Эксплуатация скважин штанговыми насосами

     Определим по номограмме (рисунок 2) фактическую подачу насоса Q_ф при следующих условиях: D = 38 мм, S= 2 м, п = 15, h = 0,75 и r = 900 кг/м³. Для этого на левой ветви оси абсцисс найдем точку, соответствующую заданному значению п, затем проведем вертикаль вверх до значения S, а из полученной точки проведем горизонталь вправо до пересечения с лучом D, после чего опустим вертикаль до луча h в четвертом квадранте и, наконец, проведем горизонталь влево до оси ординат, где и найдем фактическую подачу Q_ф = 70 м³/сут.

     Для определения диаметра плунжера D берем точку фактической подачи в нижней части оси ординат и точку числа качаний n в левой половине оси абсцисс и проектируем их — первую вправо до пересечения с линией заданного значения h и далее вверх, а вторую вверх до пересечения с линией, соответствующей длине хода сальникового штока S. Затем из найденной точки проведем горизонталь вправо. Пересечение этих линий в правой верхней части номограммы и определит диаметр плунжера насоса. Когда найденная точка попадет в промежуток между двумя лучами D, диаметр плунжера находят путем интерполирования, и если он окажется нестандартным, тогда берут ближайший стандартный диаметр, а для получения заданной подачи соответственно изменяют значения параметров S и п. При этом, если принять больший диаметр, то следует в первую очередь уменьшать п и только при невозможности выполнить это надо уменьшить S, если же принять меньший диаметр, то следует увеличить S и только при отсутствии такой возможности увеличить п.

     Прощитаем тем же способом еше несколько скважин и занесем результаты в таблицу. 

     Таблица 7.2.1 Исходные данные

 

     Наименьший КПД получили на скважине № 1. Подберем для нее оборудование.

     

 

     h_кпд= Q_т/Q_ф=33/70=0,47

     Получаем  довольно неплохое КПД. Существует программа  Зейгмана Ю.В. по оптимизации работы и подбору оборудовани ШСНУ.  Проведенные по ней расчеты дают очень близкие результаты приведенные в пункте 5.3.

7.3 Расчеты

 
     

1. Определим дебит нефти:

       

     

2. Забойное  давление:

       

     

3. Строим кривую распределения давления по стволу скважины при Р_заб=8,03 МПа (рисунок 7.3.1.).

 

                

     Рисунок 7.3.1 - Кривые распределения давления по стволу скважины (1) и колонне НКТ (2).

     4. Глубину спуска насоса выбираем, исходя из оптимального давления на приеме, примерно равного 2,6 МПа. По графику (рисунок 3) находим, что при L_н=900 м Р_пр=2,56 МПа. Эту глубину и выбираем в качестве глубины спуска.

     5. По диаграмме А. Н. Адонина выбираем диаметр насоса, который для L_н=900 м и Q_{ж пл}=26,2 м³/сут равен 38 мм. По таблице IV.25 /6/ выбираем насос НСВ1-38, пригодный для неосложненных условий эксплуатации (с обычными клапанами), II группы посадки с зазором δ=100 мкм (10^-4) в плунжерной паре.  

     Таблица 7.3.1.Характеристика насосных штанг

 

     6. Колонна НКТ для насоса НСВ1-38 в соответствии с таблицей IV.25 /6/ выбирается с условным диаметром 73 мм  и толщиной стенки 5,5 мм. Для труб этого размера D_т.н=0,073 м; D_т.в=0,062 м;  f_тр=11,6*10^-4 м².

     7. Для давления р_пр определим объемный коэффициент нефти:

     

     количество  растворенного газа:

       м³/м³;

     расход  свободного газа:

       м³/с;

     подачу  жидкости:

       м³/с;

     8. Коэффициент сепарации газа:

     

     

     Трубный газовый фактор:

       м³/м³.

     Очевидно, Г_{н о}=G_{н о}.

     Новое давление насыщения  МПа.

     9. Определим давление на выкиде насоса МПа (рисунок 4)

     Определим среднюю плотность смеси в  колонне НКТ:

       кг/м³.

     10. Определим максимальный перепад давления в клапанах при движении через них продукции скважины.

     Согласно  таблице IV.1 /6/, d_{кл в}=25 мм, d_{кл н}=18 мм. Предварительно определим расход смеси через всасывающий клапан:

     

       м³/с,

       м³/с.

