Міністерство освіти і науки України НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ» ЗАСТОСУВАННЯ КОМПЛЕКСУ ПРОГРАМ ДЛЯ ВИБОРУ ШТАНГОВОГО НАСОСУ ТА ЙОГО РЕЖИМНИХ ПАРАМЕТРІВ І ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ НАДІЙНОЇ РОБОТИ КОЛОНИ НАСОСНИХ ШТАНГ Автор: студентка гр. ЕМ-81м Кришня Тетяна Сергіівна Керівник: доц. каф. “Гідромашин” НТУ “ХПІ” Шевченко Наталія Григорівна Харків-2016 «Застосування комплексу програм для вибору штангового насосу та його режимних параметрів і забеспечення надійної роботи колони насосних штанг» Мета роботи – підвищення ефективності проектних робіт для вибору штангового насосу і його режиму роботи для забезпечення заданого дебіту свердловини, а також надійності його роботи шляхом застосування ППП. Основні завдання роботи – адаптувати комплекс прикладних програм для конкретних умов експлуатації свердловини, провести чисельні розрахунки й вибір штангового насоса, режиму його роботи, конструкції штанг насосу і його гідромеханічних характеристик, що забезпечують надійну роботу СШНУ. У даній роботі використовується методики П.Д. Ляпкова та А. П. Сілаш, М. Пирвердяна для розрахунків параметрів газорідинної суміші та тиску в свердловині, а також робота Ш. Гіматудинова для вибору й розрахунків штангового насосу й насосних штанг. Основне обладнання СШНУ Експлуатація нафтових свердловин глибинними штанговими насосами є одним із основних засобів механізованого способу добування нафти. 1 – штанговий вставний насос; 2 – колона НКТ; 3 – опора насосу; 4 - колона насосних штанг; 5 – експлуатаційна колона; 6 – зворотний клапан; 7 – устьовий сальник; 8 - устьовий шток; 9 – канатна підвіска; 10 – верстат-качалка; 11 – пульт керування; 12 - фундамент. Призначення: для підняття продукції на поверхню. Область застосування: •подача насоса, м/добу •глибина спуску насоса, м до 300; до 3500; Принципова схема СШНУ Основні позначення Ндин.- динамічний рівень; Ннас - глибина установки насосу ; Нпл- глибина сверловини (перфораційні отвори); А - точка підвісу колони насосних штанг на голівці балансира; Рзаб — тиск на забої свердловини; Рпр — тиск на прийомі в насос; Рнас — тиск насичення. 1. 2. 3. 4. 5. 6. Станок качалка НКТ; Колона насосних штанг Насос штанговий свердловинний; .Фільтр газо-пісочний; Забій з перфораційними отворами; Структура комплексу прикладних програм Модуль №1 – «PVT» Визначення характеристик газорідинної суміші в свердловині Модуль №2 – «Well-Pump» Побудова кривих розподілу тиску уздовж свердловини й НКТ Модулі №1 і №2 зв'язані в інтегрованому середовищі розробки програмного забезпечення DELPHI з автономними додатками та з графічним інтерфейсом. Модуль №3 – «Рump» Розрахунки основних параметрів плунжерного насосу Модуль №4 – «НКШ» Вибір і розрахунки на міцність конструкції НКШ Модуль №5 Енергетичні розрахунки роботи СШНУ Модулі №3 – №5 створені в математичному прикладному середовищі MathCAD і є автономними програмними модулями. Зв'язок між модулями й коректування їх можлива тільки при особистій участі користувача. У програмній продукції цих модулів є коментарі й підказки при адаптації розрахунків до конкретних умов експлуатації. Модуль №1 - «РVT» Визначення характеристик газорідинної суміші в свердловині В’язкість ГРС при поточних значеннях (Р, Т). Основні параметри газорідинної суміші Модуль № 2 - «Well-Pump» Розподіл тиску у свердловині та НКТ. Розрахунки глибини спуску насосу у свердловині. Зведені дані глибини установки і тиску на вході у насос від значень об'ємного газовмісту Дані отримані для умов експлуатації свердловини: Qрид.сеп. = 40 м3/доб; В = 0,5; G0 = 60 м3/ м3. До вибору свердловинного штангового насосу Свердловинний штанговий насос являє собою вертикальну конструкцію плунжерного насосу одинарної дії спеціального виконання пристосованого для роботи в свердловині на великій глибині. Модуль №3 – «Pump» Розрахунки основних параметрів плунжерного насосу. 1) Розрахунки втрати тиску в клапанних вузлах за методикою Г.С. Степанової і А.М. Пірвердяна [1] та перепад тиску, створюваний насосом 2) Витоки в парі «плунжер-циліндр» за формулою А.М. Пірвердяна Модуль №3 – «Pump» Розрахунки основних параметрів плунжерного насосу. 3) Для розрахунків коефіцієнта наповнення насосу використовується методика М.Глоголевського й І.