Підбір обладнання для збільшення видобутку нафти з допомогою штангового глибинного насоса
·
кондуктор діаметром 324 мм в інтервалі від 0 до 100 метрів,
зацементований
до гирла свердловини;
·
технічна колона діаметром 245 мм в інтервалі від 0 до 2254 метрів,
зацементований до гирла свердловини;
·
експлуатаційна колона діаметром 146 мм в інтервалі від 0 до
2448,37
метра, зацементована до гирла свердловини, опресована на 24,6 МПа
технічною водою та признана герметичною;
проперфорована
зарядами ПКС-80 по 10 отворів на метр погонний в інтервалі від 2398 до 2364
метра в експлуатаційній колоні.
2.4 Вихідні дані
для проектування
Глибина
свердловини Н,м. 2420
Діаметр
експлуатаційної колони D, мм 125
Абсолютний
пластиковий тиск Рпл, МПа 13,4
Газовий
фактор Go , м3/т 848
Густина
нафти ρнкг/м3 859,2
Густина
пластової води ρв ,кг/м3 1170
В’язкість
нафти νн ,м2/с 2,03∙10-6
Вміст
води в продукції свердловини nв , % 57
Коефіцієнт
продуктивності свердловини Ко , т/(добу∙МПа) 1,2÷1,8
Коефіцієнт
розчинності газу в нафті α , м3/(т∙МПа) 63,28
Плановий
дебіт свердловини (нафти) після переводу Qн , т/добу 2,41
2.5 Вибір
верстата-качалки
2.5.1 Визначення
глибини спуску насоса
Визначаємо
продуктивність свердловини з врахуванням води за формулою:
Q
= Qн ∙ 100 / (100-nв), т/добу; (2.1)
Q = 2,41∙100
/ (100-57)=5,6 т/добу
Визначаємо
вибійний тиск із рівня припливу рідини, прийнявши коефіцієнт фільтрації п=1:
Рвиб
= Рпл – Q / К0 , МПа (2.2)
де Рпл
– пластовий тиск, МПа;
Q – продуктивність
свердловини (дебіт рідини), т/добу;
Ко – коефіцієнт
продуктивності свердловини, т/(добу∙МПа).
Рвиб =13,4 – 5,6 / 1,8 = 10.2
МПа
Визначаємо
динамічний рівень за формулою:
Нд
= Рвиб ∙106 / (ρ∙g) , м (2.3)
де ρ
– густина рідини кг/м3, яка визначається за формулою (1.2)
;
ρ=ρн∙nн+ρв∙nв /100 кг/м3
ρ=859,2∙43+1170∙57
/ 100=1036,3 кг/м3
g-прискорення
вільного падіння, м/с2
Нд =10,2∙106/(1036,3∙9,806)=1003,7м
Визначаємо
тиск, який необхідно створити на прийомі насоса, щоб в рідені не було вільного
газу за формулою:
Р
=Gо∙106/α ,Па (2.4)
Р =848∙106/63,28=1300758,53
Па
Визначаємо
необхідну глибину занурення насоса під динамічний рівень рідини ,щоб створити
на прийомі насоса тиск Р за формулою:
h =Р/ρ∙g ,м (2.5)
h =13400758,53/1036,3∙9,806=1318,7 м
Визначаємо
глибину спуску насосу за формулою:
L=H-Hд+h ,м (2,6)
L
=2420-1003,7+1318,7=2735 м
Так
як глибина спуску насосу виявилась дуже великою, навіть більшою від глибини
свердловини H, то для зменшення глибини спуску насоса і усунення шкідливого
впливу газу на роботу насоса необхідно на його прийомі встановити газовий якір
і опустити насос на нову глибину h, під динамічний рівень.
