Завдання №5. Перевірка необхідності встановлення обтяженого низу колони насосних штанг

 

Вихідні дані (приймаються відповідно до раніше розрахованих величин): висота підйому нафти = 1450 м; питома вага нафти γ_н = 0,92 т/м³ = 920 кг/м³; м² – усереднена площа перерізу колони насосних штанг, складеної зі ступенів діаметрами відповідно 22 мм та 19 мм; діаметр плунжера = 32 мм = 0,032 м; частота подвійних ходів полірованого штока = 10,19 хв^-1= 0,1698 с^-1; довжина ходу полірованого штока = 2,5 м; діаметр НКТ 0,073 м.

 

Як відомо, під час опускання колони насосних штанг ходу плунжера вниз протидіють такі сили: різниця гідравлічних сил; гідравлічні опори; сили тертя штанг об труби та рідину; інерційні сили та ін.

Протидія перелічених сил опусканню плунжера може призвести до виникнення певної різниці швидкостей руху верхньої точки колони насосних штанг та безпосередньо самого плунжера, що викликає вигин колони насосних штанг і призводить до погіршення умов функціонування глибинного обладнання й зниження гідравлічного ККД установки.

Перевірка колони насосних штанг на вигин ведеться шляхом визначення вигинаючого напруження та порівняння його з максимально припустимим = 40 МПа.

На першому етапі знаходиться значення вигинаючої сили у колоні насосних штанг. У спрощеному вигляді сумарна сила , Н, що викликає поздовжній вигин насосних штанг під час ходу вниз, визначається за формулою

, (5.1)

де – різниця гідравлічних сил, що діють на плунжер знизу та згори, Н;

, (5.2)

де – прискорення вільного падіння, = 9,81 ;

звідси

;

де – гідравлічні опори в нагнітальних клапанах, які розраховуються за формулою

(5.3)

де – кількість нагнітальних клапанів на плунжері, в контрольній роботі та курсовому проекті = 1;

– площа поперечного перерізу плунжера; для плунжера діаметром 32 мм згідно з додатком И методичних вказівок = 8,04 см² = 8,04·10^{-4 м2};

– площа поперечного перерізу отвору в сідлі клапана, м²,

; (5.4)

– діаметр отвору в сідлі нагнітального клапана, м; відповідно до додатка У = 0,014 м.

Тоді згідно з формулою (5.4)

м²,

де – втрата напору в нагнітальному клапані, Па,

, (5.5)

де – частота подвійних ходів полірованого штока, с^-1; = 0,1698 с^-1;

– коефіцієнт витрати, який залежить від числа Рейнольда (у контрольній роботі та курсовому проекті приймається = 0,2…0,4); приймаємо = 0,3.

Звідси за формулою (5.5)

Па.

Тоді за формулою (5.3)

Н.

Отже, за формулою (5.1)

Н.

За величиною сили, що викликає поздовжній вигин, , Н, знаходимо згинаюче напруження за формулою

, (5.6)

де – середній діаметр насосних штанг,

м; (5.7)

– 0,073 м – діаметр НКТ.

Звідси за формулою (5.6)

Па = МПа.

Величина перевищує значення = 40 МПа, тому встановлюємо обважений низ.

Необхідна вага, кг, обваженого низу визначається за формулою

, (5.8)

де – максимально припустиме зусилля протидії опусканню колони насосних штанг, Н;

. (5.9)

Звідси

Н.

Тоді згідно з формулою (5.8)

кг.

Тобто вага обважених насосних штанг повинна складати величину, не меншу за 382,58 кг. Зважаючи на те, що міцність насосних штанг розраховується зі значним запасом, колону насосних штанг залишаємо незмінною.

Література

 

1 Юрчук А.М. Расчеты в добыче нефти. – Москва: Недра, 1969. – 240 с.

2 Молчанов А.Г., Чичеров А.Г. Нефтепромысловые машины и механизмы”. – Москва: Недра, 1976. – 464 с.

