ство (10—15% расхода добываемой нефти) или воды (для по лучения двухфазного потока нефти в воде), подогревом откачи ваемой жидкости у приема насоса или закачкой горячего тепло носителя в затрубное пространство. Известны также различные технологические схемы насосной добычи, согласно которым штанги помещают в среду маловязкой нефти или воды в НКТ, а продукция скважины поднимается по затрубному простран ству выше пакера.
При обводненности продукции пв = 0,4—0,8 водонефтяные эмульсии обладают высокой вязкостью, а гидродинамические силы трения достигают наибольшего значения. Если эмульсия неустойчивая, то на забое накапливается вода, что вызывает рост забойного давления. С целью снижения забойного давле ния можно применить хвостовик или увеличить глубину спуска насоса, если этому не препятствует степень загруженности станка-качалки. При откачке эмульсии типа «нефть в воде» возрастают износ, утечки, снижается усталостная прочность штанг, повышается их обрывность.
Особенности эксплуатации искривленных и наклонно направленных скважин
При большой кривизне ствола скважины (на месторождениях Западной Сибири целесообразно размещение наклонных сква жин кустами) наблюдается интенсивное истирание насосно компрессорных труб и штанг вплоть до образования длинных щелей в трубах или обрыва штанг. Для медленного проворачи вания колонны штанг и плунжера «на заворот» при каждом ходе головки балансира с целью предотвращения односторон него истирания штанг, муфт и плунжера, предотвращения от винчивания штанг и удаления парафина при использовании пластинчатых скребков применяют штанговращатель. Он со стоит из круглого зубчатого диска, закрепленного на устьевом штоке горизонтально, и храпового механизма с шарнирным зу бом и рычагом, который тросом соединяется с неподвижной точкой. При каждом качании балансира трос натягивается и по средством храпового механизма поворачивает диск и соответ ственно штанги на один шаг зубчатого диска. Штанги делают один оборот за число качаний, равное количеству зубьев в ди ске по его периметру.
Для уменьшения износа трение скольжения заменяют тре нием качения путем использования муфт-вставок, снабженных роликами. Принимают режим откачки, характеризующийся большим S и малым п. С целью предотвращения образования осадка песка на штанговой колонне устанавливают скребки-за- вихрители.
§ 9.6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИН ШТАНГОВЫМИ НАСОСНЫМИ УСТАНОВКАМИ
Из уравнения (9.2) подачи ШСНУ следует, что подачу Q можно повысить увеличением площади сечения плунжера F (диаметра насоса dB), числа качаний п, длины хода устьевого штока S и коэффициента подачи а п. Однако с ростом F увели чиваются нагрузки на штанги и, следовательно, уменьшается длина хода плунжера вследствие упругих деформаций щ-ганг и труб, что может привести не к повышению, а к снижению Q за счет уменьшения а п. Увеличение п приводит к росту динамиче ских нагрузок на штанги и СК. Увеличение S ограничивается конструкцией СККроме этого, для СК ограничен максималь ный крутящий момент Л4кр на валу кривошипа (или редуктора):
Л4кр. max — Рж^бал/(2т|м) |
(9.70) |
или более точно с использованием динамограммы |
|
Мкр. шах '= (73щах ^ш]п) ^6ал/(.2т]м)> |
(9.71) |
