Лаботаторная работа №6 определение коэффициента подачи штанговой скважинной насосной установки

1. Цель работы:

• Изучение принципа работы штанговой насосной установки;

• Снятие кривой действительной подачи насосной установки;

• Определение коэффициента подачи установки штангового насоса;

2. Теоретические основы

Рисунок 1 – Принципиальная схема штанговой скважинной установки

Штанговая скважинная насосная установка (ШСНУ) состоит из насоса 1, находящегося в скважине, и станка-качалки 6, установленного на поверхности у устья. Цилиндр 11 насоса укреплен на конце спущенных в скважину насосно-компрессорных (подъемных) труб 9, а плунжер 12 подвешен на колонне штанг 2. Верхняя штанга (полированный шток) соединена с головкой балансира 5 станка-качалки с помощью канатной подвески.

В верхней части цилиндра установлен нагнетательный клапан 10, а в нижней – всасывающий клапан 13. Колонна насосно-компрессорных труб, по которой жидкость от насоса поднимается на поверхность, заканчивается на устье тройником 3.

Сальниковое устройство в верхней части тройника предназначено для предотвращения утечек жидкости вдоль движущегося сальникового (полированного) штока. По боковому отводу в средней части тройника жидкость из скважины направляется в выкидную линию.

Возвратно-поступательное движение колонне насосных штанг передается от электродвигателя 8 через редуктор 7 и кривошипно-шатунный механизм станка-качалки.

Принцип действия насоса. При движении плунжера вверх всасывающий клапан 13 под давлением жидкости открывается, в результате чего жидкость поступает в цилиндр насоса. Нагнетательный клапан 10 в это время закрыт, так как на него действует давление столба жидкости, заполнившей насосные трубы. При движении плунжера 12 вниз всасывающий клапан 13 под давлением жидкости, находящейся под плунжером, закрывается, а нагнетательный клапан открывается и жидкость из цилиндра переходит в пространство над плунжером.

Коэффициентом подачи установки штангового насоса называется отношение действительной производительности штангового насоса Q_д к условной теоретической его производительности Q_ут

 (6.1)

Условная теоретическая производительность Q_ут определяется по формуле

(6.2)

где F_пл – площадь сечения плунжера насоса, м;

S – длина хода полированного штока, м;

N – число качаний балансира в секунду.

Коэффициент подачи учитывает:

• Степень наполнения цилиндра насоса;

• Возможные утечки жидкости из труб и насоса обратно в скважину;

• Возможное несоответствие истинного хода плунжера и хода полированного штока вследствие упругих деформаций штанг и труб;

• Возможное уменьшение объема нефти, замеренного в мернике по сравнению с объемом нефти, прошедшей через насос, вследствие ее разгазирования (усадка нефти).

По данным замеров дебита и вычисленным коэффициентам подачи штангового насоса можно судить о правильности установленного для скважины технологического режима или о неполадках в работе насоса.

3. Лабораторная установка

Действительная подача штангового насоса Q замеряется на поверхности в мернике. Для этой цели служит специальный прибор – дебитомер, записывающий кривую наполнения мерника. (Рисунок 1.2)

1 – барабан, 2 – часовой механизм, 3 – замерный шкив, 4 – перо, 5 – нить, 6 – ведущий шкив, 7 – поплавок, 8 – противовес, 9 – мерник, 10 – выкид мерника.

Рисунок 2 – Схема лабораторной установки

4. Порядок выполнения лабораторной работы

1. При данном положении пальца шатуна в отверстии кривошипа на модели станка-качалки измерить длину хода полированного штока (S).

2. Заправить барабан бумагой и перо чернилами, провести ось ординат перемещением пера по вертикальной образующей

3. Закрыть вентиль на выкиде мерника.

4. Пустить в работу станок-качалку и определить число качаний балансира в секунду (n).

5. В момент подачи жидкости пустить в ход часовой механизм.

6. После заполнения мерника жидкостью или поворота барабана на полный оборот отключить сканок-качалку и часовой механизм

7. Диаграммный бланк снять с барабана.

8. Открыть вентиль на выкиде мерника для слива жидкости.

Весь цикл работ повторить при других положениях пальца шатуна и при других диаметрах шкива электродвигателя.

5. Обработка полученных данных

Перпендикулярно поперечной оси ординат из точки пересечения этой оси с записанной линией проводим ось абсцисс (рисунок 1.3)

Рисунок 3 – Диаграмма записи действительной подачи

Выбираем на записанной линии точку «а» с координатами (t, h). Точка «а» должна быть как можно ближе к верхнему концу записанной линии. Масштаб записи прибора по оси ординат определяют по формуле

(6.4)

где D_ш – диаметр ведущего шкива, равный 0,077 м; ₁- диаметр нити поплавка, равный 0,001 ; d – диаметр замерного шкива, равный 0,039 м; ₂ – диаметр пера, равный 0,001 м.

Высота подъема уровня жидкости в мернике (высота взлива)

(6.5)

где h перемещение пера (ордината точки «а»), м.

Масштаб записи прибора по оси абсцисс

(6.6)

где T_об – время полного оборота барабана, равное 312 с; d_ - диаметр барабана, равный 0,076 м; p – толщина бумаги, равная 0,0001 м.

Время накопления жидкости в мернике

(6.7)

где t – абсцисса точки «а», м.

Общее количество жидкости, поступившей в мерник

(6.8)

Где F_M площадь сечения мерника, м. F_M =(d_M)²/4; d_M – внутренний диаметр мерника, равный 0,105 м.

Действительная производительность штангового насоса

(6.9)

Условная теоретическая производительность определяется по формуле (2)

, где ,d_пл – диаметр плунжера, равный 0,0178 м.

Коэффициент подачи определяется по формуле (1)

6. Контрольные вопросы

1. Объяснить принцип действия штанговой насосной установки.

2. Основные узлы штанговой насосной установки.

3. Дать определение коэффициента подачи.

4. Какие факторы учитывает коэффициент подачи?