Расчет. 
Технология и техника добычи нефти

Расчет и подбор оборудования ШСНУ

В конце фонтанирования дебит скважины составлял 12 т/сут. при обводнености продукции 54%, то есть дебит по нефти составлял 5,5 т/сут.

После перевода скважины с фонтанного способа добычи на ШСНУ дебит возрос до значения 22 т/сут. при сохранении обводненности, дебит по нефти возрос до значения 10,1 т/сут.

Определить по данным исследования режим работы скважины оборудованной ШСНУ и подобрать оборудование, а также определить мощность и подобрать электродвигатель при следующих исходных данных по скважине:

Глубина спуска насоса, L, м 1080Дебит жидкости, Q¹, т/сут. 22 Плотность нефти, р_н9 кг/м³ 830.

Плотность пластовой воды, р_в, кг/м³ 1030Обводненность продукции, п_в9 % 54.

Решение:

1. Определяем плотность смеси:

Рcм = Рв*П_в + р_н*П_н(3.1).

где п_н — доля нефти в продукции скважины, п_н = 1 — п_в(3.2).

п_н = 1 — 0,54 = 0,46.

Рсм = 1030*0,54 + 830*0,46 = 937 кг/м³

2. Переводим дебит из т/сут в м3/сут

10³Q¹*.

Q = ———-(3.3).

Рсм

10³22*.

Q = ———- = 23,5 м³/сут.

3. По диаграмме Адонина выбираем тип станка-качалки и диаметр насоса в зависимости от планируемого дебита и глубины спуска насоса.

Для наших условий нас устраивает 5СК-4−2Д-1600 с диаметром насоса 32 мм.

Проводим расшифровку СК: 5 — модификация СК;

• 4. — наибольшая допускаемая нагрузка на головку балансира в тоннах или 40 кН; 2,1 — максимальная длина хода сальникового штока в м;
• 1600 — наибольший допускаемый крутящий момент на ведомом валу редуктора в кгс*м или 16кН*м.
• 5. Проводим выбор насоса по таблице в зависимости от глубины спуска насоса и планируемого дебита.

Для наших условий подходит насос НСН2 с предельной глубиной спуска 1200 м. Выписываем техническую характеристику насоса:

• — вязкость жидкости до 25 мПа*с;
• — объемное содержание механических примесей не более 0,05%;
• — условный размер насоса 32 мм;
• — идеальная подача при п = 10 мин^-1 35 м³/сут;
• — максимальная длина хода плунжера 3 м;
• — максимальная высота подъема жидкости 1200 м
• — условный диаметр НКТ — 48 мм.
• 6. Проводим выбор штанг по таблице в зависимости от диаметра насоса и глубины спуска.

Для наших условий рекомендуется одноступенчатая колонна штанг диаметром 19 мм с предельной глубиной спуска 1170 м изготовленных из углеродистой стали нормализованной при [Q_пр] = 70МПа.

Вес 1 метра штанг диаметра 19 мм по таблице соответственно: q₁₉ = 23,0535 Н.

• 7. С целью создания статического режима откачки и уменьшения нагрузки на головку балансира принимаем длину хода сальникового штока равную максимальной для данного СК S = 2,1 м.
• 8. Определяем необходимое число качаний: n=(3.4)

где, а — коэффициент подачи насоса, находится в пределах 0,7−0,8, принимаем, а = 0,75;

F_пл — площадь сечения плунжера, определяется по формуле:

F_пл =п*d²/4(3.5).

F_пл = 3.14*0,032²/4 = 0,804 м²

n = 13.

9. Определяем максимальную нагрузку на головку балансира:

Рмак = Р_ж + Рш*(в + м)(3.6).

где Р_ж — вес столба жидкости в НКТ, р_ж = F_пл*L*Р_см*g (3.7).

Р_ж = 0,804*1080*937*9,81 = 7982 Н Р_ш — вес колонны насосных штанг, Р_ш = q₁₉*L (3.8).

Рш = 23,0535*1080 = 24 900 Н в — коэффициент потери веса штанг в жидкости, в = ^Рш — ^Рсм Рш (3.9).

где р_ш — вес материала штанг, р_ш = 7850 кг/м,.

в = 0,88.

м — коэффициент динамичности,.

S* n²

м = ——— = (3.10).

м = 0,25.

Рмак = 7982 + 24 900*(0,88 + 0,25) = 36 119 Н Сравниваем полученное значение с допустимым для данного СК, так как 40 > 36,2, то данный СК нас устраивает.

9. Определяем максимальный крутящий момент:

М_кр.мак = 300*S + 0,236*S*(Р_мак — Р_мин)(3.11).

Где р_мин — минимальная нагрузка на головку балансира, определяем ее по формуле Милса:

Р_мин= P_ш* 1-(3.12).

Р =24 900 * 1- = 19 963Н Мкр. мак = 300*2,1 + 0,236*2,1*(36 119- 19 963) = 8640 Н*м.

10. Сравниваем полученное значение с допустимым значением для данного СК, так как 16 > 8,64, то данный СК нас устраивает. Ю.

Определяем необходимую мощность электродвигателя СК:

N =0,401*10^-4*p*d²*S*n*p_см*L*Kу* +а (3.13).

где К_у — коэффициент уравновешенности, для балансирных СК К_у=1,2;

N = 0,401*10-⁴*3.14*0,032²*2,1*13*937*1080*1,2*{ +0.75}= 4,9кВт По таблице выбираем стандартный электродвигатель АОП-52−4 мощностью 7 кВт, число оборотов в минуту 1440, к.п.д. 86%.

11. Рассчитываем напряжения в штангах. Обоснование конструкции штанговой колонны — наиболее ответственный этап проектирования установки, так как штанговая колонна — это тот элемент системы, который, в первую очередь, определяет длительность и безотказность работы установки в целом.

При нормальной работе насосной установки наибольшие напряжения действуют в точке подвеса штанг. Поэтому расчет ведем для штанг диаметром 19 мм.

Определяем максимальное напряжение цикла:

у_мак ~ Р_мак/f_шт (2,14).

где f_шт — площадь поперечного сечения штанг в точке подвеса, м². Так как наибольшие нагрузки приходятся в верхней части колонны, берем диаметр верхней секции штанг.

f_шт = 3,14*0,019²/4 = 2,83*10^-4 м² мак = 36 119/2,83* Ю-⁴ = 127,6* 10⁶ Па.

= 127,6 МПа Определяем минимальное напряжение цикла:

у_мин = Р_мин/f_шт (2.15).

у_мин = 19 963/2,83* 10^-4 = 70,6*10⁶Па = 70,6 МПа Определяем амплитудное напряжение цикла:

а = (у_мак -у _мин)/2 (2.16).

а_а = (127,6 — 70,6)72 = 28,5 МПа Определяем приведенное напряжение цикла: пр = 60, ЗМПа Так как допускаемое приведенное напряжение для принятой колонны штанг [о_мак] = 70 МПа, а расчетное _пр = 60,3 МПа, то данная колонна штанг выбрана правильно.