3 Бойко В.С., Кондрат Р.М., Яремійчук Р.С. Довідник з нафтогазової справи. – Львів, 1996. – 640 с.

4 Адонин А.Н. Добыча нефти штанговыми насосами. – Москва: Недра, 1983. – 271 с.

5 Абдулин Ф.С. Добыча нефти и газа. – Москва: Недра, 1983. – 383 с.

6 Бухаленко Е.И. Справочник по нефтепромысловому оборудованию. – Москва: Недра, 1983. – 391 с.

7 ГОСТ 6444-67 Насосы глубинные нефтяные штанговые. – Москва: Недра, 1979, – 28с.

 

 

Додаток А

Область застосування верстатів-качалок

Рисунок А.1 – Область застосування верстатів-качалок СКД3-1,5-710 та СКДТ3-1,5-710 (максимальна кількість подвійних ходів за хвилину хв^-1): А – верхня границя області застосування верстатів-качалок СКД2-0,6-250; І – область застосування верстатів-качалок СКД3-1,5-710 та СКДТ3-1,5-710

Рисунок А.2 – Область застосування верстатів-качалок СКД4-2,1-1400 та СКДТ4-2,1-1400 (максимальна кількість подвійних ходів за хвилину хв^-1). А – верхня границя області застосування верстатів-качалок СКД3-1,5-710; І – область застосування верстатів-качалок СКД4-2,1-1400 і СКДТ4-2,1-1400

Рисунок А.3 – Область застосування верстатів-качалок СКД6-2,5-2800 та СКДТ6-2,5-2800 (максимальна кількість подвійних ходів за хвилину хв^-1): А – верхня границя області застосування верстатів-качалок СКД4-2,1-1400; І – область застосування верстатів-качалок СКД6-2,5-2800 і СКДТ6-2,5-2800

Рисунок А.4 – Область застосування верстатів-качалок СКД8-3-4000 та СКДТ8-3-4000 (максимальна кількість подвійних ходів за хвилину хв^-1): А – верхня границя області застосування верстатів-качалок СКД6-2,5-2800; І – область застосування верстатів-качалок СКД8-3-4000 і СКДТ8-3-4000

Рисунок А.5 – Область застосування верстатів-качалок СКД10-3,5-5600 та СКДТ10-3,5-5600, СКД12-3-5600 і СКДТ12-3-5600 (максимальна кількість подвійних ходів за хвилину хв^-1): А – верхня границя області застосування верстатів-качалок СКД8-3-4000; І – область застосування верстатів-качалок СКД10-3,5-5600 та СКДТ10-3,5-5600; – верхня границя застосування верстатів-качалок СКД10-3,5-5600; ІІ – область застосування верстатів-качалок СКД12-3-5600 і СКДТ12-3-5600; – верхня границя області застосування верстатів-качалок СКД12-3-5600

 

Додаток Б

Значення діаметрального розміру насосно-компресорних труб залежно від діаметра плунжера глибинного штангового насоса

Діаметр плунжера насоса, мм	Діаметр насосних труб, мм

Додаток В

В.1. Сортамент вуглецевих насосних штанг (сталь 40У).

Застосовують при малих та середніх навантаженнях у некорозійній рідині

	Діаметр плунжера насоса, мм
Глибина спуску насосів, м
Одноступінчасті	Діаметр штанг, мм
					-	-	-
						-	-
	-	-	-	-			380^*
	-	-	-	-	-	-
Двоступінчасті	Довжина ступенів колони у % до загальної глибини спуску
Діаметр штанг, мм
					-	-	-
					-	-	-
Глибина спуску, м				920^*	-	-	-
Діаметр штанг, мм
						-	-
						-	-
Глибина спуску, м				1060
Діаметр штанг, мм
	-	-	-	-			-
	-	-	-	-			-
Глибина спуску, м	-	-	-	-	960		-
Триступінчасті	Довжина ступенів колони у % до загальної глибини спуску
Діаметр штанг, мм
			-	-	-	-	-
			-	-	-	-	-
			-	-	-	-	-
Глибина спуску, м			-	-	-	-	-
Діаметр штанг, мм
	-	-			-	-	-
	-	-			-	-	-
	-	-			-	-	-
Глибина спуску, м	-	-			-	-	-