В
цьому випадку визначаємо кількість вільного газу, яка буде поступати в насос з
1 м3 нафти, припускаючи, що газовий якір сепарує 80% вільного газу в
затрубний простір за формулою :
G’ = 0,2 ∙ G0 , м3/
т (2.7)
G’ = 0,2 ∙
848 = 169,6 м3/ т
Для
того, щоб ця кількість газу знаходилась в розчиненому стані, біля прийому
насоса необхідно створити тиск :
Р’
= G’0 ∙ 106 / α , Па (2.8)
Р’ = 169,6 ∙
106 / 63,28 = 2680151,7 Па
Для
створення такого тиску потрібно опустити насос під динамічний рівень на глибину
:
h’ = Р’ / (ρ ∙
g)
, м (2.9)
h’ = 2680151,7 /
(1036,3 ∙ 9,806 ) = 263,7 м
Необхідну
глибину спуску насоса визначаємо за формулою :
L
= H – Hд + h’ , м (2.10)
L = 2420 – 1003,7
+ 263,7 = 1680 м
2.5.2
Вибір типу верстата - качалки і марка насоса
Для
вибору типу верстата-качалки і діаметра насоса визначаємо продуктивність установки
в м3 / добу (при коефіцієнті подачі = 0,75 ) за формулою :
Q’
= Q ∙ 103 / ρ , м3/добу (2.11)
Q’ = 5,6 ∙ 103
/ 1036,3 = 5,4 м3/добу
Тип
верстата-качалки і діаметр насоса вибираємо з діаграми областей застосування
верстатів - качалок. згідно діаграми обираємо верстат-качалку СКД6-2,5-2800 з
числом коливань 14 кол / хв.
Тип
насоса вибираємо в залежності від глибини спуску і характеристики продукції
свердловини ( з каталогу штангових насосів ). Обираємо насос марки
НВ1С29-18-25.
2.6
Вибір насосних штанг
Підбір
колони насосних штанг проводимо за приведеним напруженням в точці підвішування
штанг з табл. 13-18 [25, ст.18-25].
Обираємо
трьохступеневу колону штанг 16 мм; 19 мм; 22 мм :
l1 = 840м ; l2 = 470,4 м ; l3 = 369,6 м
2.7
Встановлення режиму роботи установки
графічним методом
Щоб
забезпечити тривалу роботу верстата-качалки потрібно для одержання дебіту Q’ в
м3 / добу прийняти максимально можливу довжину ходу сальникового
штока S для вибраного типо – розміру верстата-качалки і знаходимо
потрібне число коливань за такою формулою :
n = nmax ∙Q’ / Qmax , кол / хв. (2.12)
де nmax - максимальне
число коливань для вибраного верстата-качалки за хв.
Qmax – максимальна
продуктивність вибраного насоса при роботі на максимальних параметрах, м3
/ добу.
n = 14 ∙ 5,4
/ 17,1 = 4,42 кол / хв.
Обираємо
стандартне число коливань 4,5 кол / хв.
2.8
Вибір і розрахунок насосно – компресорних труб
Діаметр
насосно-компресорних труб вибирається в залежності від вибраного типу і
діаметра насоса з табл. IV [20, ст.222].
Сумарна
маса 1 м труб, штанг і рідини визначаємо за формулою :
m=mТ +mш+mр , кг/м (2.13)
де mТ - масса 1м колони
труб (з врахуванням труб і муфт), кг/м
mш - масса 1м колони
штанг, кг/м
mр – масса 1м стовпа рідини
в колоні НКТ, кг/м.
m
=703+2,66+1,67=11,36 кг/м
Массу
1м ступеневої колони штанг визначаємо за формулою:
mш=(m1∙l1+m2∙l2+m3∙l3)/L ,кг/м (2.14)
Массу
1м стовпа рідини визнаємо за формулою:
mр=(FТр-ƒшт)
∙ ρ ∙1, кг/м (2.15)
mр = (0,001986 –
0,000379) ∙ 1036,3 ∙ 1 = 1,6653 кг /м
FТр=πdв2
/ 4 ,м2 (2.16)
FТр = 3,14 ∙
0,05032 / 4 = 0,001986 м2
fшт = πdш2
/ 4, м2 (2.17)
fшт =3,14 ∙ 0,0222
/ 4 = 0,000379 м2
де FТр - площа
поперечного січення труби, м2
fшт – площа
поперечного січення штанги, м2
ρ – густина
рідини, кг/м3
dв
–
внутрішній діаметр НКТ, м2
dш
–
діаметр штанги, м2
2.9
Перевірка працездатності верстата-качалки
Для
перевірки працездатності вибраного верстата-качалки потрібно визначити
максимальне навантаження на головку балансира та максимальний крутний момент на
валі кривошипа редуктора і порівняти їх з відповідними параметрами вибраного
верстата-качалки.
