Механические характеристики материала штанг

Марка стали	Предел текучести, МПа	Твердость по Бринелю, НВ	Допуск σпр, МПа	Диаметр насосов, мм	Вид обработки штанг	Условия эксплуатации
				28-95	Нормализация	Некорро-зионные
	28 - 43	Нормализация с поверхностным упрочнением ТВЧ	»
	55-95	Некорро-зионные
				28 - 95	Нормализация	Некоррозионные
				»	»	Коррозионные с Н2S
				28 - 43 55 - 95	Нормализация с поверхностным упрочнением нагревом ТВЧ	Некоррозионные
	28 - 95	Коррозионные
				28 - 95	Объемная закалка и высокий отпуск	Некоррозионые
	»	Коррозионные
				28 - 95	Закалка и высокий отпуск или нормализация и высокий отпуск	Некоррозионные
	»	Коррозионные

 

Затем определяют коэффициент запаса прочности штанг:

(4.9)

σт - предел текучести материала штанг.

Полученные расчетным путем параметры D и n могут оказаться нестандартными. Поэтому при заданном дебите определяют число качаний, которое надо иметь при использовании стандартного диаметра плунжера [27]:

(4.10)

где nр - расчетное число качаний; Dр - расчетный диаметр плунжера; Dст - стандартный диаметр плунжера.

Если n получается нестандартное, следует выбрать ближайший стандартный или изготовить шкив для электродвигателя необходимого диаметра:

(4.11)

где n - число качаний в мин; dp - диаметр шкива редуктора; i - передаточное число редуктора; nэл - частота вращения вала электродвигателя, мин^-1.

 

Пример расчета ШСНУ и выбора режима его эксплуатации

Задача 14

Выбрать станок-качалку, диаметр и тип насоса, штанг и НКТ и установить режимные параметры работы насоса для заданных условий: дебит скважины - 35 м3/сут, плотность нефти ρн = 850 кг/м³, глубина спуска насоса - 1400 м, коэффициент подачи насоса η = 0,7.

Решение.

По диаграмме А. Н. Адонина [24, 27], рис. 4.1 и 4.2, на пересечении проекций (Q = 35 м3/сут и L = 1400 м находим СК8 - 3,5 - 4000 и диаметр плунжера насоса 32 мм. При глубине > 1200 м следует выбрать вставной насос (выбираем НВ1Б-32-30-15).

Насосы НВ1Б предназначены для откачивания из нефтяных скважин маловязкой жидкости с содержанием механических примесей до 1,3 г/л и свободного газа на приеме не более 10% [17]. В качестве цилиндра в нем использован цельный безвтулочный цилиндр, характеризующийся повышенной прочностью, износостойкостью и транспортабельностью.

Для НВ-1Б-32 требуется НКТ: 32 + 28 = 60 мм - НКТ 60 x 5,0 мм. Действительно, по табл. 2.12 [17] к этому насосу требуется замковая опора ОМ-60, устанавливаемая в НКТ - 60 мм.

По табл. 2.1 - 2.3 выбираем штанги из углеродистой стали (σпр = 70 МПа) диаметр = 22 мм (31%) и диаметр = 19 мм (69%). При общей глубине спуска 1400 м длина секции штанг диаметром 22 мм - 434 м, диаметром 19 мм - 966 м.

Режимные параметры 7СК8-3,5 - 4000 по ГОСТ 5866 Sа = 1,7; 2,1; 3,0; 3,5 м - длина хода точки подвески штанг. Число качаний, n = 5 - 12 мин^-1.

Редуктор - Ц2П-750 с передаточным отношением i = 38, и диаметром шкива - 1000 мм.

Для обеспечения продолжительной работы СК следует принять максимальную длину хода и найти по диаграмме А. Н. Адонина максимальную производительность насоса диаметром 12 мм, которая может быть получена при работе станка-качалки на максимальных параметрах.

По диаграмме находим Рmах = 38 м³/сут.

При длине хода Smax = 3,5 м, число качаний по формуле (4.1) будет:

.

Определим параметры работы насоса аналитическим методом, исходя из минимума напряжений в штангах.

Зададимся стандартными значениями Sа и n и по формулам (4.2) - (4.4) определим Fпл и Dпл и составим табл. 4.5.

Таблица 4.5

№ реж	S, м	n	Fпл, см2	Dпл, см
	1,675		15,32	4,42
	2,1	12,9	14,21	4,25
	2,5	11,5	13,39	4,13
	3,0	10,2	12,58	4,00
	3,5	9,2	11,96	3,9
	12,45		6,186	2,81
	5,15		8,30	3,25
	3,35		9,58	3,49

 

Рис. 4.1. Диаграмма А Н. Адонина для выбора оборудования штанговой насосной установки при использовании базовых моделей СК.

Рис. 4.2. Диаграмма А. Н. Адонина для выбора оборудования штанговой насосной установки при использовании модифицированных моделей СК

 

Средняя масса двухступенчатой колонны штанг

где q1 и q2 - масса 1 п.м верхней и нижней секций штанг соответственно.

Таким образом, исходя из табл. 4.5 видно, что наиболее приемлемыми режимами работы насоса при среднем коэффициенте подачи насоса η = 0,7 являются 5-й и 4-й, однако диаметр плунжера при этих режимах получился больший.

Для выбора оптимального режима определим максимальные значения нагрузок в точке подвеса штанг по формуле (4.5):

где

Наиболее выгодным режимом будет 5-й, при котором Рmax = 53,2 кН наименьшая. Минимальную нагрузку найдем по формуле (4.6):

Определим максимальное и минимальное напряжения по формуле (4.7) и σпр по формуле (4.8):

По табл. 4.1 - 4.3 выбираем штанги из стали 20Н2М σпр. доп = 90 МПа для некоррозионных условий.

Коэффициент запаса прочности штанг составит (формула (4.9))

Определим необходимое число качаний при использовании стандартного диаметра плунжера (для 5-го режима это будет 38 мм). По формуле (4.10)

Для насоса НВ1Б-38-35-15 допустимы длина хода 3,5 м и глубина спуска 1500 м. Диаметр НКТ 73 x 5,5 мм.

(Определим диаметр шкива электродвигателя для нестандартного числа качаний по формуле (4.11):

Таким образом, в результате аналитического расчета мы увеличили диаметр насоса, НКТ, уменьшили число качаний с 11 до 9,4 мин^-1 и выбрали более прочные штанги из стали 20Н2М по сравнению с таблично-графическим расчетом.