В.2. Сортамент насосних штанг із хромонікелевої сталі 20ХН (при високих навантаженнях та наявності сірководню у нафті) або середньомарганцевої сталі 36Г1 (при високих навантаженнях у некорозійній рідині)

	Діаметр плунжера насосу, мм
Глибина спуску насоса, м
Одноступінчасті	Діаметр штанг, мм
	-	-	-	-	-	-	-
	-	-	-	-	-	-	-
	-	-	-	-	1000		490
	-	-	-	-	-	-	-
Двоступінчасті	Довжина ступенів колони у % до загальної глибини спуску
Діаметр штанг, мм
					-	-	-
					-	-	-
Глибина спуску, м	1890	1680	1410	1180	-	-	-
Діаметр штанг, мм
						-	-
						-	-
Глибина спуску, м				1370		-	-
Діаметр штанг, мм
	-	-					-
	-	-					-
Глибина спуску, м	-	-	1810	1570			-
Триступінчасті	Довжина ступенів колони у % до загальної глибини спуску
Діаметр штанг, мм
					-	-	-
					-	-	-
					-	-	-
Глибина спуску, м	2270	2110			-	-	-
Діаметр штанг, мм
					-	-	-
					-	-	-
					-	-	-
Глибина спуску, м	2450	2200		2000	-	-	-

В.3. Сортамент насосних штанг із нікель-молібденової сталі 15НМ (при особливо високих навантаженнях та корозійно активному середовищі)

	Діаметр плунжера насоса, мм
Глибина спуску насосів, м
Одноступінчасті	Діаметр штанг, мм
					-	-	-
					1320		600
	-	-	-	-	-	-	-
Двоступінчасті	Довжина ступенів колони у % до загальної глибини спуску
Діаметр штанг, мм
					-	-	-
					-	-	-
Глибина спуску, м	2600	2360	2030	1950	-	-	-
Діаметр штанг, мм
							-
							-
Глибина спуску, м				2090			-
Триступінчасті	Довжина ступенів колони у % до загальної глибини спуску
Діаметр штанг, мм
						-	-
						-	-
						-	-
Глибина спуску, м	3050	2760			2020	-	-

 

Додаток Г

Технічні характеристики верстатів-качалок типу СКД

Типорозмір	Номінальне навантаження на гирловому штоці, кН, т	Довжина ходу гирлового штока, м, при порядковому номері отвору на кривошипі	Номінальний обертальний момент (на вихідному валу) редуктора), кН×м (кгс×м)	Кількість ходів балансира за хвилину	Типо- розмір редук- тора	Передаточне число редуктора	Маса комплекта, кг, не більше
СКД3-1,5-710	30 (3)	0,75	0,9	1,1	1,3	1,5	7,1 (710)				Ц2НШ-315	39,868
СКДТ3-1,5-710
СКД4-2,1-1400	40 (4)	0,7		1,3	1,6	2,1	14(1400)	Ц2НШ-355	40,3
СКДТ4-2,1-1400
СКД6-2,5-2800	60 (6)	0,9	1,2	1,6		2,5	28 (2800)				Ц2НШ-450	39,324
СКДТ6-2,5-2800
СКД8-3-4000	80 (8)	1,2	1,6		2,5		40 (4000)				Ц2НШ-750Б	37,18
СКДТ8-3-4000
СКД10-3,5-5600	100 (10)	1,6		2,4	2,8	3,5	56 (5600)	Ц2НШ-560	40,315
СКДТ10-3,5-5600
СКД12-3-5600	120 (12)	1,2	1,6		2,5
СКДТ12-3-5600

