Выбор штанговой насосной установки и режима ее работы, обеспечивающий заданный отбор нефти

Длина хода плунжера при S=1,05 м:

а общий  коэффициент подачи штанговой насосной установки

16. Перейдём  к определению нагрузок, действующих  в точке подвеса штанг.

Соответственно  вес колонны штанг в воздухе и в жидкости с учётом веса «тяжёлого низа».

Вычислим  предварительно коэффициенты m и в формулах А.С. Вирновского

Принимаем ₁= ₂=а₁=а₂=1 (для упрощения расчёта)

Определим вибрационную и инерционную составляющие по формулам:

Р_max= _шт+Р_ж+Р_виб+Р_ин=9,1+2,25+1,54+0,61=13,5 кН

Р_min= _шт-(Р_виб +Р_ин)=9,1-(1,54+0,61)=6,95 кН

Определение экстремальных нагрузок по приближённым формулам.

Максимальная  нагрузка

Формула И.М.Муравьёва

Минимальная нагрузка

Формула К. Н. Милса

Формула Д.О.Джонса

Формула Н. Дрэготеску и Н. Драгомиреску

Сопоставление результатов, получено по разным формулам, позволяет сделать следующим  формулам, позволяет сделать следующие выводы:

1. Расчёт по точным формулам разных авторов даёт близкие результаты, различающиеся по абсолютной величине в среднем не более чем на 1-2 кН, что находится в пределах точности измерения нагрузки существующими промысловыми динамограммами.

Аналогичный вывод можно сделать в отношении результатов, полученных по приближённым формулам различных авторов.

2. По точным формулам получается более высокие значения для минимальной нагрузки и примерно такие же значения для максимальной нагрузки по сравнению с приближёнными формулами, причём эта разница (между соответствующими среднеарифметическими значениями) составляет 1,9 кН для максимальной нагрузки и 3 кН для минимальных.

Отсутствие  фактических данных не позволяет  установить какие из расчётных формул дают в данном случае наилучшие результаты. Учитывая, однако, что в настоящее время наиболее точными считаются формулы А.С. Вирновского, скорректированные А.Н. Адониным и М.Я. Мамедовым, для  дальнейших расчётов будем пользоваться величинами, Рмах=13,5 кН., Рмин=6,95 кН.

17. Оценим  силы сопротивлений, возникающие при работе насосной установки.

Будем считать постоянным угол отклонение ствола скважины от вертикали и равным примерно 5⁰ (~0,087 рад), а азимутальным отклонением можно пренебречь.

Тогда силы механического трения штанг можно определить по формуле.

Величину  C_шт по данным В.М. Троицкого для v_н=3∙10^-6 м²/с можно принять равный 0,25. Тогда Р_{тр мех}=С_шт (Р_ж+ )= 0,25∙0,087(2,25+8,28)=0,23 кН.

Силу  гидродинамического трения рассчитаем по формулам:

По формуле  А.М. Пирвердяна

По формуле  для нашей единственной ступени: m₁=2,14, m²₁=4,58

Р_трг=Р_тргI= -12Н

(знак  минус свидетельствует о том, что при ходе вниз сила гидродинамического трения направлена вверх).

Сила  трения плунжера о стенки цилиндра Р_{тр пл}и гидравлическое сопротивление в нагнетательном клапане были рассчитаны ранее и составляет соответственно Р_{тр пл}=995 Н, Р_клн=108,9 Н.

Таким образом, для условий данного примера оказалось, что силы механического трения существенно больше, чем силы гидравлических сопротивлений.

Это объясняется  тем, что откачиваемая жидкость имеет  низкую вязкость.

Кроме того силы сопротивлений не велики по сравнению, например, со статическими нагрузками (наибольший из них не превышает 4% от суммы весов штанг и жидкостей), поэтому при расчёте экстремальных нагрузок для условий данного примера силы сопротивлений можно не учитывать.

18. Рассчитываем  напряжение в штангах по формулам:

Приведённое напряжение в точке подвеса штанг  составляет соответственно:

По формуле  И. А. Одинга

По формуле  М. П. Марковца

Для штанг  из стали 40 предельно допускаемое  приведённое напряжение составляет 100 МПа (по Одингу). Следовательно, для этих штанг условие обеспечения усталостной прочности выполняется, т.к.

[ ]=100 МПа> = 17,47 МПа.

19. Крутящий  момент на кривошипном валу  редуктора определим по формуле:

20. Выбираем  станок-качалку. Предыдущими расчётами  было установлено, что для условий  примера

Р_мах=13,5 кН; (М_кр)_мах=1938,1 Н∙м; s=1,05 м, ; n=10,8 кач/мин.

Сравнивая расчётные данные с паспортными  характеристиками станков-качалок, находим, что этим условиям удовлетворяет станок-качалка 3СК2-1,05-400, который выбираем окончательно.

21. Рассчитываем  энергетические показатели работы  штанговой насосной установки.

Полезная  мощность

Определим полную потребляемую мощность также  по методике Б.М. Плюща и В.О. Саркисяна:

К₁=6,0 для станка-качалки с г/п 4 т.

 

Удельный  расход энергии на подъём жидкости:

22. Определим  эксплутационные показатели и межремонтный период работы штанговой насосной установки по методикам.

