Выбор и расчет оборудования для депарафинизации нефтяных скважин в условиях НГДУ "ЛН"

где Q – заданная фактическая производительность установки, т/ сут;

Fпл – площадь поперечного сечения плунжера;

S – длина хода полированного штока, м;

η = 0,8 – КПД станка-качалки;

1440 – число минут в сутках, 24·60 = 1440 мин;

ρсм – плотность смеси.

n =  == 4,855 » 5 кач/ мин.

9. Площадь поперечного сечения плунжера:

Fпл =  , м2, (13. стр. 111) (3.5)

где dп – диаметр насоса, dп = 57 мм.

Fпл = = 0,00255 м2

10. Определяем необходимую мощность и выбираем тип электродвигателя для привода СК:

N = ,(13, стр. 133)(3.6)

где ηн = 0,9 – КПД насоса;

ηск = 0,82 – КПД станка-качалки;

η = 0,7 – коэффициент подачи насосной установки;

К = 1,2 – коэффициент степени уравновешенности станка-качалки;

Н – динамический уровень;

ρсм – плотность смеси, кг/ м3;

n – число качаний в минуту;

Sшт – длина хода полированного штока, м;

Dпл – диаметр плунжера насоса

N ==33,88 кВт

11. По полученной мощности двигателя N = 33,88 кВт подбираем тип двигателя по справочнику АОП2 – 82 – 6. Параметры двигателя: номинальная мощность

Рн = 40 кВт; частота вращения вала 980 об/ мин; КПД – 91,5 %; cos j = 0,89;

Мпуск / Мном = 1,8; Ммакс / Мn = 2,2; Iпуск / In = 7,5. (13, стр.255)

3.5 Определение экстремальных нагрузок, действующих на головку балансира

1. Вычисляем критерий Коши:

j = , (13, стр.117) (3.7)

где n – число качаний балансира в минуту;

L – глубина спуска насоса, м;

а – скорость звука в колонне штанг, м/с – для одноступенчатой колонны, а = 4600 м/с;

j = == 0,102

2. Максимальная нагрузка, действующая на головку балансира:

Ртах = Рж + Рш*, (13, стр. 117) (3.8)

где Рж – вес столба жидкости над плунжером;

Ршт – вес колонны штанг;

в – коэффициент потери веса штанг в жидкости;

S – длина хода полированного штока, м;

n – число качаний балансира в минуту;

- коэффициент, учитывающий вибрацию штанг;

3. Коэффициент потери веса штанг в жидкости:

в = , (13, стр. 115) (3.9)

где ρшт = 7850 кг/ м3 – плотность штанг;

ρж = 875 кг/м3 – плотность нефти;

в = = 0,89

4. Коэффициент, учитывающий вибрацию штанг:

j = = 5,850 (5, стр. 193) (3.10)

tgj = 5,850 = 0,1025;

5. Вес колонны штанг в жидкости:

Ршт = qср*L (13, стр.115 ) (3.11)

q ср = q*g, (13, стр. 115) (3.12)

где q = 2,35 кг – масса 1 м штанг d = 19 мм;

g = ускорение свободного падения;

qср = 2,35*9,81 = 23,05

Ршт = 23,05*900 = 20745 Н

6. Вес жидкости в трубах:

Рж = Fпл*L*ρсм* g, (13, стр. 115) (3.13)

где Fпл – площадь сечения плунжера;

Рж = *900*1018*9,81 = 22923,4 Н

Ртах = = 42114 Н » 42кН

7. Минимальная нагрузка на головку балансира:

Ртiп = Ршт* (5, стр.193) (3.14)

Рmin = 20745*= 17923.6 Н » 17 кН

Определяем максимальное напряжение цикла:

sтах = , МПа, (13, стр. 123) (3.15)

где fшт – плошадь поперечного сечения штанг dшт = 19 мм

ѓшт = , м2,

ѓшт =  = 2,8*10-4 м2

sтах = = 150,4 МПа

Минимальное напряжение цикла:

sтin = МПа; (13, стр. 123) (3.16)

sтin = = 64 МПа

10. Амплитудное напряжение цикла:

sа =  МПа, (13, стр. 123) (3.17)

sа = = 43,2 МПа

11. Среднее напряжение цикла:

sср = , МПа (13, стр.122) (3.18)

sср = = 107,2 МПа

12. Приведенное напряжение цикла:

sпр = , МПа (13, стр. 123) (3.19)

sпр =  = 80,6 МПа

Полученное значение приведенного напряжения удовлетворяет требованиям используемой колонны штанг диаметром d = 19 мм с приведенным напряжением sпр = 90 МПа, из условия sпр £ [sпр].