 

Додаток Д

Теоретична продуктивність штангових насосів НСВ1 (м³/добу), (коефіцієнт подачі = 0,75)

Максимальне число гойдань за хвилину, хв^-1	Довжина ходу полірованого штока, м
	1,2 1,6 2,0 2,4 2,5 2,8 3,0 3,5	12,76 15,95 22,33 25,52 26,75 28,71 31,90 37,09	16,56 20,70 28,98 33,12 35,15 37,26 41,40 47,54	23,47 29,34 41,08 46,94 49,32 52,81 58,68 66,55	30,10 37,62 52,67 60,19 63,25 67,72 75,24 84,76	50,98 63,72 89,21 101,95 108,46 114,70 127,44 144,18	75,31 94,14 131,80 150,62 159,85 169,45 188,28 211,11	141,12 176,40 246,68 282,24 302,25 317,52 352,80 390,08
	0,90 1,20 1,60 2,00 2,50	10,46 15,94 20,04 25,91 30,25	14,12 21,29 25,90 34,22 39,95	20,50 30,01 36,60 47,34 53,26	26,22 39,32 47,02 61,84 67,95	45,79 67,68 79,50 106,51 114,52	68,50 101,91 117,50 158,74 173,25	128,30 193,45 221,50 301,70 317,85
	0,70 0,75 0,90 1,00 1,10 1,30 1,50 1,60 2,10	9,15 9,97 11,96 13,25 14,95 17,94 19,94 20,94 27,91	12,15 12,94 15,52 16,75 20,11 23,29 25,88 27,88 36,22	17,58 18,34 22,00 24,10 27,67 33,01 36,68 38,69 51,34	22,75 23,51 28,22 30,80 34,92 42,32 47,02 49,02 65,84	38,15 39,82 47,79 50,15 58,76 71,68 79,65 82,65 111,51	56,85 58,84 70,60 75,58 85,37 105,91 117,68 120,68 164,74	106,95 110,25 132,30 142,45 158,35 198,45 220,50 224,50 308,70

 

Додаток Е

Величина діаметра шківа на швидкохідному валу редуктора

Тип верстата-качалки	Діаметр шківа, м
СКД3-1,5-710	0,45
СКД4-2,1-1400	0,56
СКД6-2,5-2800	0,71
СКД8-3-4000 СКД10-3,5 5600 СКД12-3-5600	0,90

 

Додаток Ж

Характеристики насосних штанг

Показники	Діаметр, мм
Площа поперечного перерізу, см^2	2,01	2,83	3,8	4,9
Вага 1 м штанг із муфтами, кг:	1,67	2,35	3,14	4,1

Додаток И

Характеристики плунжерів глибинних штангових насосів

Показники	Діаметр, мм
Площа поперечного перерізу плунжера, см^2	6,15	8,04	11,34	14,6	24,6	36,3	67,9
Вага 1 м рідини над плунжером, кг	0,62	0,8	1,13	1,46	2,46	3,63	6,79

Додаток К

Характеристики насосно-компресорних труб

Показники	Діаметр, мм
Площа поперечного перерізу труби, см^2	12,75	19,8	30,18	45,22	61,62	78,97
Площа поперечного перерізу тіла труби, см^2	5,56	8,68	11,66	16,82	19,41	23,58
Вага 1 м труб гладких з муфтами, кг	4,45	7,0	9,46	13,67	15,78	19,09	34,9	44,6	64,1
Вага 1 м труб (із ви-садженими кінцями) із муфтами, кг	4,59	7,2	9,62	14,07	16,14	19,66	-	-	-

Додаток Л

Значення поправкового коефіцієнта , що враховує вплив деформації штанг і труб

	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
	0,55	0,7	0,8	0,9	0,95	0,98	1,0

Додаток М

Характеристики клино-пасової передачі верстатів-качалок типу СКД

Показник

СКД3-1,5-710

СКДТ3-1,5-710

СКД4-2,1-1400

СКДТ4-2,1-1400

СКД6-2,5-2800

СКДТ6-2,5-2800

СКД8-3-4000

СКДТ8-3-4000

СКД10-3,5-5600

СКДТ10-3,5-5600

СКД12-3-5600

СКДТ12-3-5600

Тип ременя

А

В

Довжина ременя, мм

Максимальна кількість ременів, шт.

