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

достаточных глубинах подвески колонны штанг нагрузки по сравнению с фактическими будут заниженными.

Формула Миллса напоминает соотношение (4.1-15) (Юбэнкс и др., 1958):

1790

(4.1-18)

Свободные колебания колонны штанг могут привести при неблагоприятных обстоятельствах, особенно при больших числах ходов плунжера, к росту динамических нагрузок. Быстрая смена нагрузок в верхнем и нижнем положениях плунжера вызывает распространение со скоростью звука упругих колебаний вдоль колонны штанг до подвески полированного штока и после отражения от нее в обратном направлении. Частота продольных колебаний зависит исключительно от длины колонны штанг (принимая, что скорость звука в стали постоянна, т. 6: Узв = 5100 м/с):

- 5°°° =.-Z65M мин-1. (4.1-19)

Если частота свободных колебаний равна или кратна числу ходов колонны штанг, последние усиливаются за счет дополнительных импульсов, совпадающих по фазе, в результате чего нагрузки могут значительно возрасти. Это явление носит название резонансной скорости.

Вышеприведенное верно только в том случае, если за каждый ход плунжера мгновенное изменение нагрузки происходит только один раз. Это характерно для газонасыщенных нефтей, когда установка нагружается мгновенно, в то время как снятие нагрузки происходит постепенно. При подъеме нефти, не содержащей газ, как обычно, не возникают резонансные явления, так как продольные волны, генерируемые после внезапного изменения нагрузки в течение одного хода, ослабляют друг друга. На практике обычно не учитывается возрастание нагрузок при резонансных явлениях, но если по динамограмме они обнаружатся, тогда изменяют число ходов установки.

Методика расчетов, опубликованная в руководстве АНИ RP-1I, разработана на основе экспериментальных данных, полученных на механических н в последующем на электрических аналоговых моделях. Максимальную нагрузку, действующую на полированный шток, можно рассчитать на основе следующей несколько видоизмененной формулы:

шт.шах = штЙ + *15*шт- (4.1-20)

Коэффициент fei зависит от значений Рж15кшт и п/пс и определяется по рис. 4.1-12.

Нагрузка, при которой удлинение колонны штанг происходит равномерно, определяется по формуле

I 1

£ (4.1-21)

Значение «с можно определить по формуле (4.1-19).

Пример 4.1-2. Найти максимальную налрузку, действующую на полированный шток, используя уравнения (4.1-20) и (4.1-15), если уровень жидкости в скважине находится на глубине L=1372 м. Насос спущен на глубину L=.]525 м; £(пл = 39 мм, л=16 мин-1, 5=1,37 м, колонна штанг ступенчатая: 30,9% верхней части состоит из 22-мм штанг и 69,1% низа - из 19-мм штанг; ун< = 8826 Н/м; Е=2,06х10" Н/м

Вес колонны штанг

Ршт = 0,309Ошт + О.бЭИОшг = 0,309X 1525 X 34,1 0,691 X 1525x23,6 ==

= 4,09x10" Н.

По формуле (4.1-21)

2,06X10"

1525x0,309 1525X0,691 3,87X10-* + 2,84X10-*

4,18X10*

Вес столба жидкости над площадью полного сечения плунжера

fж = пл-динТж = 11,4Х10-*Х 1372 x 8826= 1.38x10* Н, Fx 1,38x10*

1,37X4,18X10*

= 0,24.

По уравнению (4.1-19)

76 500 = "152 = 50-2-

отношение

В соответствии с графиком рис. 4.1-2 значение fei = 0,47. По уравнению (4.1-20) 1,л.тах = 1.38Х 10-f 4,09 X 10*(0.885 + - fo)-6,26 х 10* Н.

Разница между значениями f пл. max, подсчитанная двумя методами, составляет 6,31 -6,26

6,31

100% =0,7%.

В качестве динамической нагрузки следует рассматривать и силу трения Ftp между колонной штанг и жидкостью. Эти силы могут быть значительными в наклонных скважинах и при подъеме высоковязких нефтей или нефтей, склонных к застыванию при температурах в скважине. Такое трение нельзя описать математически. Наличие сил трения можно обнаружить по динамограммам, но во многих случаях ее значение пренебрежимо мало.

а.2) Нагрузка на полированный шток при применении колонны полых штанг. При применении в процессе подъема жидкости полых штанг цилиндр глубинного насоса обычно закрепляется в обсадной колонне, и подъем жидкости осуществляется через полые штанги. Во многих случаях затрубное пространство не разъединяется пакером. При движении плунжера вверх жидкость поднимается с ускорением, равным ускорению колонны штанг.

Максимальную нагрузку на полированный шток можно рассчитать по формуле (4.1-18):

f„,, = (GU+F,)(l+6),

(4.1-22)

где ОжЬ - вес жидкости, находящейся в колонне полых штанг; в отличие от нагрузки Рж (при обычных штангах) он не зависит от диаметра плунжера.

0,1 02 0,3 09 05 0,0 Рис. 4.1-2. Зависимость ki от ге/яс

t t

Рис. 4.1-3. Глубинные насосы с полыми штаигами (Мак Данольд, 1960)

Минимальная нагрузка при ходе плунжера вниз

-пол.шт.а-5лл)Тж(1 ±6)-f,p.

/шш-=шт(1-б)+(5„

(4.1-23)

Здесь £тр - сила трения неподвижного столба жидкости о внутреннюю поверхность погружаемой штанги.

На практике 5пол. шт. в может равняться 5пл, быть больше или меньше (рис. 4.1-3). Если 5пол. шт. в = 5пл, второе слагаемое правой части уравнения равно нулю. Если 5пол. шт. в>5пл, на колонну штанг воздействует дополнительная нагрузка от «затрубной жидкости». При этом Pmin больше, чем в предыдущем случае. В то же самое время б будет иметь отрицательный знак, так как жидкость в затрубном пространстве, двигающаяся вместе с колонной штанг, также замедляется вместе с ней. Если 5пол. шт. в<5пл, давление, воздействующее снизу на площадь ABCD, снижает нагрузку на штанги, и б принимает положительный знак в третьей скобке. Относительное замещение жидкостей в скважине происходит только в период движения плунжера вниз. Таким образом, при определении влияния сил трения относительный расход потока следует удваивать по отношению к суточной производительности скважины. Полученную таким образом скорость умножают на 1,57,