3.6 Расчет на прочность стеклопластиковых штанг

С целью определения нагрузок, возникающих в точке подвеса штанг, произведём расчет на прочность комбинированной колонны из стальных и стеклопластиковых штанг. Расчет будем вести согласно “Методики расчета колонны штанг из композиционного материала для ШСНУ”, разработанной ВНИИнефтемаш 24.07.1994.

Исходные данные для расчета:

Номер скважины № 1696

Глубина подвески насоса Ннас = 1200м

Длина хода сальникового штока S = 0,9 м

Число качаний балансира п = 5мин-1

Средняя масса 1м колонны СПНШ тспнш = 1,05 кг

Средняя масса 1м колонны стальных штанг тст = 2,35 кг

Диаметр плунжера Дпл = 32 мм

Диаметр штанг dшт = 19 мм

Внутренний диаметр НКТ Двн = 62 мм

Плотность жидкости r ж = 1090 кг/м3

1. Для вычисления максимальной нагрузки в точке подвеса штанг Ртах воспользуемся формулой Слоннеджера

Ртах=(Ршт + Рж )*(1 + S *п/137), Н (5, стр. 193) (3.20)

где: Ршт - вес колонны штанг, Н

Рж - вес столба жидкости, Н

S- длина хода сальникового штока, м

п - число ходов, мин-1

2. Вычислим вес колонны штанг Ршт

Ршт=Ннас* g*(тспнш* ? + ? *тст)= 1200 * 9,81 * (1,05*0,5 + 0,5 * 2,35) = 20012,4 Н

3. Найдем вес столба жидкости Рж

Рж=Fпл*Ннас*r ж *g (13, стр.121) (3.21)

где : Fпл= p/4*Дпл2=p/4*(32*10-3) 2=8,01*10-4 м2

Рж=8,01*10-4*1200*1090 *9,81=10314,5 Н

Вычислим Ртах;

Ртах=(20012,4 + 10314,5)*(1 + 0,9 *5/137)=31323 Н

4. Минимальное усилие в точке подвеса штанг при ходе вниз

Рт1п=Ршт1 (1 -S *п/137), Н (5, стр. 193) (3.22)

где: Ршт1- вес колонны штанг в жидкости

Ршт1=Ннас*g* (?*g1спнш+ ? *g1ст) (13, стр.127) (3.23)

здесь: g1спнш - вес 1м СПНШ в жидкости

g1ст - вес 1м стальных штанг в жидкости

Ршт1=1200*9,81*(?*0,71+ ? *2,09)=16480,8 Н

Рт1п=16480,8*(1 -0,9*5/137)=15939,5 Н

5. Для определения напряжений, действующих в точке подвеса штанг, воспользуемся следующими формулами:

fшт=p/4*dшт2= 0,785*(19*10-3)2= 2,84*10-4 м2 (5, стр. 195) (3.24)

sтах= Ртах/ fшт = 31323/2,44*10-4=110,3 мПа (5, стр. 195) (3.25)

sт1п= Рт1п/ fшт = 15939,5/2,84*10-4=56,1 мПа (5, стр. 195) 3.26)

sа=(sтах -sт1п)/2= (110,3-56,1)/2=27,1 мПа (5, стр. 195) (3.27)

sпр= = = 54,7 Мпа (5, стр. 195) (3.28)

Как видно из вычислений, приведенное напряжение, действующее в точке подвеса штанг равно 54,7 МПа.

Так как по предельно допустимым приведенным напряжениям для стеклопластика у нас нет значений, то воспользуемся минимальным значением предельно допускаемых приведенных напряжений для стали марки 40. В пользу стеклопластиковых штанг говорит также, что разрушающее напряжение при растяжении у них больше, чем у стальных: 760 МПа у стеклопластика и 610 МПа у стали.

[sпр]=70мПа- приведенное напряжение для стали

Полученное sпр=54,7 мПа свидетельствует о возможности использовать в качестве материала для штанг стеклопластик.

Для приведения эксперимента было подобранно 9 скважин. Для определения эффективности использования стеклопластиковых штанг скважины были оборудованы счетчиками активной и реактивной электрической мощности.

Ниже в таблице № 14 приведены результаты расчетов.

Таблица № 14

Результаты анализа работы СПНШ

Сравнивая результаты можно сделать вывод, что нагрузка на головку балансира станка-качалки уменьшилась в среднем на 20-25 % при условии комплектации колонны штанг из стеклопластика и стали.

4. СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

4.1 Выбор оборудования для подачи реагента (ингибитора)

Существуют два основных способа подачи реагента в обрабатываемую систему: непрерывное (периодическое) дозирование и разовая обработка.

Наиболее эффективным способом является непрерывное дозирование, обеспечивающее постоянный контакт реагента с обрабатываемой системой и частично предупреждающее образование АСПО. Однако этот способ требует обвязки специального оборудования на устье каждой скважины (насос – дозатор, емкость для реагента, поршневой насос для смешения, манифольд и др.).

Реагент в затрубное пространство постоянно подается устьевыми дозаторами УДЭ и УДC конструкции НПО Союзнефтепромхим и СКТБ ВПО Союзнефтемашремонт.

УДЭ и УДC можно применять также для борьбы с солеотложением, коррозией оборудования нефтяных скважин и внутрискважинной деэмульсации нефти.

Электронасосная дозировочная установка УДЭ в зависимости от дозировочного насоса имеет четыре типоразмера: УДЭ 0,4/6,3; УДЭ 1/6,3; УДЭ 1,6/6,3; УДЭ 1,9/6,3. Установки комплектуются специальными дозировочными насосами: НД 0,4/6,3 К14В; НД 1/6,3 К14В; НД 1,6/6,3 К14В; НД 1,9/6,3 К14В. Они обеспечивают максимальные подачи реагента 0,4; 1; 1,6 и 1,9 л/ч при максимальном давлении нагнетания 6,3 МПа. Потребляемая мощность насоса 0,5 кВт, масса 32 кг.

Установка имеет бак на 450 л; габаритные размеры установки 1230х690х1530 мм, масса 220 кг, рабочая температура 223 – 318 К.

Принцип работы УДЭ заключается в следующем. Реагент из бака 5 через фильтр 6 по всасывающему трубопроводу 11 поступает в плунжерный насос – дозатор 13 и по нагнетательному трубопроводу 14 подается в затрубное пространство скважины. Подача регулируется изменением длины хода плунжера.

Наибольшее число установок эксплуатируется в ПО «Татнефть». Дозировочные установки изготавливаются Лениногорским заводом «Нефтеавтоматика», а дозировочные насосы – Свесским насосным заводом.

Рис. 4 Дозировочная установка УДЭ. 1- дозировочный блок, 2 – электроконтактный манометр, 3- указатель уровня, 4- заливная горловина, 5 – бак, 6 – фильтр, 7 – рама, 8 – сливной вентиль, 9, 10, 15 – вентили, 11 - всасывающий трубопровод, 12 – обратный клапан, 13 – электронасосный агрегат, 14 – нагнетательный трубопровод, 16 – кожух.

Комплектная дозировочная установка УДС с приводом от станка- качалки располагается на СК. Её нагнетательный трубопровод присоединяется к затрубному пространству скважины, а рычаг дозировочного насоса посредством гибкой тяги к балансиру СК. Подача устанавливается регулятором длины хода плунжера насоса и изменением мест крепления тяги к рычагу насоса и к балансиру СК. Подача дозировочного насоса составляет 0,04-0.63 л/с; давление нагнетания 6,3 МПа; вместимость бака 250 л, габаритные размеры 1500 х 730 х 735 мм, масса 145 кг.

По сравнению с другими дозировочными установками УДС-1 обеспечивает большую точность регулирования подачи, имеет более простую конструкцию, она безопасна (снабжена предохранительным устройством и не питается электрическим током) и удобна в эксплуатации.

Рис. 5 Дозировочная установка УДС. 1 – указатель уровня, 2 – горловина, 3 – бак, 4 – манометр, 5 – предохранительный клапан, 6 – вентиль, 7 – кожух, 8 – насос дозировочный, 9 – обратный клапан, 10 –трехходовой клапан, 11 – фильтр, 2 – рама.

Периодическое дозирование может осуществляться при использовании перечисленного выше оборудования или с помощью специального устройства для ввода реагента под давлением, первый случай имеет те же недостатки что и непрерывное дозирование. Во втором случае затрубное пространство перекрывают задвижкой 3, открывают вентиль 6 для сброса газа из емкости 4, снимают заглушку 5, закрывают вентиль 6, заливают реагент в емкость 4, закрепляют заглушку и открывают задвижку 3; регент поступает в затрубное пространство.

