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

= 0,1/(1 + 0,148){(1 + 0,148)/(1 + 0,148*4,4/8,69) - 1} = 0,06 

ηнап3 = (1 - lут)/(1 + R) – δη3 = (1 – 0,027)/(1 + 0,148) – 0,06 = 0,79 

Определим коэффициент наполнения также для  процесса неравновесного и при полной сепарации фаз по формуле IV.50: 

ηнап.ч. = (1 - lут)/(1 + R) = (1 – 0,027)/(1 + 0,148) = 0,85 

По формуле  И.М.Муравьёва IV.51: 

ηнап. = 1 – βвс(mвр + 1) = 1 – 0,125(0,1 + 1) + 0,86

Вероятные средние значения коэффициента наполнения ηср и соответствующие максимальные абсолютные отклонения δi соответственно по формулам IV.53 и IV.54: 

ηнап.i ср = (ηнап.ч. + ηнап.i)/2

ηнап.2 ср = (0,85 + 0,83)/2 = 0,84

ηнап.3 ср = (0,85 + 0,79)/2 = 0,82 

δi = + ηδ/2g , δi = - ηδ/2g

δ2 = + 0,006 , δ2 = - 0,006

δ3 = + 0,003 , δ3 = - 0,003 

При дальнейших расчётах принимаем ηнап = 0,86. Коэффициент ηр.г., учитывающий усадку нефти, вычисляем по формуле IV.55: 

ηр.г. = 1 – (bж (Рвс.ц.) – 1)(1 - В)/ bж (Рвс.ц.) = 1 – (1,1-1)/1,1 = 0,91 
 

    13.Определяем  подачу насоса Wнас, обеспечивающую запланированный дебит нефти при получившемся коэффициенте наполнения по IV.197: 

Wнас =  Qж(Рвс.ц.)/ ηнап = 4,19*10^-4/0,86 = 4,87*10^-4 м³/с 

При известном  диаметре насоса можно определить необходимую  скорость откачки, пользуясь формулой IV.15: 

Sплn = 4Wнас/πD⁴пл = 4*4,87*10^-4/3,14(0,055) ⁴ = 20,5м/мин 

По диаграмме  А.Н.Адонина для заданного режима рекомендуется использовать станки – качалки СК4 – 2,1-1600 по ГОСТ 5866 – 76.

Выбираем  Sпл = 2 м, n = 11 кач/мин, N = 0,18 1/с 

    14.При  выборе конструкции штанговой  колонны, вначале воспользуемся  таблицами АзНИИ ДН. По таблице  IV.8 для насоса Ø55 мм выбираем одноступенчатую колонну штанг из углеродистой стали 40(σпр = 70 МПа) диаметром 19 мм, Предварительно установим значения следующих коэффициентов: 

m = Dтв/dшт

m19 = 76/19 = 4 

Мшт = 1/((m² + 1)lnm/(m² - 1) – 1) 

Мшт19 = 1/(17*0,61/15) = 1,75 

mм = Dтв/dмуфт

mм19 = 76/42 = 1,81 

Ммуфт = 0,032/((m²м + 1)lnmм/(m²м - 1) – 1)

Ммуфт19  = 0,032/0,077 = 0,42 
 

Площадь плунжера насоса: 

Fпл = πD² пл/4 = 23,7*10^-4 м² 

Гидростатическая  нагрузка: 

Рж = (Рвыкл – Рвс.ц.)Fпл = (8,9– 4,4)10⁶*23,7*10^-4 = 9717 Н 

Коэффициенты  динамичности при ходе вверх m_в и вниз m_н, а также плавучести штанг К_арх и вспомогательный множитель М устанавливаются по: 

mв = Sплn²/1440 = 2*11²/1440 = 0,168 

mн =  Sплn²/1790 = 2*11²/1790 = 0,135 

М = 0,2Карх + 0,6 mв + 0,4 mн = 0,2*0,79 + 0,6*0,168 + 0,4*0,135 = 0,31 

Сила гидродинамического трения, действующая на единицу длины колонны, рассчитывается по следующим формулам: 

qтр i = 2π² _{ж ж.} SплN(Мшт I + Муфт i) 

qтр1 = 2π²*3*10^-6*820*2*0,25(1,75 + 0,42) = 0,023Н/м 

Далее определим  силы сопротивлений, сосредоточенные у плунжера Ртр.пл: 

