Выбор и расчет оборудования для депарафинизации нефтяных скважин в условиях НГДУ "ЛН"

Выбор и расчет оборудования для депарафинизации нефтяных скважин в условиях НГДУ "ЛН"

dВН - внутренний диаметр НКТ, м ;

dШТ. - диаметр штанг, м;

v в - скорость восходящего потока, м/с;

на 1 скорости:

Р3 = 1,1·0,04·1450·707·0,42/[2·(0,062 – 0,022)] = 0,09·106 Па

на 2 скорости

Р3 = 1,1·0,04·1450·707·0,82/[2·(0,062 – 0,022)] = 0,361·106 Па

на скорости 3

Р3 = 1,1·0,04·1450·707·1,62/[2·(0,062 – 0,022)] = 1,443·106 Па

на скорости 4

Р3 = 1,1·0,04·1450·707·2,912/[2·(0,062 – 0,022)] = 4,775·106 Па

Гидравлические сопротивления на выходе агрегата ЦА-320 при обратной промывке ничтожно малы, при расчете их не используют.

5. Давление на выкиде насоса:

Рв = Р 1+ Р 2+ Р 3; (13, стр.196) (2.4)

На 1 скорости:

Рв = 0,0071·106 + 1,607·106 + 0,09·106 = 1,704·106 Па;

На 2 скорости:

Рв = 0,0339·106 + 1,607·106 + 0,361·106 =2,002·106 Па;

На 3 скорости:

Рв = 0,0696·106 + 1,607·106 + 1,443·106 =3,120·106 Па;

На 4 скорости:

Рв = 0,263·106 + 1,607·106 + 4,775·106 =6,645·106 Па.

6. Рассчитываем мощность насоса:

N = Pв·Q/η, (13, стр.197 ) (2.5)

где η - К.П.Д насоса,

η = 0,65;

на 1 скорости:

N =1,704·106 Па·1,4/0,65 = 3,67 кВт;

на 2 скорости:

N =1,704·106 Па·2,55/0,65 = 6,68 кВт;

на 3 скорости:

N =1,704·106 Па·4,8/0,65 = 12,58 кВт;

на 4 скорости:

N =1,704·106 Па·8,65/0,65 = 22,68 кВт.

7. Использование максимальной мощности:

К =  (13, стр. 197) (2.6),

где максимальная мощность насоса Nmах = 130 кВт;

на 1 скорости:

К = 3,67·100/130 = 2,82%;

на 2 скорости:

К = 6,68·100/130 = 5,14%;

на 3 скорости:

К = 12,58·100/130 = 9,68%;

на 4 скорости:

К = 22,68·100/130 = 17,45%.

8. Скорость подъёма дистиллята в Н.К.Т.

v п =v в                           (13, стр.197) (2.7),

на 1 скорости v п = 0,4 м/с

на 2 скорости v п = 0,8 м/с

на 3 скорости v п = 1,6 м/с

на 4 скорости v п = 2,91м/с

где значения v в выбраны по таблице Х.2 стр. 192 (1).

9. Продолжительность подъёма дистиллята в НКТ с разрыхлением парафина и его выносом:

t =HHKT/ v п (13, стр.197) (2.8),

на 1 скорости:

t =1450/0,4 = 3625 сек. = 60,42 мин.;

на 2 скорости:

t =1450/0,8 = 1812,5 сек. = 30,21 мин.;

на 3 скорости:

t =1450/1,6 = 902,25 сек. = 15,10 мин.;

на 4 скорости:

t =1450/2,91 = 498,28 сек. = 8,30 мин.

В НГДУ «ЛН” применяется для промывки скважин нефтедистиллятной смесью комплекты из агрегата ЦА-320 на базе КрАЗ-257 и автоцистерны на базе КамАЗ - 5220 емкостью 8 м3.

Из гидравлического расчета промывки скважины видно, что оптимальный режим работы агрегата осуществляется на 3 скорости, т.к. при этом режиме происходит наилучшее вымывание парафина с НКТ и соблюдаются технические условия безопасности работы с горючим материалом - давление выкида насоса меньше или равно 7 МПа.

Из условий наименьших гидравлических сопротивлений промывку желательно начинать на 1 скорости, производительностью 1,4 л/с, с постепенным наращиванием расхода (т.е. переходом на 2-3 скорости)

Продолжительность промывки на 3 скорости (объём 8 м3) составит 15,10 минут. При окончании промывки в обратной последовательности опускаемся до 1 скорости и заканчиваем промывку.