Висота ременя, мм

Ширина ременя, мм

Тип електрдвигуна

4А132М8У2 – N=5,5 кВт 4А132М6У2 – N=7,5 кВт 4А132S4У2 – N=75,5 кВт

4АР160М8У2 – N=11 кВт 4АР160S6У2 – N=11 кВт 4АР160S4У2 – N=15 кВт

4АР180М8У2 – N=15 кВт 4АР180М6У2 – N=18,5кВт 4АР160М4У2 – N=18,5кВт

4АР200L8У2 – N=22 кВт 4АР200L6У2 – N=30 кВт 4АМР200L6У2 – N=30 кВт 4АР180М4У2 – N=30 кВт

4АР225М8У2 – N=30 кВт 4АР225М6У2 – N=37 кВт 4АР200М4У2 – N=37 кВт 4АМР200М4У2 – N=37 кВт

 

Додаток Н

Потужність, що передається одним пасом

Тип ременя	Діаметр шківа електродвигуна, мм	Потужність залежно від швидкості руху ременя
А	100-150	0,20			2,7	3,2	3,3
В	150-350	0,67	3,3	6,4	8,8	10,5	10,9
Г	350 та більше	1,5	7,2	13,7		21,5	23,4

 

 

Додаток П

Розрахункова схема для перевірки довговічності роботи підшипникових вузлів верстатів-качалок

Тип верстата-качалки
а) балансирний (СКД, СКДТ)	б) безбалансирний (СКБ)

 

Додаток Р

Параметри підшипників, які використовуються в опорі балансира та відхиляючому блоці верстатів-качалок

Верстат-качалка	Серія	Діаметр зовнішньої обойми , мм	Діаметр внутрішньої обойми , мм	Базова статична вантажопідйомність , Н	Базова динамічна вантажопідйомність , Н
СКД3-1,5-710; СКДТ3-1,5-710; СКБ3-1,5-710	Середня №3610
СКД4-2,1-1400; СКДТ4-2,1-1400; СКБ4-2,1-1400	Середня №3616
СКД6-2,5-2800; СКДТ6-2,5-2800; СКБ6-2,5-2800
СКД8-3-4000; СКДТ8-3-4000; СКБ8-3-4000	Середня № 3620
СКД10-3,5-5600; СКДТ10-3,5-5600; СКБ10-3,5-5600;
СКД12-3-5600; СКДТ12-3-5600; СКБ12-3-5600;

 

Додаток С

Значення коефіцієнта інтенсивності роботи для різних режимів навантаження

Режим навантаження	Значення коефіцієнта інтенсивності
Легкий
Постійний
Важкий
Середній рівномірний
Середній нормальний

Додаток Т

Значення коефіцієнта безпеки для різних режимів навантаження

Режим навантаження	Значення коефіцієнта безпеки
Спокійне навантаження	= 1,0
Легкі поштовхи і короткочасні навантаження, до 125%	= 1,2
Помірні поштовхи і перевантаження, до 150%	= 1,5
Значні поштовхи і перевантаження, до 200%	= 2,0

 

Додаток У

Діаметри отвору сідла нагнітального клапана , м, штангових свердловинних насосів

Діаметр плунжера	Діаметр сідла нагнітального клапана
Вставні глибинні штангові насоси
	0,011
	0,014
	0,018
	0,020
	0,025
Невставні глибинні штангові насоси
	0,011
	0,014
	0,020
	0,025
	0,030
	0,040