Максимальне
навантаження на головку балансира визначають на основі динамічної теорії за
формулою І.А.Чарного :
Рmax = Рр
+ Рш ∙(в + (5 ∙ n2 ∙ tgφ) / (1800 ∙φ)) , Н (2.18)
Рmax = 10499,3 +
43831,2 ∙ (0,87 + (2,1∙ 4,52 ∙ tg8,88º) /
(1800 ∙ 8,88º)) = 48650,6 Н
де φ
– параметр, який характеризує режим відкачки і визначається за формулою :
φ
= W ∙ L / a, рад (2.19)
φ = 0,471∙
1680 / 5100 = 0,155 ∙ (180º / 3,14 ) = 8,88º
де W – кутова
швидкість обертання кривошипа верстата-качалки, рад/с;
L – глибина спуску
насоса, м ;
а – швидкість
розповсюдження звуку в матеріалі штанг ( для сталі а = 5100м/с).
Кутова
швидкість обертання кривошипа визначається за формулою :
W = π∙n / 30, рад/с (2.20)
W = 3,14 ∙
4,5 / 30 = 0,471 рад/с
де п
– число коливань верстата-качалки, кол/хв.
Мінімальне
навантаження на головку балансира за цикл дії свердловинного насоса визначаємо
за формулою :
Pmin = Рш ∙
(b – (S ∙ n2 ∙ tgφ) / (1800 ∙
φ). Н (2.21)
Pmin = 43831,2 ∙
(0,87 – (2,1 ∙ 4,52 ∙ tg ∙8.88º) /
(1800 ∙ 8.88º) = 38114.9, Н
Максимальний
крутний момент на кривошипному волі редуктора визначаємо за формулою :
Mmax = [30 ∙ S + 0.236 ∙
(Pmax – Pmin)] ∙ g .,Н ∙ м (2.22)
Mmax = [30 ∙ 2,1
+ 0,236 ∙ (48650,6 – 38114,9)] ∙ 9,806 = 24999,6 Н ∙ м
Одержані
значення Pmax і Мmax не перевищують
відповідно допустиме навантаження на головку балансира [Pmax] і допустимий
крутний момент на кривошипному валі редуктора [Mmax], вказані в
шифрі вибраного верстата-качалки, то вибраний верстат-качалка забезпечує роботу
установки.
2.10
Визначення фактичної продуктивності установки
Фактичну
продуктивність установки визначаємо за формулою :
Qф = 1.44 ∙ Fпл ∙ Sпл ∙ n ∙ ρ ∙ η , м3/добу
(2.23)
Qф = 1,44 ∙
0,000615 ∙ 1,8 ∙ 4,5 ∙ 1036,3 ∙ 0,75 = 5,5 м3/добу
де Sпл – довжина ходу
плунжера насоса, м ;
η – коефіцієнт
подачі установки, який приймається 0,75;
інші
позначення та їх розмірності такі ж як в попередніх формулах.
Фактичну
довжину ходу плунжера визначаємо за формулою Л.С.Лейбензона – А. С.
Вірновського :
Sпл = S / cosφ
– λcm , м (2.24)
Sпл = 1,8 / cos8.88º -
0.0044 = 1.82 м
де λ
– втрати ходу плунжера від видовження НКТ і насосних штанг.
При
ступеневій колоні насосних штанг втрати ходу плунжера від видовження НКТ і
штанг визначаємо за формулою :
Λст
= Рр / Е ∙((L / fm) +( l1 / f1) + ( l2 / f2 ) + (l3 / f3)), м (2.25)
Λст
=
10499,3/2,1 ∙ 1011 ∙ ((1680/0,0869) + (840 / 0,0201) +
(470,4 / 0,0283) + (369,6 / 0,038)) = 0,0044 м
де l1, l2, l3 – довжина
відповідної 1-ої, 2-ої, 3-ої ступені колони насосних штанг, м ;
f1 , f2 , f3 – площа
поперечного перерізу насосних штанг відповідно 1-ої, 2-ої, 3-ої ступені.
2.11
Розрахунок зрівноваження верстата-качалки
Виходячи
з вибраного режиму роботи, слід визначити кількість і розміщення противаг на
кривошипах верстата-качалки.
Для
цього визначають зрівноважуючий момент за формулою :
Мзр
= S ∙ (Pmax + Pmin ) / 2 , Нм (2.26)
Мзр = 1,8 ∙
(48650,6 + 38114,9 ) / 2 = 78088,95 Нм = 78,1 кНм
З
допомогою графіків (рис. 15-18 (1, ст.. 24, 25 )), виходячи з визначеного
значення Мзр визнаємо кількість і положення противаг на кривошипах.
