Механические характеристики материала штанг

 

Марка стали	Предел текучести, МПа	Твердость по Бринелю, НВ	Допуск σпр, МПа	Диаметр насосов, мм	Вид обработки штанг	Условия эксплуатации
111	320	217	70	28-95	Нормализация	Некорро-зионные
			120	28 - 43	Нормализация с поверхностным упрочнением ТВЧ	»
			100	55-95		Некорро-зионные
	390	200	90	28 - 95	Нормализация	Некорро­зионные
			60	»	»	Коррозионные с Н2S
			130 110	28 - 43 55 - 95	Нормализация с поверхност­ным упрочне­нием нагревом ТВЧ	Некорро­зионные
			100	28 - 95		Коррози­онные
	520	260	100	28 - 95	Объемная за­калка и высо­кий отпуск	Некоррозионые
			70	»		Коррози­онные
	630	255	100	28 - 95	Закалка и вы­сокий отпуск или нормали­зация и высо­кий отпуск	Некорро­зионные
			90	»		Коррозионные

 

Затем определяют коэффициент запаса прочности штанг:

, (2.9)

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]:

, (2.10)

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:

, (2.11)

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

Задача 8. 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] 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 (2.1) будет:

.

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

Зададимся стандартными значениями Sа и n и по формулам (2.2) - (2.4) определим Fпл и Dпл и составим табл. 2.5.

Таблица 2.5

№ реж	S, м	n	Fпл, см2	Dпл, см
1	1,675	15	15,32	4,42
2	2,1	12,9	14,21	4,25
3	2,5	11,5	13,39	4,13
4	3,0	10,2	12,58	4,00
5	3,5	9,2	11,96	3,9
6	12,45	5	6,186	2,81
7	5,15	9	8,30	3,25
8	3,35	12	9,58	3,49

 

Средняя масса двухступенчатой колонны штанг

,

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

Таким образом, исходя из табл. 2.5 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 (2.5):

где

;

Наиболее выгодным режимом будет 5-й, при котором Рmax = 53,2 кН наименьшая. Минимальную нагрузку найдем по формуле (2.6):

Определим максимальное и минимальное напряжения по формуле (2.7) и σпр по формуле (2.8):

По табл. 2.1 - 2.3 выбираем штанги из стали 20Н2М σпр. доп = 90 МПа для некоррозионных условий.

Коэффициент запаса прочности штанг составит (формула (2.9))

Определим необходимое число качаний при использовании стандартного диаметра плунжера (для 5-го режима это будет 38 мм). По формуле (2.10)

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 (2.11):

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.