І. Дунюшкина [1]. Модуль №3 – «Pump» Визначення подачі насосу та режиму роботи 4) Подачa насосу Qнас, що забезпечує запланований дебіт рідини при отриманому коефіцієнті наповнення 5) При відомому діаметрі плунжера насосу визначаємо необхідну швидкість відкачування Параметри, що переходять у модуль №4. Зведені дані результатів розрахунку по модулю №3 У табл. 1 представлені результати розрахунку – основні геометричні та режимні параметри штангового насосу, який повинен забезпечити заданий дебіт рідини Q = 40 м3/доба. Глибина перфорації свердловини – 2500м. Глибина установки насосу – 1990м. Згідно галузевого стандарта - тип насосу - 73-НВ1Б-38. Ці насоси призначені для експлуатації нафтових свердловин у неускладнених умовах із глибиною підвіски до 2500 м. Замок розташований у верхній частині насоса. Модуль №4 – “НКШ” . Загальні положення до вибору конструкції колони насосних штанг Конструювання штангової колони полягає у визначенні необхідного числа ступенів, діаметру, довжини штанг кожної ступені та марки матеріалу штанг. Обрана конструкція повинна забезпечити безаварійну роботу насосної установки із запланованою продуктивністю і при мінімальних витратах. Необхідно враховувати наступні вимоги при конструюванні штангових колон: Модуль №4 – “НКШ” Розрахунки колони штанг Вихідні дані: Для обраного діаметра НКТ і заданих стандартних діаметрів штанг перевіряється використання колони штанг при наступних умовах: - забезпечення руху штанг вниз без зависання; - забезпечення втомної міцності штанг в точці підвісу. Забезпечення руху штанг вниз без зависання Зусилля має вигляд: Р'шт ≥ (Ртр.г+Ркл.н+Ртр.пл), (3) де Р'шт – гідродинамічний вага колони штанг, Н; Ртр.г – гідродинамічна сила тертя гладких штанг в рідині, Н; Ркл.н – сила опору в напірному клапані, Н; Ртр.пл – сила тертя плунжера об стінки циліндра, Н. Якщо сила тертя велика й не забезпечується нормальний спадний хід, то слід збільшити діаметр і знову перевірити умова (3). Модуль №4 – Фрагменти розрахунків колони штанг 2) Визначення довжин рівноміцносної двоступеневої колони штанг. 1) Перевірка забезпечення руху штанг вниз без зависання Модуль №4 – Фрагменти програми 3) Визначення втрати ходу плунжера довжини ходу полірованого штока. У процесі роботи ШНУ колони штанг і труб періодично піддаються деформаціям від ваги рідини в плунжері. Крім того, на колону штанг діють динамічні навантаження і сили тертя. 4) Розрахунок навантаження в точці підвісу штанг. 5) Перевірка умови втомної міцності НКШ Модуль №4 – “НКШ” Забеспечення втомної міцності колони штанг Умова міцності має вигляд: Модуль №5 – Енергетичні розрахунки роботи СШНУ Потужність, споживана двигуном верстата-качалки, витрачається на виконання корисної роботи з підйому рідини на поверхню й на покриття втрат потужності в устаткуванні. Визначимо потужність, споживану електродвигуном, послідовним розрахунками всіх складових балансу споживаної потужності по розрахункових формулах, послідовність яких описана в роботі Ш. Гіматудинова. Результати Дослідження впливу глибини установки насосу на параметри СШНУ Режими роботи 1 2 3 Об'ємний газовміст ГРС на вході у насос βг.вх, о.д 0,4 0,2 0,1 Глибина установки насоса Lн, м 1896 2125 2332 Тиск на вході у насос Рпр, МПа 1,8 3,33 4,49 В’язкість суміші на прийомі насоса, мПА·с 3,4 2,03 1,6 Густина рідини на прийомі насоса, кг/м3 564 748 819 Коефіцієнт наповнення Кнап., о.д 0,54 0,722 0,775 Потрібне значення подачи насоса Qнac, м3/доба 60,2 45,3 42,37 Швидкість відкачки S·n, м/хв 36,85 27,7 25,94 Коэффициент подачи ηпод=Qф/Qт, о.д 0,47 0,599 0,613 Максимальне навантаження в точці подвесу КШ, кН 93 92,4 96,4 Крутний момент на валу редуктора, кН·м 65,5 46,23 40,6 Наведена напруга КШ σ 117 103 103 ККД СШНУ ηсшну , % 48,4 47,1 46,5 Потужність електродвигуна NЕД ВК, кВт 25,15 19,44 19,11 Питома витрата електроенергії на підйом продукції, кВт·год/т 10,7 11,1 11,65 пр, МПа Дослідження впливу глибини установки насосу на параметри СШНУ Висновки 1. Для підвищення ефективності проектних робіт необхідно проводити чисельні експерименти за допомогою ППП. 2. На глибинах більш ніж 2000 м, необхідно адаптувати програму модуля № 4 для розрахунків 3-х ступеневої КШ. За замовчуванням розрахунки виконуються для 2-х ступеневої колони. 3. Використовуючи ППП проведено дослідження впливу глибини установки насоса на параметри СШНУ Список літератури 1. Ляпков П.Д. Подбор установки погружного центробежного насоса к скважине. Учебное пособие. –М.: МИНГ, 1987, 71 с 2. Силаш А.П. Добыча и транспортировка нефти и газа. Часть 1. Пер. с англ. – М. Недра. – 1980. 3. Справочник руководства по проектированию, разработке и эксплуатации нефтяных месторождений. Добыча нефти. / Под общ. ред. Ш.К. Гиматудинова – М.: Недра. – 1983. 4. Персиянцев М.Н. Добыча нефти в осложненных условиях. – М.: ООО «НедраБизнесцентр». – 2000. 5. Програмний модуль прогнозування гідродинамічних характеристик газорідинної суміші свердловини при механізованому видобутку нафти / Н.Г. Шевченко, О.Л. Шудрик. // Вісник НТУ «ХПІ». Серія: Математичне моделювання в техніці та технологіях. – Харків: НТУ «ХПІ», 2014. 6. ГОСТ Р 51896-2002 Насосы скважинные штанговые. 7. ГОСТ Р 51763-2001 Приводы штанговых скважинных насосов. Дякую, за увагу!