где /бал — длина переднего плеча балансира СК; *1м — механи ческий коэффициент полезного действия СК от канатной под вески до вала редуктора (riM—0,85). Значит, увеличение F (тоже dB) и п приводит к росту нагрузок на штанги, что сопровожда ется повышением частоты аварий со штангами (обрывы, отво роты). В настоящее время считается, что от параметров от качки (Q, пв, dB, L, п) зависит только частота аварий со штан гами, на которые приходится 25—40 % от общего числа аварий подземной части ШСНУ, а частота прочих аварий от них не за висит (износ и выход из строя насоса, его элементов и др.). А. С. Вирновский на основании теоретических и эксперимен тальных данных предложил формулу для расчета вероятной ча стоты аварий со штанговой колонной (число обрывов на сква жине в год)
^, / d„ \3 .2 7 K '+0.13 |
, I |
Ч2К '+ 1 |
■ |
<9-72) |
**-сЧ-гг) |
Ы |
|
где С', К' — коэффициенты, которые зависят соответственно от предела усталостной прочности (свойств материала штанг) и свойств откачиваемой жидкости и материала штанг; L — длина колонны штанг, м. Величины С' и К' определяют путем стати стической обработки практических данных. Для условий ряда нефтяных месторождений Бакинского нефтепромыслового рай она для штанг из углеродной стали при средних значениях L, п и отсутствии осложнений С'п=0,533; /('=0,75—1, а при боль
ших значениях |
L, п и |
откачке коррозионных жидкостей |
/('= |
||
= 1—2. Примем |
К'= 1. |
Тогда из |
формулы (9.72) следует, |
что |
|
•уобр прямо пропорционально п в |
первой степени, |
a dB прибли |
|||
зительно в кубе. Частота аварий у0бР не зависит |
от S, однако |
||||
при больших S силы инерции заметно увеличивают амплитуду и максимальную нагрузку, что несколько повышает у0бР.
Таким образом, на основании изложенного приходим к вы воду, что правильно назначенный режим откачки должен ха рактеризоваться максимальным S, соответствующим данному станку-качалке, минимальным F (тоже da), а число качаний п вычисляется из формулы подачи (9.7). Во всех случаях надо стремиться к увеличению а„. В настоящее время применяют две расчетные методики, отличающиеся полнотой учета конкретных условий. Рассмотрим каждую методику более подробно.
Выбор насосного оборудования и первоначального режима откачки с помощью диаграмм А. Н. Адонина и таблиц
Расчет с использованием диаграмм и таблиц является наиболее
простым и применяется |
при оперативном решении задачи. |
|
А. Н. Адонин построил |
диаграммы зависимости подачи |
Q |
ШСНУ от глубины спуска |
насоса L. Диаграмма разделена |
на |
области применения стандартных СК, внутри которых выде лены поля стандартных диаметров насосов dH (рис. 9.10). При построении диаграмм принято: коэффициент наполнения насоса а н=0,85 как средний за межремонтный период без учета влия
ния газа; плотность жидкости |
р= 900 кг/м3, погружение |
насоса |
под динамический уровень |
h = 0, устьевое давление |
/?2= 0 . |
Штанговые колонны подобраны для условий наибольшей на грузки для каждого СК и каждого диаметра насоса dH, а при веденные напряжения в штангах не превышают 120 МПа. Пре дельные глубины L определены двумя параметрами СК: а) мак симально допустимой нагрузкой на балансир в точке подвеса штанг, рассчитываемой по формулам А. С. Вирновского; б) максимальным допускаемым крутящим моментом на валу редуктора, вычисляемым по эмпирической формуле Р. А. Рама
занова: |
(9.73) |
Мкр. шах = S [300 2,4 (Рmax Pmln)l> |
где величины измеряют: Миртах В Н*м; S — м; Ртах и Рmin— Н. Нагрузки и Мкртах рассчитаны для максимальных длины хода, числа качаний и массы принятой штанговой колонны.
Порядок выбора оборудования и режима откачки следую щий. Фактическая глубина спуска насоса
L = к'л + h = (Я - Ад) + А, |
(9.74) |
где hA' — расстояние от устья скважины до |
динамического |
уровня Лд; Я — глубина скважины. Величину Лд определяют из уравнения притока (5.14) при показателе я=1, т. е.