Ркл.н. = Δ Ркл.н Fпл = 1,9*10⁴*23,7*10^-4 = 45 Н 

Ртр.пл. = (1,65Dпл/δ) – 127 = 780 Н 

Вес «тяжёлого  низа» принимаем равным сумме  сил сопротивления, сосредоточенных  у плунжера:

Рт.н. = Ркл.н. + Ртр.пл. = 45 + 780 = 825 Н 
 
 

 Оценим необходимую  длину «тяжелого низа», если  его выполнить из штанг диаметром 25 мм: 

lт.н. = Рт.н./ qшт Карх = 825/41*0,79 = 25 м 

    15.Рассчитаем  потери хода плунжера и длину  хода полированного штока: 

λшт = РжLн/(E* fшт )= 0,073 

λтр = РжLн/Еf'тр = 9,7*10³*420/2*10¹¹*16,8*10^-4 = 0,012 м 

λ = λшт + λтр = 0,073 + 0,012 = 0,085 м 

Критерий динамичности φ для данного режима: 

φ = ωLн/a = 2πN Lн/a = 2*3,14*0,18*420.4600 = 0,103 

Поскольку φкр = 0,14(таблица II.3), то φкр < φ и длину хода полированного штока S можно определить по формулам IV.24 и IV.26: 

S = Sпл + λ =2,085  м 

S = 2,1 м

  

Для дальнейших расчётов принимаем ближайшую стандартную длину станка – качалки СК4 – 2,1-1600. S = 2,1 м, тогда для сохранения прежней скорости откачки определяем уточнённое число качаний:

N = 2,085*0,18/2,1 = 0,248= 14,9 кач/мин

ω = 2πN = 2*3,14*0,248 = 1,56 рад/с 

Длина хода плунжера при S = 2,1: 

Sпл = S – λ = 2,1-0,085 = 2,015

ηλ =  Sпл/S = 2,015/2,1 = 0,96 

    16.Перейдём  к определению нагрузок, действующих  в точке подвеса штанг. Соответственно вес колонны штанг в воздухе и в жидкости с учётом веса «тяжёлого низа». 

Ршт = qшт1(Lн – lт.н.) + qт.н. lт.н = 23,5(420 - 25) +  41*25 =10,31 кН 

Р'шт = Ршт Карх = 10,31*0,79 = 8,14кН 

Вычислим предварительно коэффициенты mω и ψ в формулах А.С.Вирновского: 

mω = (ω²S/g)^1/2 = (1,54²*2,1/9,8) ^1/2 = 0,52

ψ = λшт/λ = 0,073/0,085 = 0,86 

Принимаем α1 = α2 = а1 = а2 = 1(для упрощённого расчёта)

Определим вибрационную и инерционную составляющие по формулам IV.62 – IV.65: 

Рвиб = α mω((аψ – λшт/S)PштРж) ^1/2 = 1*0,52((0,86 – 0,073/1)9,7*10,3) ^1/2 = 4,72 кН 

Рин = α m²ω(а - 2λшт/Sψ) Ршт/2 = 0,52²(1 – 2*0,073/1*0,86)10,3/2 = 1,28 кН 

Исследованиями  установлено, что вибрационная составляющая экстремальной нагрузки не может  быть больше, чем гидростатическая. Следовательно,  результат расчёта по формуле IV.64 получится завышенным. Поэтому примем: 
 

Рвиб = Рж = 9,7 кН

Рmax = Р'шт + Рж + Рвиб + Рин = 18,14+ 9,7 +1,3 = 23,9 кН