Схема размещения оборудования при промывке скважин нефтедистилятной смесью

Применение ингибиторов различного типа

Наиболее эффективным методом борьбы с парафином является химический метод, который основан на добавке в поток жидкости при помощи агрегатов ЦА 320 М и АКПП -500, ДРС и ДРП-1, а также УДЭ и УДС, химических реагентов способных гидрофилизации стенок труб, увеличению числа центров кристаллизации парафина в потоке, повышению дисперсности частиц парафина в нефти.

Такими растворителями могут быть водо- и нефтерастворимые ПАВ.

Существует множество типов отечественных и импортных ингибиторов для предотвращения и удаления отложений парафина. Большинство реагентов способствует так же предупреждению образования или разрушению водонефтяных эмульсий. Наиболее эффективные реагенты СНПХ - 7202, 7204, 7400. На месторождениях АО «Татнефть” широко применяется ингибитор для предотвращения и удаления отложений парафина СНПХ-7215, который закачивается в затрубное пространство скважины при помощи агрегатов УЭД и УДС.

Наибольшее распространение на промыслах НГДУ “ЛН” получил ингибитор СНПХ-7212 М, который закачивается в затрубное пространство скважин при помощи устьевых дозаторов УЭД и УДС из расчета 100-200 г/т нефти.

Ингибиторы парафиноотложений можно дозировать в скважины при помощи глубинных дозаторов ДСИ-107. Скважинный дозатор ДСИ-107, разработан ТатНИПИнефти, предназначен для подачи водо-нерастворимых ингибиторов на приём штангового насоса. Дозатор может, применятся в скважинах с обводненностью продукции не менее 10 % при температуре рабочей среды от 283 до 373 К (10- 1000С). Плотность применяемого ингибитора должна быть ниже плотности воды не менее чем на 50 кг/м3, а кинематическая вязкость - не более 450 м2/с. Дозатор обеспечивает непрерывную подачу химреагента в пределах от 0,1 до 40 л/сут.

Эксплуатация дозатора состоит в следующем: определяются необходимый объём химреагента, длина колонны НКТ для размещения ингибитора и диаметр втулки дозатора для установления режима его работы. На скважину завозят расчетное количество ингибитора и НКТ. Из скважины извлекается насосное оборудование.

Спускается в скважину колонна НКТ расчетной длины, нижний конец которой снабжен заглушкой и пробкой.

Определяется плотность ингибитора (денсиметром) и вязкость его (вискозиметром) при температуре среды на глубине подвески дозатора в скважине, содержание воды в продукции скважины по данным предыдущей эксплуатации скважины.

При условии соответствия параметров раствора ингибитора расчетным, химреагент заливается в колонну НКТ.

Помещается втулка в камеру и заворачивается корпус в корпус. Присоединяют дозатор к колонне НКТ, предварительно ввернув трубку в нижний конец гидролинии, и устанавливают фильтр на нижнем конце нагнетательной гидролинии. Присоединяют насос к дозатору.

Спуск штангового насоса с дозатором в скважину производится в обычном порядке на необходимую глубину.

Подъём оборудования, и извлечение его из скважины производится в порядке, обратном спуску. При этом для подъёма труб без жидкости необходимо слить их содержимое, сбив полую пробку сбрасыванием металлического лома в колонну НКТ после отсоединения от нее дозатора.

Работу дозатора в скважине следует контролировать по изменению дебита скважины, величине нагрузки на головку балансира СК, химическими анализами устьевых проб добываемой жидкости.

Длину колонны НКТ для заливки раствора ингибитора целесообразно подобрать с таким расчетом, чтобы повторная заправка химреагентом производилась при очередном текущем ремонте скважины.

В зимнее время на ряде удаленных скважин применяются обработки ингибитором парафиноотложения ТНПХ - 1А в объеме 20-30 литров на скважину с периодичностью 1 раз в месяц.

2.3.5 Тепловые методы, применяемые в НГДУ «ЛН» для борьбы с отложениями АСПО

Если интенсивность отложения парафина невелика, то при каждом подземном ремонте поднимают трубы на поверхность и удаляют из них парафин пропариванием с помощью ППУ.

