Уточнюючий розрахунок режимів роботи обладнання свердловинної штангової насосної установки

 

Надалі проводиться уточнюючий розрахунок, під час проведення якого виходимо з умови отримання мінімальних напружень у колоні насосних штанг, і, відповідно, мінімального навантаження на головку балансира.

Під час розрахунку враховуються статична і динамічна складові навантаження на верхню точку колони насосних штанг.

Основні параметри роботи глибинного штангового насоса (при коефіцієнті подачі η = 0,75 (для всіх розглядуваних у контрольній роботі та курсовому проекті свердловинних штангових насосних установок) та питомій вазі нафти γ = 0,92 т/м³ (питома вага вказується в завданні до контрольної роботи та курсового проекту) знаходяться між собою в залежностях, які наводяться у формулах (1.5) – (1.8).

Для визначення оптимального режиму роботи, що відповідає мінімальному напруженню розриву у верхній точці колони насосних штанг, розглянемо ряд можливих для обраного верстата-качалки режимів.

Спочатку задаємося для прийнятого верстата-качалки СКД6-2,5-2800 можливими стандартними значеннями довжини ходу устьового штока S (0,9; 1,2; 1,6; 2,0; 2,5 м) і знаходимо за формулою (1.5) відповідне значення n, хв^-1.

(1.5)

де = 2,59 кг – середня вага 1 м двоступінчастих насосних штанг діаметром 22 та 19 мм;

– маса 1 м штанг діаметром 22 мм (додаток Ж) (у контрольній роботі та курсовому проекті приймаються насосні штанги зі сталей марок 40У, 20ХМ, 36Г1, 15НМ. Питома вага цих штанг не відрізняється більше ніж на 3,5%, тому при виборі значення середньої ваги 1 м приймаємо до уваги тільки діаметр НШ);

– маса 1 м штанг діаметром 19 мм (додаток Ж);

– їх відсоткові частки в загальній довжині (додаток В.1);

= 1 – 5 – порядковий номер режиму роботи верстата-качалки.

Звідси

хв^-1;

хв^-1;

хв^-1;

хв^-1;

хв^-1.

Результати розрахунку заносимо до таблиці 1.1.

Площу перерізу плунжера F_пл знаходимо для прийнятих стандартних значень S та порахованих значень п за формулою продуктивності насоса

м². (1.6)

Звідси

м²;

м²;

м²;

м²;

м².

Діаметр плунжера знаходимо за формулою

(1.7)

Звідси

м;

м;

м;

м;

м.

Потім заповнюємо другу половину таблиці 1.1. Задаємося стандартними значеннями n, хв^-1, і за формулою (1.8) знаходимо відповідні їм значення F_пл.

, (1.8)

де = 6…8 – порядковий номер режиму роботи верстата-качалки.

Тоді

м²;

м²;

м².

Далі за формулою (1.9) знаходимо довжину ходу полірованого штока , м,

, (1.9)

Звідси

м;

м;

м.

Діаметр плунжера знаходимо за формулою (1.7).

м;

м;

м.

Результати розрахунків зводимо до таблиці 1.1.

 

Таблиця 1.1 – Результати розрахунку параметрів плунжера верстата-качалки

№ Режиму	S, м	n, хв^-1	Fпл, м^2	Dпл, м
При стандартних значеннях S
	0,9	18,95	13,08·10^-4	0,040
	1,2	15,65	11,87·10^-4	0,038
	1,6	12,91	10,79·10^-4	0,037
	2,0	11,13	10,02·10^-4	0,035
	2,5	9,59	9,30·10^-4	0,034
При стандартних значеннях n
	9,51		4,69·10^-4	0,024
	3,35		6,64·10^-4	0,029
	2,02		7,86·10^-4	0,031

 

Умовам, які були задані, відповідають 3-й, 4-й, 5-й і 8-й режими, оскільки тільки при цих режимах значення S та n знаходяться в робочому діапазоні вибраного верстата-качалки.

Необхідно з даних режимів обрати той, при якому максимальне розривне зусилля на верхню точку колони насосних штанг , Н, матиме найменше значення. Розрахунок проводиться за формулою

, (1.10)

де – порядковий номер обраного режиму;

– питома вага нафти, = 920 кг/м³;

– коефіцієнт утрати ваги штанг у рідині, який дорівнює = (приймається для всіх варіантів завдань до контрольної роботи та курсового проекту);

– фактор динамічності.

Тоді для 3-го режиму

;

для 4-го режиму

;

для 5-го режиму

;

для 8-го режиму

.

Відповідно оптимальним режимом буде 5-й, оскільки при ньому величина розривного зусилля, що діє на верхню точку колони насосних штанг є мінімальною з чотирьох обраних режимів роботи.

Тому обираємо такі робочі параметри:

довжина ходу полірованого штока = 2,5 м;

частота подвійних ходів голівки балансира = 9,59 хв^-1;

діаметр плунжера = 0,034 м;

площа плунжера = 9,30·10^{-4 м2}.

Проте значення діаметра плунжера для 5-го режиму необхідно привести до найближчого стандартного значення. Приймаємо плунжер із діаметром = 0,032 м = 32 мм (з додатку И обираємо = 8,04·10^{-4 м2});

Уточнюємо частоту подвійних ходів полірованого штока за формулою

хв^-1. (1.11)

За формулою (1.4) уточнюємо діаметр шківа на роторі привідного електричного двигуна

м.

Остаточно за формулою (1.10) уточнюємо значення максимального розривного зусилля

Кінцево приймаємо такі режимні параметри роботи установки:

– довжина ходу полірованого штока = 2,5 м;

– частота подвійних ходів голівки балансира = 10,19 хв^-1;

– діаметр плунжера = 0,032 м;

– площа плунжера = 8,04·10^{-4 м2};

– діаметр насосно-компресорних труб (для плунжера – 32 мм згідно з додатком Б) – = 73 мм;

– діаметр шківа на роторі привідного електричного двигуна м;

– максимальне зусилля розриву .