1,08*10^-7 *л*[(L+l)Q²]/d⁵;

где L - глубина спуска насоса, L = h_д + h;

h_д - расстояние от устья до динамического уровня (высота подъема жидкости),

h_д = h_ст + ?h.

Коэффициент гидравлического сопротивления л при движении в трубах однофазной жидкости определяется в зависимости от числа Рейнольдса Re = (14,7*10^-6*Q)/(d*н);

где d- внутренний диаметр труб; н - вязкость жидкости; Q - дебит скважины;

Если режим движения жидкости турбулентный л = 0,316/ Re^0,25.

Подбор насоса. Насос для скважины подбирается в соответствии с характеристикой скважины, ее дебитом, необходимым напором и диаметром эксплуатационной колонны на основании характеристики погружных центробежных насосов.

Характеристику насоса можно приблизить к условной характеристике скважины двумя способами:

1) уменьшением подачи насоса при помощи штуцера или задвижки, установленных на выкидной линии;

2) уменьшением числа ступеней насоса.

При первом способе дебит и напор изменяются по кривой рабочей характеристики насоса, при этом уменьшается к.п.д. Поэтому выгоднее применять второй способ, при котором к.п.д. насоса практически не изменяется.

Число ступеней, которое надо снять с насоса для получения необходимого напора, будет равно

?z = [1 - (Н_с / Н_н)] z,

где Н_с - напор, необходимый для получения заданного дебита; Н_н - напор насоса, соответствующий дебиту скважины по его рабочей характеристике; z - полное число ступеней.

Следовательно, насос должен иметь (z - ?z) ступеней.

Вместо снятых ступеней внутри корпуса насоса устанавливаются проставки.



Решение задачи

Задача. Подобрать оборудование для эксплуатации скважины электроцентробежным насосом.

Исходные данные: наружный диаметр эксплуатационной колонны D = 168 мм; глубина скважины Н = 1800 м; дебит жидкости Q = 120 м³/сут; статический уровень h_cт = 500 м; коэффициент продуктивности скважины К = 80 м³/(сут*МПа); кинематическая вязкость н = 2*10^-6 м²/с; газовый фактор G_o = 20 м³/м³; расстояние от устья скважины до сепаратора l = 30 м; превышение уровня жидкости в сепараторе над устьем скважины h_г = 2,5 м; избыточное давление в сепараторе р_с = 0,1 МПа; плотность жидкости с_ж = 1000 кг/м³, глубина погружения насоса под динамический уровень h = 50 м; (1 МПа = 100 м ст. жидкости).

Решение:

1. Выбор диаметра насосных труб

Для определения диаметра труб из точки дебита проводим вертикаль вверх до пересечения кривых потерь напора в трубах разного диаметра; затем, исходя из величины предварительно принятого к.п.д. (0,94), находим в пересечении указанной вертикали с линией 0,94 необходимый диаметр труб.

Из рисунка видно, что при к.п.д. насосных труб з_тр = 0,94 (пунктирная линия) пропускная способность 48-мм труб примерно равна 150 м³/сут.

Принимаем трубы диаметром 48 мм (d = 0,0403 м - внутренний диаметр 48-мм труб).

2. Определение необходимого напора центробежного электронасоса

Определим депрессию при показателе степени уравнения равном единице

?h = Q/К

Избыточный напор в сепараторе будет равен

h_c = 1 МПа = 10 м ст. жидкости.

Расстояние от устья до динамического уровня (высота подъема жидкости);

h_д = h_ст + ?h.

Глубина спуска насоса

L = h_д + h

Коэффициент гидравлического сопротивления л при движении в трубах однофазной жидкости определяется в зависимости от числа Рейнольдса Re:

Re = (14,7*10^-6*Q)/(d*н)

Если режим движения жидкости турбулентный

л = 0,316/ Re^0,25

Напор, теряемый на трение и местные сопротивления при движении жидкости в трубах от насоса до сепаратора,



h_тр = [1,08*10^-7 *л*(L+l)Q²]/d⁵

Необходимый напор насоса в заданных условиях будет

Н_с = h_ст + ?h + h_тр + h_г + h_c.

3. Подбор насоса

Для получения дебита Q = 120 м³/сут и напора Н_с наиболее подходит центробежный насос 1ЭЦН-6-100-900 с числом ступеней z = 125.

Согласно кривым рабочей характеристики, этот насос при к.п.д. з_н = 0,5 и в пределах - устойчивой зоны его работы может давать производительность Q = 110-140 м³/сут и напор соответственно Н_н = 800-600 м. При получении заданного дебита Q = 120 м³/сут насос будет создавать напор Н_н = 740 м.

Число ступеней, которое надо снять с насоса для получения необходимого напора, будет равно

?z = [1 - (Н_с / Н_н)]* z,

Следовательно, насос 1ЭЦН-6-100-900 должен иметь z_н = (z - ?z) ступеней. Вместо снятых ступеней внутри корпуса насоса устанавливаются проставки.

Задание: записать методику решения задачи с пояснением формул, решить задачу

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 100

Тема: Подбор оборудования для эксплуатации скважины УЭЦН

Цель работы: произвести расчет основных характеристик гидропоршневой насосной установки.

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

...