Для
верстата-качалки СКД6-2,5-2800 Мзр = 78088,95 Нм. З рис. 17 (1, ст.
25) знаходимо по 3 противаги на кривошип масою 485 кг. Встановлюємо на відстань
R = 93 см.
2.12
Вибір електродвигуна
Потрібну
потужність електродвигуна для приводу верстата-качалки слід визначити за
формулою Д. В. Єфремова :
Ng = 4.1 ∙ 10-5
∙ π ∙ Dnn2 ∙ S ∙ n ∙ ρ ∙ hд ∙ k ∙ (( 1 – ηр ∙ ηвг / ηн
∙ ηвг ) + η ) , кВт (2.27)
Ng = 4,1 ∙ 10-5
∙ 3,14 ∙ 0,0282 ∙ 1,8 ∙ 4,5 ∙
1036,3 ∙ 1416,3 ∙ 3,4 ∙ (( 1 – 0,85 ∙ 0,8 ) / 0,85 ∙
0,8) + 0,75 )) = 5 кВт
де D – діаметр
плунжера насоса , м ;
S – довжина ходу
сальникового штока , м ;
n – кількість
коливань за хвилину ;
ρ – густина
рідини, кг/м3 ;
hд – віддаль від
гирла свердловини до динамічного рівня, м ;
k – коефіцієнт,
який враховує зрівноваженість верстата-качалки ( для зрівноваженої системи
приймається k = 1,2 , для незрівноваженої k = 3,4 ) ;
ηн – 0,85 – 0,95
К.К.Д. свердловинного насоса ;
ηв.г. – 0,8 – 0,85
К.К.Д. верстата-качалки ;
η – коефіцієнт
передачі насосної установки ( приймається = 0,75 ).
Віддаль
від гирла до динамічного рівня рідини визначаємо за формулою :
hд = Н – Нд ; м (2.28)
hд = 2420 – 1003,7
= 1416,3 , м
де Н
– глибина свердловини, м ;
Нд – динамічний
рівень рідини в свердловині, м.
Підбір
електродвигуна за визначеною потужністю проводиться з табл.. 10 (1, ст. 14).
Вибираємо електродвигун марки 4АР180М8У2 з максимальною потужністю 15 кВт.
2.13
Вибір іншого обладнання
Для
з’єднання сальникового штока з головкою балансира верстата-качалки слід
вибирати канатну підвіску, яка входить в комплект верстата. Технічна
характеристика канатних підвісок приведена в табл. 12 [ 23, ст. 16 ]. Обираємо
канатну підвіску марки ПСШ6 з діаметром канату 2,5 см. та довжиною каната 6,6
м.
Розмір
сальникового штока вибираємо в залежності від довжини його ходу.
Максимальна
довжина ходу, мм 1800
Довжина
сальникового штока, мм 5600
Діаметр
сальникового штока, мм 36
З
допустимим навантаженням, кН 100
Для
герметизації гирла свердловини та підвішування колони насосно-компресорних труб
вибираємо гирлове обладнання типу ОУ140-146/168-65А.
В
гирловому обладнанні ОУ використовуються сальники СУС2 з подвійним ущільненням
і коркові крани КПП65-140 з ущільнюючим мастилом від фонтанної арматури на тиск
14 мПа.
2.13.1 Розрахунок
викидної лінії
Приймаємо
викидну лінію, яка залишилась після фонтанування свердловини, оскільки вона
знаходиться в доброму технічному стані і забезпечить заданий відбір рідини.
2.13.2 Підбір
газового якоря
Визначаємо
площу сепараторного перерізу газового якоря за формулою:
Fя = 65 ∙ 10-4
∙ ((Fпл ∙ Sn ) / (a ∙ δ)) ∙ , м2 (2.29)
Fя = 65 ∙ 10-4
∙ ((0,00066 ∙ 1,8 ∙ 4,5) / (0,6 ∙ 0,02 ))∙ = 8 ∙ 10-5
де : v – кінематична в′язкість
рідини,м2/с;
а – коефіцієнт
використання об′єму якоря;
б – діаметр
відділюваних бульбашок газу, м.
Задаючись
діаметром всмоктуючої труби d3 = 48,3 мм визначаємо діаметр корпусу газового якоря за
формулою :
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5
|