Рис. 6 Принципиальная схема устройства ввода реагента в затрубное пространство по давлением: 1 – устьевая арматура, 2 – выкидная задвижка,

– задвижка затрубного пространства, 4 – резервуар для реагента, 5 – заглушка, 6 – вентиль.

При этом способе подачи реагента обслуживание упрощается, но снижается эффективность действия реагента.

4.2 Конструктивный расчет элементов устройства для ввода реагента в затрубное пространство под давлением

4.2.1 Расчет корпуса резервуара для реагента

Определим габаритные размеры корпуса резервуара:

При внутреннем диаметре корпуса резервуара D = 300 мм = 0,3 м,

и расходе реагента Q = 50 л = 0,05 м3,

высота резервуара будет равна Н = Q/(p D2/4) = 0,05/(3,14×0,32/4) = 0,71 м, принимаем Н = 0,75 м.

Корпус резервуара работает в условиях статических нагрузок под внутренним избыточным давлением. Расчет на прочность и устойчивость проводится по ГОСТ14249-89.

Толщину стенок определяем по формулам:

SR = P×D/{2×[s]×j-P}; S ³ SR+C (12, стр. 8) (4.1)

Допускаемое внутреннее избыточное давление:

[R] = 2×[s]×j×(S-C)/[D+(S-C)]; (12, стр. 8) (4.2)

где Р – давление в корпусе резервуара, Р = 6,3 МПа; SR - расчетное значение толщины стенки, мм; D – внутренний диаметр резервуара, D =300 мм; [s] - допускаемое напряжение (зависит от марки стали и рабочей температуры),

[s] = 230 МПа. Марку стали выбираем в зависимости от свойств перерабатываемой среды и коррозионной стойкости материала корпуса, используем сталь марки 35 ХМ, допускаемые напряжения для выбранной стали при рабочей температуре t = 20 °C [s] = 230 МПа (таблица 3.1, стр. 48. ГОСТ 14249-89).

Для стыковых и тавровых двусторонних швов, выполняемых автоматической сваркой, коэффициент прочности сварочного шва j=1.

Прибавка на коррозию С определяется по формуле:

С = V×T, (12, стр. 8) (4.3)

где V – скорость коррозии (обычно принимают 0,1…0,2 мм /год), принимаем

V = 0,2 мм/год; Т – срок службы корпуса, принимаем Т = 12 лет.

С = 0,2×12 = 2,4 мм

SR = 6,3×300/{2×230×1-6,3}= 4,2 мм ;

S ³ 4,2 +2,4 = 6,6 мм, принимаем S = 8 мм.

Полученное значение толщины стенки проверим на прочность по величине допускаемого внутреннего избыточного давления:

[R] = 2×230×1×(8-2,4)/[300+(8-2,4)] = 8,43 МПа.

6,3 МПа £ 8,43 МПА, Р£ [R], давление в корпусе резервуара при принятой толщине стенок не превышает допускаемое внутреннее избыточное давление, т. е. прочность стенок корпуса резервуара обеспечена..

4.2.2 Расчет толщины стенки крышки резервуара

Толщину стенки элептической крышки нагруженной внутренним давлением определяем по формуле:

SR = P×D/{2×[s]×j-0,5×P}; S ³ SR+C (12, стр.10) (4.4)

SR = 6,3×300/{2×230×1-0,5×6,3} = 4,14 мм

S ³ 4,14+2,4 = 6,54 мм, принимаем S = 8 мм.

Полученное значение толщины стенки проверим на прочность по величине допускаемого внутреннего избыточного давления по формуле:

[R] = 2×[s]×(S-C)/[D+(S-C)]; (12, стр. 10) (4.5)

[R] = 2×230×(8-2,4)/[300+(8-2,4)] =8,43 МПа ;

6,3 МПа £ 8,43 МПА, Р£ [R], давление на крышку резервуара при принятой толщине стенок крышки не превышает допускаемое внутреннее избыточное давление, т. е. прочность стенок крышки резервуара обеспечена.

4.2.3 Расчет толщины стенки конического днища

Толщину стенки конического днища с углом при вершине a£140°, нагруженного внутренним давлением рассчитываем по формулам:

Определяем толщину стенки цилиндрической части днища:

SR1 = P×D×g/{4×[s]×j}; (12, стр.10) (4.6)

Где g- коэффициент формы днища, при a1£60° и отношении Ra/D =0,1 (внутреннего радиуса отбортовки к диаметру днища) g =3,2 , таблица 4.4 стр.49 ГОСТ14249-89.

SR 1= 6,3×300×3,2/{4×230×1}= 6,6 мм;

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8