Ра____Pan — QIKв |
(9.75) |
|
Рё Рё
Величину |
h рассчитывают |
по |
давлению на |
приеме насоса |
|
с использованием формулы |
(9.26) |
или принимают с учетом гид |
|||
равлических |
сопротивлений |
в |
приемном клапане |
(см. § 9.3) и |
|
вреднего влияния газа (см. § 9.5). Тогда получают связь между глубиной спуска насоса L и подачей Q для условия совместной и согласованной работы пласта и насосного подъемника
L = Н — Рпл ~ QIKo -f h. |
(9.76) |
Рё |
|
Для учета р2 и рп? рассчитывают приращение расчетной глу
бины спуска насоса |
|
AL = — (р-2~ Рпр) , |
(9.77) |
Яш |
|
где qm— средний вес 1 м штанговой колонны. Условная расчет ная глубина спуска насоса
LP= L+AL |
(9.78) |
или |
|
Lp —Н— рпл ~ QIKn- + h + M . |
(9.79) |
Р8
Эта зависимость представлена на рис. 9.10 линией 1. При заданном дебите Q скважины по Q w Lp на диаграмме находят тип СК и диаметр насоса (в качестве примера на рис. 9.10 по* казан выбор 8 СК-12-3,5-8000 и d„=55 мм). Дальше принимают «S=Smax (указано в шифре СК), а для получения заданного Q уточняют число качаний балансира п из пропорции
n/rtmax = |
Q/Q max» |
(9.80) |
где птах — максимальное число |
качаний данного |
С К ; Qmax — |
максимальная подача, соответствующая верхней границе поля насоса данного диаметра.
Затем выбирают тип насоса и группу посадки в зависимости от подачи, высоты подъема и вязкости жидкости, обводненно сти, содержания газа и песка. Диаметр НКТ выбирают по таб лице в зависимости от типа и диаметра насоса, а конструкцию колонны штанг — от диаметра и глубины спуска насоса.
Пример. Выбрать насосное оборудование и режим откачки с помощью диаграмм А. Н. Адонина. Исходные данные: Q = 25 т/сут; /Со=Ю~5 т/(ПаХ
Хсут); рпл = Ю МПа; # = 2500 м; |
р= 880 кг/м3; |
газа в продукции мало. |
||||
Решение. Вычисляем |
= £ 10-106 — |
j |
(880-9,81)=868 м; |
прини |
||
маем h—50 м; рассчитываем L= 2500—868+50=1682 м; по диаграмме |
нахо |
|||||
дим: dH= 28 (мм; 7СК 12-2,5-4000; |
принимаем 5 = S max= 2,5 м и |
уточняем п— |
||||
—13 • 25/25,1 = 12,95. Для |
данной глубины принимаем насос НСВ-1, тогда |
|||||
при диаметре 28 мм требуются 60 мм НКТ. (по табл. IV.25 [8]). Принимаем |
||||||
двухступенчатую колонну |
штанг: |
диаметром |
22 |
мм — длина |
1682*0,28= |
|
= 471 м и 19 мм —длина |
1682*0,72=1211 м (табл. |
IV.9 [8]). |
|
|
||
В последующем на основе измерений дебита и динамометрирования корректируют найденные L и параметры режима от качки, чтобы получить заданный дебит при высоком коэффици енте наполнения насоса. На практике могут возникнуть ослож нения в работе запроектированной установки. Они обусловлены отсутствием полной исходной информации и невозможностью ее учета при таком детерминированном подходе. Поэтому на ходят все более широкое применение методики оптимизации ра боты насосных скважин, основанные на вероятностно-статисти ческом учете влияющих факторов и использовании ЭВМ.
Выбор штанговой насосной установки и режима откачки с использованием кривых распределения давления
Данная методика позволяет более полно учесть условия от качки, в частности наличие свободного газа. Ее применение це лесообразно для оптимизации работы установки. Возможность обеспечения заданного дебита Q регулированием многих техно логических и конструктивных параметров придает задаче мно говариантный характер и требует творческого ее решения, ос новные принципы которого сводятся к следующему.