Очистка скважин, оборудованных ШГН от парафина производится за счет тепловой энергии пара, закачиваемое в затрубное пространство скважин. При этом происходит расплавление парафина находящегося в НКТ и вынос его из скважины. Настоящая технология предусматривает соблюдение следующих требований:

- периодичность очистки и количество ППУ корректируется старшим технологом промысла;

- очистка скважины от парафина при работающем СГН, при остановленном из-за отложений парафина;

- закачка пара в затрубное пространство производится после предварительного прогрева манифольда до температуры 100-150 0С;

- при очистке от парафина заклиненных скважин полированный шток устанавливается в верхнее положение, а головка балансира в нижнее положение. После того, как шток уйдет вниз, начинается попытки расхаживания штанговой колонны.

В настоящее время в НГДУ “ЛН” стремятся отказаться от тепловых методов борьбы с АСПО из-за высокой энергоемкости.

Экспериментальные исследования и расчеты распределения температуры по стволу скважины при проведении горячей промывки при помощи АДП показывают, что при глубине спуска насоса, равной 1200 метров, температура, необходимая для расплавления парафина (30-400С) достигает глубины 400-450 метров. Особенно затруднена промывка через насосы малого диаметра (28-32 мм) из-за малого проходного сечения в клапанных узлах.

Для снижения затрат и повышения эффективности горячих промывок насосного оборудования в компоновку колонны НКТ на глубине около 500 метров включают обратный клапан.

В существующих условиях передвижные парогенераторные установки применяются редко и только в тех случаях, где использование других методов невозможно по технологическим причинам.

Расчет потерь теплоты по стволу скважины при паротепловой обработке

Исходные данные: диаметр НКТ d = 0,062 м; суммарный коэффициент теплопередачи К = 666,2 кДж/м2Кч; средний коэффициент теплопроводности горных пород λ = 1,02 кДж/мКч; время прогрева t = 3 час.; потеря теплоты в породе в функции времени за время прогрева f(τ) = 3,78; температура рабочего агента (пара) на устье скважины То = 468 К; среднегодовая температура воздуха J0 = 275 К; глубина интервала закачки рабочего агента Н = 1300 м; геотермический градиент s = 0,0154 К/м;

Определим потери теплоты по стволу скважины

Q = 2πrKλ/[λ+rKf(τ)]·[(To-J0)H - σH2/2] (13, стр.189) ( 2.9 )

Q = 2·3,14·0,031· 666,2·1,02/(1,02+0,031·666,2·3,78)·[(468 – 275)·1300 – (0,0154·13002)/2] = 400000 кДж/ч. = 400 МДж/ч;

Суммарные потери теплоты за время прогрева:

Qc = Q·t; (13, стр.190) (2.10)

Qc = 400·3 = 1200 МДж = 1,2 ГДж;

Общее количество теплоты подведенное к скважине:

Q' = i·G (13, стр.190) (2.11)

Где i- энтальпия пара при температуре 468 К и давлении 1,2 Мпа,

i = 2820 кДж/кГ; G- массовый расход закачиваемого пара, G = 4200 кГ;

Q' = 2820·4200 = 11844000 кДж = 11,844 ГДж;

Определяем количество теплоты дошедшей до забоя;

Q'' = Q' – Qc; (13 стр. 190) (2.12)

Q'' = 11,844 – 1,2 =10,644 ГДж;

Потери теплоты составляют:

η = Qc·100%/Q' (13 стр. 190) (2.13)

η = 1,2·100%/11,844 = 10,13 %.

В настоящее время в НГДУ “ЛН” стремятся отказаться от тепловых методов борьбы с АСПО из-за высокой энергоемкости.

3. МЕХАНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

3.1 Глубиннонасосное оборудование

Рассмотрим основные виды используемого оборудования в ЦДН и Г № 1 НГДУ «ЛН” по механизированному фонду скважин.

Штанговые насосы

Таблица 8

Скважинные насосы, применяемые в ЦДН иГ № 1 НГДУ «ЛН”

Скважинные штанговые насосы (СШН) представляют собой вертикальную конструкцию одинарного действия с шариковыми клапанами, неподвижным цилиндром и металлическим плунжером. Предназначены для откачки жидкости из нефтяных скважин, имеющих следующие показатели: температуру не более 403 К (103 0С), обводненность не более 99 % по объёму, вязкость не более 0,3 Па·с, минерализацию воды до 10 г/л, объёмное содержание свободного газа при приеме насоса не более 25 %, сероводорода не более 50 мг/л.

