Підбір обладнання для збільшення видобутку нафти з допомогою штангового глибинного насоса

p align="center">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 снкг/м3 859,2

Густина пластової води св ,кг/м3 1170

В'язкість нафти нн ,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 б , 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 / (с?g) , м (2.3)

де с - густина рідини кг/м3, яка визначається за формулою (1.2) ;

с=сн•nн+св•nв /100 кг/м3

с=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/б ,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/с?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 / б , 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' / (с ? 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 / с , 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-?шт) • с •1, кг/м (2.15)

mр = (0,001986 - 0,000379) • 1036,3 • 1 = 1,6653 кг /м

FТр=рdв2 / 4 ,м2 (2.16)

FТр = 3,14 • 0,05032 / 4 = 0,001986 м2

fшт = рdш2 / 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

с - 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 • tgц) / (1800 ?ц)) , Н (2.18)

Рmax = 10499,3 + 43831,2 • (0,87 + (2,1• 4,52 • tg8,88?) / (1800 • 8,88?)) = 48650,6 Н

де ц - параметр, який характеризує режим відкачки і визначається за формулою :

ц = W • L / a, рад (2.19)

ц = 0,471• 1680 / 5100 = 0,155 • (180? / 3,14 ) = 8,88?

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 = р•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 • tgц) / (1800 • ц). Н (2.21)

Pmin = 43831,2 • (0,87 - (2,1 • 4,52 • tg •8.88?) / (1800 • 8.88?) = 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 • с ? з , 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 ;

з - 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 / cosц - лcm , м (2.24)

Sпл = 1,8 / cos8.88? - 0.0044 = 1.82 м

де л - 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 :

Лст = Рр / Е •((L / fm) +( l1 / f1) + ( l2 / f2 ) + (l3 / f3)), м (2.25)

Лст = 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 • р • Dnn2 • S • n • с • hд • k • (( 1 - зр • звг / зн ? звг ) + з ) , 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 ;

с - 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 ) ;

зн - 0,85 - 0,95 К.К.Д. свердловинного насоса ;

зв.г. - 0,8 - 0,85 К.К.Д. верстата-качалки ;

з - 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 ? д)) ? , м2 (2.29)