Предварительно  определим вероятную частоту  подземных ремонтов, связанных с  ликвидацией аварии со штанговой  колонной:

По формуле  А.С. Вирновского k=0.75 и =0,533:

Абсолютные  значения оказывается больше, чем определяемое по фактическим данным для основных нефтяных месторождений. По этому формулами следует пользоваться когда необходимо сравнить между собой значения для разных режимов эксплуатации одной и той же скважины или сходных по эксплуатационным условиям скважин, имея ввиду, что абсолютные значения вероятной частоты обрывов штанг могут иметь достаточно большую погрешность.

Задаваясь числом ПРС, независящих от типоразмера оборудования и режима его работы, n_пр определяем вероятное общее число ПРС в течение года.

Для расчётов принимаем  =0,5 рем/год и =1 рем/год:

N_рем= + n_пр=0,5+1=1,5рем/год.

Задаёмся  величинами t_{p 1}, t_{p 2}, t_ож, t_орг, для которых обычно известны фактические значения для каждого месторождения.

Время затрачиваемое на ПРС, ч:

по ликвидации обрыва штанг t_{p 1} …………………………………………………….15

прочих  подземных ремонтов t_{p 2} ……………………………………………………..20

время ожидания ПРС t_ож ……………………………………………………………..36

время оргпростоев t_орг,ч ……………………………………………………………...40

стоимость одного кВт электроэнергии С_п, руб/(кВт∙час) ……...…………………...2

плата за установленную мощность С_уст, р/(кВт∙год)……………………………...17,9

коэффициент учитывающий расходы на содержание линий

электропередач  k_лэп …………………………………………...................................1,2

стоимость одного подземного ремонта С_рем, руб………………………………….600

Определим затраты времени на подземный  ремонт Т_рем, межремонтный период работы установки Т_мрп, коэффициент эксплуатации К_э и суммарный годовой отбор нефти из скважины : 

Условные  затраты на подъём нефти из скважины определяем в следующем порядке.

1. Стоимость станка-качалки  составляет С_ск =1100 руб. согласно табличных данных.табл.4.19.
2. Стоимость колонны НКТ из труб диаметром 89 мм.

С_НКТ= а_нктL_н

3. Стоимость штанг из легированной стали с [ =90 МПа

С_шт=

4. Капитальные затраты на оборудование скважины штанговой насосной установкой

Z_кап = К_рез(С_ск + С_нкт + С_шт + С_уо) + С_монт + С_доп) = 1,1(1100 + 1147 + 236 + 400) +

+ 0,23∙1100 = 3424,3 руб.

(принято,  что К_рез=1,1; С_{у 0}=400 руб.; С_доп=0).

5. Энергетические затраты на потребляемую мощность

Z_{эн потр}=С_п

Плата за установленную мощность

Z_нуст = k_лэп С_уст N_уст = 1,2 ∙ 17,9 ∙ 1,7 = 35,52 руб.

Общие затраты на электроэнергию

Z_н = Z_{эн потр} + Z_нуст = 22672,5 + 35,52 = 22708,02 руб/год.

6. Расход на подземный ремонт скважин

Z_прс = С_рем N_рем = 600 ∙ 1,5 = 900 руб.

7. Амортизация оборудования рассчитывается по формуле:

Z_ам = (А_скС_ск + А_нктС_нкт + А_штС_шт + А_{у о}С_{у о} + С_снN_сн + А_допС_доп) К_кр =

= (0,12∙1100 + 0,10∙1147 + 0,2∙236 + 0,12∙400 + 126∙1,5) ∙ 1,1 = 596,75 руб.

При расчёте принято N_сн = 1,5 К_кр = 1,1 что соответствует средним условиям эксплуатации.

8. Себестоимость подъёма нефти:

С = (Z_{э н} + Z_ам + Z_прс)/ = (22708,02 + 596,75 + 900) / 9069 = 2,67руб/т.

9. Удельные капитальные затраты

К_уд = Z_кап / = 3424,3 / 9069 = 0,38 руб/т.

10. Условные приведённые затраты

Z_пр = Е_нК_уд + С = 0,17 ∙ 0,38 + 2,67 = 2,73 руб/т. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Заключение

     В первые годы освоение в России производства станков-качалок происходило особенно бурно. Это было обусловлено с одной стороны огромным, как казалось маркетинговым службам заводов-производителей, рынком сбыта, а с другой, тоже как казалось, простотой изделия. В результате исчез дефицит этого оборудования, изменились параметры, резко улучшилось качество изделий. Производством СК занималось сначала много заводов. Однако практика показала, что выход на рынок и занятие устойчивых позиций возможны только при правильной маркетинговой политике.

     За  последнее время существенных изменений  ни в качестве станков-качалок, ни в их параметрах не произошло. Хотя значительная доля работающих СК формально давно выработала ресурс, на промыслах принимаются все возможные усилия, чтобы продлить действие разрешительной документации на СК, находящиеся в приемлемом техническом состоянии, в том числе за счет их ремонта. Такая политика проводится с целью снижения затрат и в ответ на высокие отпускные цены, устанавливаемые заводами-изготовителями.

     Основными достоинствами гидравлического  привода, независимо от способа уравновешивания, являются: