Никишенко с. НГПром.оборудов

По оси абсцисс отложены глубины спуска насоса, по оси орди­ натзначение определяемого приведенного напряжения.

Номограмма состоит из трех систем шкал и линий.

-система I представляет собой совокупность сочетаний приме­ няемых диаметров насосов - 28; 32; 38; 44; 56; 70; 95 мм и штанг - 16; 19; 22; 25 мм. Наименьшему диаметру штанг соответствует верх­ няя точка на линии каждого насоса.

-система II в левой части выражает сочетания числа качаний

вминуту п = 6; 8; 10; 12; 14; 16; 18 и длины хода, обеспечиваемой при­

водом, S0 = 0,45; 0,6; 0,9; 1,2; 1,5; 1,8;. 2,4; 3,0.

- система III - вспомогательная и служит для расчета ступенча­ тых колонн. Расстояния между линиями этой системы и осью орди­ нат выражают величину уменьшения приведенного напряжения ant при переходе от ступени меньшего диаметра к ступени большего ди­ аметра.

Диаграмма позволяет решать прямую и обратную задачу. Прямая - по заданным значениям диаметров штанг и их длинам определяют приведенное напряжение, т.е. выбирают материал, из которого изго­ товлены штанги. Обратная - по заданному приведенному напряже­ нию определяют диаметр, длину и число ступеней штанг.

Порядок решения прямой задачи покажем на следующем приме­ ре. Определить значение приведенного напряжения snp в точке под­ веса штанг при глубине спуска насоса L = 1000 м,. диаметре плунжера насоса D = 44 мм, числе двойных ходов в минуту п = 12, длине хода полированного штока S0 = 1,8 м. Колонна ступенчатая: /f ~ 700 м,

d1 = 19 мм; 12 = 300 м, d2 = 22 мм.

Для определения величины напряжений соединяем начальную точку номограммы 0 с точкой 19, находящейся на пунктирной линии 44 системы /, а точку 2500 - с точкой, образованной пересечением линий п = 1 2 и 5 0 = 1 , 8 системы II.

Через точку 1000 на оси абсцисс проводим вертикаль до пересе­ чения с прямой 0—19 в точке А. Через эту точку проведем прямую, параллельную линии 2500- (12-1,8), до пересечения в точке е с пер­ пендикуляром, восстановленным к оси абсцисс через лежащую на ней точку 300.

Из точки е опускаем вертикаль длиной, равной отрезку e'd'- расстоя­ нию между осью ординат и переводной линией 0- (19-22) системы III.

Через точку D проводим прямую DB, параллельную линии 2500- (12-1,8), до пересечения с осью ординат в точке В.

Ордината ОВ будет выражать собой приведенное напряжение

вточке подвеса штанг для данной колонны, равное 6,3 кгс/мм2.

Спомощью номограммы можно просто решить и обратную зада­ чу. Рассмотрим такой пример:

-1 7 2 -

а тах = 9 кгс/мм2, диаметр насоса D = 38 мм, глубина спуска X, - 1920 м, число ходов в минуту п - 12, длина хода Sg = 1,8.

Назначим диаметр нижней, т. е. первой ступени колонны 19 м и определим ее длину. Для этого соединим точку 0 номограммы с точ­ кой 19, находящейся на пунктирной линии, соответствующей насосу 38 мм, а точку 2500 с точкой 12-2,8 системы II (по аналогии с реше­ нием предыдущей задачи).

Через точку а пересечения линий 0-19 с вертикалью 1920-а про­ водим прямую, параллельную линии 2500- (12-1, 8), до пересече­ ния ее в точке с с горизонталью 9, соответствующей максимальному допустимому значению напряжений. Из этой точки опускаем перпен­ дикуляр cd, равный по высоте отрезку bd" между переводной линией 0- (19-22) и осью ординат. Через точку d отрезка cd снова проводим прямую, параллельную линии 2500- (12-1,8), до пересечения в точ­ ке с" с горизонталью 9. Продолжая аналогичное построение до пере­ сечения линий fb с осью ординат, получим число ступеней, равное 3, а длины /, = 1920 - 1100 = 820,12 = 1100 - 530 - 570,1} = 570.

Таким образом, с достаточной для практики точностью можно быстро проверить, удовлетворяет ли имеющаяся колонна условию прочности - пример I, либо по заданным напряжениям подобрать конструкцию колонны.

Вопрос 4.20. Утяжеленный низ колонны штанг

Анализ обрывов колонны штанг при работе с насосами различ­ ных диаметров показал, что их разрушение при работе с насосами малых диаметров происходит в основном в верхней части колонны, а при работе с насосами больших диаметров - в нижней части колон­ ны. В средней части колонны обрывы редки.

Обрывы штанг в верхней части колонны обусловлены усталост­ ными растягивающими напряжениями, величина которых в нижней части мала. Причина обрыва штанг в нижней части у насоса - про­ дольный изгиб штанг, приводящий к увеличению амплитуды напря­ жений . При увеличении диаметра плунжера и числа качаний уве­ личивается как сила трения плунжера о стенки цилиндра, так и сила, обусловленная гидравлическим сопротивлением при прохождении жидкости через канал в плунжере и нагнетательный клапан. Суммар­ ная сила сопротивления при движении вниз плунжера насоса диа­ метром 70 ... 120 мм составляет 2,5 ... 3 кН.

Для устранения продольного изгиба нижней части колонны штанг применяют утяжеленный низ (рис. 4.33), собираемый из сплошных штанг большого сечения диаметром 40 мм. Он состоит из секций дли­ ной 4 ... 5 м, весом около 60 кг. Чем больше диаметр насоса, тем боль­ шее число секций должен иметь утяжеленный низ. Так, например,

- 1 7 3 -

Рис. 4.33. Утяжеленный низ колонны штанг:

1- штанги; 2 - переводник,

3 - соединительная муфта;

4 - переводник к насосу

3-4 секции предотвращают заедание плунжера. Вес низа выбирается таким, чтобы обеспечить работу его верхней штанги в режиме растяжения. В против­ ном случае возможен быстрый выход из строя штанги, соединенной с низом, в ре­ зультате дополнительных напряжений от изгиба.

Для предупреждения аварий (обрыва штанг) и выяснения их причин необходи­ мо ведение документации, в которой дол­ жно быть отражено:

-дата спуска штанг;

-марка стали и вид поверхностной об­ работки и термообработки;

-число и размер штанг колонны;

-номер оборвавшейся штанги (ее ме­ сто в колонне);

-место обрыва в штанге (по резьбе, по телу штанги, по муфте);

-режим работы скважинного насоса и его изменения.

Вопрос 4.21. Эксплуатация, транспортировка и хранение штанг

Работоспособность насосных штанг в большей степени зависит от соблюдения правил их эксплуатации,транспортиров­ ки и хранения. Для максимального уве­ личения срока службы штанг и межре­ монтного периода необходимо соблюдать следующие правила.

1. Нельзя допускать составление колонны или отдельных ее сту­ пеней из штанг, изготовленных из разных марок сталей. На случай об­ рыва следует иметь на мостах 3 ... 4 запасные штанги с надетыми на резьбу предохранительными колпачками,

2. Надежная работа резьбовых соединений обеспечивается пра­ вильным свинчиванием штанг. Исправное резьбовое соединение дол­ жно свободно свинчиваться «от руки» до соприкосновения торца муфты с буртом штанги.

При свинчивании должны соблюдаться следующие оптимальные соотношения диаметра штанг и крутящего момента: 16 мм - 300 Н-м, 19 мм - 470 Нм, 22 мм - 700 Нм, 25 мм - 1070 Н-м

174-

При разборке колонны запрещается обстукивание муфты ключом. С трудом развинчиваемое соединение необходимо разбирать, ис­ пользуя ключ с рукояткой длиной 1 м. Штанги и муфты с повреж­

денными торцами и не дающие плотного стыка следует браковать.

3.При спуске или подъеме колонны штанг необходимо следить за правильностью зарядки элеватора. В противном случае возможен изгиб штанги. Изогнутые штанги нельзя выпрямлять, их бракуют. Лучший способ хранения штанг при подземном ремонте - их подве­ шивание на люстре.

4.Наиболее часто встречающаяся причина изгиба штанг - непра­ вильное их хранение и транспортировка. Штанги поставляются в паке­ тах с плотно навинченными на один конец муфтами. Для предохране­ ния резьбы от повреждения на концы штанг навинчиваются предохра­ нительные колпачки, а муфты закрываются деревянными пробками.

При погрузке и выгрузке пакетов со штангами необходимо исполь­ зовать автокран со специальной траверсой, имеющей не менее трех подвесок. Подъем более одного пакета не разрешается.

5.Хранить штанги необходимо в пакетах, уложенных на стеллажах.

6.При транспортировке штанг нельзя допускать их провисания, для чего используют специальные приспособления. Не допускается совместная перевозка штанг и других предметов. Штанги перевозят­ ся на специальных агрегатах АПШ, смонтированных на базе ЗИЛ531В. Эти агрегаты обеспечивают механизированную погрузку и раз­ грузку насосных штанг.

Вопрос 4.22. Насосно-компрессорные трубы

При штанговой эксплуатации каналом для подъема жидкости от насоса на поверхность служат насосно-компрессорные трубы. В ряде случаев, например в установках беструбной эксплуатации, колонна НКТ отсутствует. Ее функции выполняют либо полые штанги, либо эксплуатационная колонна. Насосно-компрессорные трубы приме­ няют не только при всех способах эксплуатации нефтяных скважин, но и при подземном ремонте - промывке песчаных пробок, гидрораз­ рыве пласта, солянокислой обработке и т. д.

Условия работы труб при штанговой эксплуатации наиболее тя­ желые: нагрузка на трубы определяется не только собственным ве­ сом колонны, но и циклической нагрузкой, обусловленной весом от­ качиваемой жидкости, а также силами трения. Кроме того колонна труб должна выдержать дополнительную нагрузку - вес штанг в слу­ чае их обрыва. Помимо этого они подвергаются изгибу при искрив­ ленном стволе скважины и воздействию коррозионной среды.

Тяжелые условия работы труб предопределяют их материал и тех­ нологию производства: их изготавливают методом горячей прокатки

- 1 7 5 -

- 1 7 6 -

- 1 7 7 -

(4.18)

1 7 8 -

В зависимости от глубины подвески насоса допустимый коэффи­ циент кинематического совершенства изменяется и для глубоких скважин должен быть т < 1,3.

Вопрос 4.25. Силы, действующие в точке подвеса штанг

Нагрузка в точке подвеса штанг балансирного станка-качалки обусловлена:

-статическими нагрузками от силы тяжести жидкости и штанг, сил трения плунжера в цилиндре и штанг о трубы;

-силами инерции движущихся масс, возникающими при движе­ нии с ускорением колонны штанг, и столба жидкости;

-динамическими нагрузками, возникающими в результате виб­ рации штанг.

Практическое значение имеют суммарные минимальные и мак­ симальные нагрузки на штанги, величина которых может быть опре­ делена либо непосредственно изменениями - динамометрированием, либо рассчитана.

Как уже было показано, максимальная величина статической на­ грузки будет при ходе штанг вверх

С учетом сил инерции максимальная нагрузка в точке подвеса штанг будет:

Р	=Р	+Р		b	+P -=-^~			(4 20)
' m a x	*	ж	*	_| "р	шт		ЛЛЛГ. '	V 4 ^ u )
Минимальная нагрузка определится по формуле:
				Р	S		1-1
Р =Р Ь --0Я-- — -Ф2								(4.21)
гшп	'	шт	^	о	п.		I
						v
				8	2

насосагде РвжЯ;- вес жидкости находящейся над плунжером скважинного

Ршя - вес колонны штанг в воздухе в Я;

- 179 -

- 1 8 0 -