Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 [ 211 ] 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270

Для больших глубин спуска применяются ступенчатые штанговые колонны, состояшие из двух или трех ступеней.

В настояшее время в отечественной практике добычи нефти расчет штанговых колонн ведется, во-первых, по условию обеспечения усталостной прочности, т.е. приведенные напряжения в любом произвольном сечении колонны а. не должны превышать предельно допустимых значений напряжения для выбранного материала штанг при данньгх условиях эксплуатации:

а„р,5[а„р]. (9.186)

Вторым условием является обеспечение равнопрочности ступеней колонны штанг, которое состоит в том, что приведенные напряжения в наиболее напряженньгх сечениях каждой из ступеней равны между собой, т.е.

= V = %3. (9-187)

где индексы 1, 2 и 3 относятся к верхним сечениям соответствующих ступеней штанг.

Известно несколько подходов к конструированию штанговых колонн: с использованием специальных таблиц (например, таблицы АзНИИДН), номограмм (например, номограммы Я.А. Грузинова или ТатНИПИнефти), а также аналитические методы. Таблицы и номограммы приведены в специальной литературе.

Наиболее точно, с учетом конкретных условий каждой скважины и установки можно рассчитать конструкцию штанговой колонны, используя аналитические зависимости. Сушествует несколько методик расчета штанговых колонн, удовлетворяющих условию достаточной усталостной прочности. Все известные методики расчета используют те или иные допущения (например, методика А.С. Вирновского не учитывает влияния сил сопротивления на конструкцию колонны). Наиболее полный учет нагрузок при расчете штанговой колонны реализован в методике МИНХ и ГП им. И.М. Губкина. В ней учтено влияние на прочность колонны, кроме нагрузок, действующих в статическом и динамическом режимах работы установки, также осевой сжимающей силы на плунжер насоса и силы гидродинамического трения.

В зависимости от глубины спуска насоса, его диаметра и параметров работы установки предварительно определяется вариант конструкции штанговой колонны - одноступенчатая, двух- или трехступенчатая - исходя из рекомендаций по глубине спуска на-

coca. Одноступенчатые колонны могут конструироваться из штанг диаметром 16,19,22 и 25 мм. Двухступенчатые колонны конструируются из штанг диаметром: 19 и 16 мм; 22 и 19 мм; 25 и 22 мм (при этом в верхней части колонн используются штанги большего диаметра). Трехступенчатые колонны конструируются из штанг диаметром: 22,19 и 16 мм; 25, 22 и 19 мм. Совершенно очевидно, что указанные комбинации штанг не являются строго обязательными и в случае дополнительных ограничений, накладываемых конкретными условиями эксплуатации, они могут быть изменены.

В любом случае после выбора диаметра насосно-компрессорных труб и принятых стандартных диаметров штанг вычисляют коэффициенты и М:

М„ =-

mL-1

lnm„

т =-!2-d

(9.188)

0,032

<+1 ml-1

/п., =

(9.189)

где М, - соответственно коэффициенты для штанг и штанговых муфт;

D - внутренний диаметр насосно-компрессорных труб, м;

d - диаметр штанг, м;

d - диаметр штанговой муфты, м.

Затем рассчитывают нагрузки, действующие на колонну штанг по вышеизложенным формулам, предварительно определив режим работы установки (статический или динамический).

Условия, позволяющие использовать одноступенчатую колонну сводятся к следующему:

а) Обеспечение движения штанг вниз без зависания

G >0 +G +G , (9.190)

шт. см тр. г кл. н тр. пл y.iuy

где - нагрузка от веса штанг в продукции скважины, Н;

-сила сопротивления движению штанговой колонны в вязкой жидкости (сила гидродинамического трения), Н;

G „- сила, обусловленная перепадом давлений при движении продукции через нагнетательный клапан (клапаны) насоса, Н;

Gp пл - трения плунжера о стенки цилиндра насоса, Н.

Указанные силы можно вычислять по следующим формулам:

- A.M. Пирвердяна (безмуфтовая штанговая колонна при отсутствии движения продукции скважины в НКТ)

G,p., = 2яЯ„у,р,5пМ, (9.191)

где Н - длина колонны штанг (глубина спуска насоса), м;

- кинематическая вязкость жидкости (продукции скважины), mVc;

р - плотность продукции скважины, кг/м; S - длина хода полированного штока, м; п - число двойных ходов, 1/с;

- коэффициент, вычисленный по (9.188).

- А.Р. Каплана (учитывается дополнительно движение жидкости в НКТ со средним расходом, равным подаче насоса)

G,p., = 2яу,р,Я,„ (±715пД -ив,), (9.192)

где знак «+» соответствует ходу штанг вверх, а знак «-» ходу вниз;

А,, В, - числовые коэффициенты, зависящие от размеров кольцевого сечения между штангами и трубами, определяемые по формулам

К-1)4-2 (т,+l)lnm-(m-l)

- (\lMn.« -U -1) (9-194)

K.-l)-21nm, (m +l)ln,n -[ml, -1) m - вычисляется no формуле (9.188),

nil-B){Di-diy (9-195)

Q - дебит сепарированной нефти, mVc; В - обводненность продукции, д.ед.