     Максимальная  скорость движения смеси в седле  всасывающего клапана и число  Рейнольдса:

       м/с;

     

     По  графику (рисунок IV.1 /6/) определяем коэффициент расхода клапана при Rе=2,8*10⁴ М_кл=0,4. Перепад давления на всасывающем клапане

       Н/м²=0,03 МПа.

     Аналогично  определим перепад  давления на нагнетательном клапане. Поскольку р_вык>р’_нас, то Q’_г(р_вык)=0 и Q_кл=Q_ж(р^’_нас),

       

       м³/с;

       м³/с;

     

     M_кл=0,4 (рисунок IV.1 /6/),

       Н/м²=0,05 МПа.

     Тогда давление в цилиндре насоса при всасывании р_{вс ц} и нагнетании р_нагнц и перепад давления, создаваемый насосом ∆р_нас, будет следующее:

     р_всц=р_пр-∆р_{кл в}=2,56-0,03=2,53 МПа;

     р_нагц=р_вык+∆р_{кл н}=7,94+0,05=7,99 МПа;

     ∆р_н=р_{нагн ц}-р_пр=7,99-2,56=5,43 МПа.

     11. Определим утечки в зазоре плунжерной пары:

     

     Проверяем характер течения в зазоре:

     

     Следовательно, режим течения жидкости в зазоре ламинарный.

     12. Определим коэффициент наполнения:

     Установим предварительно Q_см (р_всц):

     Q_ж(р_всц)≈Q_ж(р_пр)≈3,39∙10^-4 м³/с;

       м³/м³;

       м³/с;

     Q_см=(3,39+1,95)∙10^-4=5,34∙10^-4 м³/с;

     

     Проверяем условие  р_всц<р’_нас. Поскольку оно выполняется, то в цилиндре во время хода всасывания имеется свободный газ. Тогда коэффициент наполнения η_нап определяем в следующем порядке:

     Коэффициент утечек:

       

     Газовое число:

     

     р_нагнц=7,99 МПа>р’_нас=5,5 МПа. Следовательно, коэффициент наполнения:

     

     В расчете принято b_ж(р)=b_н(р);

     

     Определим коэффициент наполнения также для  неравновесного характера процесса растворения газа:

     

     

     Определим коэффициент наполнения также для  процесса неравновесного и при полной сегрегации фаз:

     

     По  формуле И.М. Муравьева:

     

     Вероятные средние значения коэффициента наполнения и соответствующие максимальные абсолютные отклонения δ_i составят соответственно:

         

         

     Следовательно, значения коэффициента наполнения насоса, определенные для различных схем процесса выделения и растворения газа и сегрегации фаз, лежат в довольно узком диапазоне значений: η_нап=0,59-0,62. Погрешность схематизации не превышает 0,02.

     Для дальнейших расчетов принимаем η_нап=0,60.

     Коэффициент η_рг, учитывающий усадку нефти:

     

     13. Определим подачу насоса W_нас, обеспечивающую запланированный дебит нефти при получившемся коэффициенте наполнения:

       м³/с.

     При известном диаметре насоса можно  определить необходимую скорость откачки, пользуясь, например, формулой:

       м/мин.

     По  диаграмме А. Н. Адонина для заданного  режима можно использовать станки-качалки 6СК6-1,5-1600 или 6СК6-2,1-2500.

     Первый  из них не подходит, поскольку не обеспечит требуемую скорость откачки (для этого станка sn_max=22 м/мин). Поэтому следует ориентироваться на параметры станка СК6-2,1-2500 по ГОСТ 5866-76, параметры которого аналогичны параметрам станка-качалки 6СК6-2,2-2500.

     Выбираем  s_пл=2 м; n=15 кач/мин или N=0.25 1/c.

     14. При выборе конструкции штанговой колонны, вначале воспользуемся таблицами АзНИПИ ДН. По таблице IV.8 /6/ для насоса диаметром 38 мм выбираем двухступенчатую колонну штанг из углеродистой стали 40 ([σ_пр]=70 МПа) диаметрами 16 и 19 мм с соотношениями длин ступеней 55:45%. Выберем также конструкцию равнопрочной штанговой колонны по методике МИНХ и ГП.

     Предварительно  установим значения следующих коэффициентов (необходимые размеры штанг приведены  в таблице 13):