По способу крепления к колонне НКТ различают вставные (НСВ) и невставные (НСН) скважинные насосы.

Вставной насос в обратном виде спускается внутрь НКТ на штангах. Крепление (посадка и уплотнение) НСВ происходит на замковой опоре, которая предварительно спускается на НКТ. Насос извлекается из скважины при подъёме только колонны штанг. Поэтому НСВ целесообразно применять при больших глубинах спуска.

Большое распространение в эксплуатационном фонде получили насосы НСВ2 с различными значениями дебита добываемой продукции 29, 32, 38, 44, 56 м3/сут. Насос НСВ1 включает в себя цилиндр, плунжер, замок, нагнетательный, всасывающий и противопесочный клапан. В отличие от НСВ1 насос НСВ2 имеет замок в нижней части цилиндра. Насос сажается на замковую опору нижним концом. Максимальная глубина спуска насосов НСВ2 составляет 2500-3000 метров. В насосе НСН2 в отличие от НСН1 нагнетательный клапан установлен на нижнем конце плунжера. Для извлечения всасывающего клапана без подъёма НКТ используется ловитель (байнетный замок), который крепится к седлу нагнетательного клапана.

Штанги

Штанги предназначены для передачи возвратно- поступательных движений плунжеру насоса. Штанга представляет собой стержень круглого сечения с утолщенными головками на концах. Выпускаются штанги из легированной стали диаметром (по телу) 19,22,25 мм и длинной 8 метров. В ЦДН и Г №1 большое распространение получили штанги диаметром 19 и 22 мм (61 %), а также их комбинирование в двухступенчатые композиции.

Насосно-компрессорные трубы

Насосно-компрессорные трубы, применяемые для эксплуатации штанговыми насосами, изготавливаются в соответствии с ГОСТ 633-80. Они подразделяются на следующие виды:

- трубы гладкие

- остеклованные трубы

- трубы с оцинкованным покрытием

- трубы с полимерным покрытием

Для эксплуатации скважин штанговыми насосами применяются следующие виды труб: из них 211 - 4 %; остеклованные - 2,511 - 96 %; 2,511 - 78 %

Трубы всех типов исполнения, имеют длины:

1 группа - от 5,5 до 8,5 м

2 группа - свыше 8,5 до 10 м.

3.2 Техника и оборудование применяемое для депарафинизации скважин в условиях НГДУ «ЛН»

Для депарафинизации скважин в НГДУ “ ЛН” применяют различное оборудование. Краткое их описание и технические характеристики приведены ниже.

Наиболее часто применяют для депарафинизации скважин метод промывки. При промывке микробиологическим раствором, нефтедистиллятной смесью, дистиллятом используются автоцистерны и промывочные агрегаты.

Доставка промывочного раствора на скважину осуществляется в автоцистернах ЦР-7АП, АЦН-7,5-5334, АЦН-11-257, АЦ-15-5320/8350, АЦ-16П.

Таблица 9

Техническая характеристика автоцистерн

Для промывки скважин применяются самоходные насосные агрегаты: цементировочный агрегат ЦА-320М, насосные установки УН1-100х200,

УН1Т-100х200. Все агрегаты имеют трубки высокого давления с цилиндрической резьбой для быстрой сборки и разборки нагнетательной линии.

Таблица 10

Техническая характеристика ЦА-320 М

3.3 Техника и оборудование при паротепловой обработке

При паротепловой обработке используются специальная техника и оборудование, парогенераторные установки: отечественная ППГУ-4/120М с максимальной производительностью пара 4 т/ч и рабочим давлением 12 МПа, заграничные “Такума” и КSК.

Парогенераторная установка предназначена для выработки пара. Котлоагрегаты установок могут работать на природном газе или жидком топливе. Для предупреждения образования накипи на поверхности нагрева сырую воду перед подачей в котел осветляют и обессоливают в специальных фильтрах.

Таблица 11

Техническая характеристика парогенераторной установки ППГУ- 4/120М

Установка ППУА-1200/100

Предназначена для депарафинизации скважин, промысловых и магистральных нефтепроводов, замороженных участков наземных коммуникаций в условиях умеренного климата. Можно использовать так же при монтаже и демонтаже буровых установок и при прочих работах для отогрева оборудования.

Включает в себя парогенератор, водяную, топливную и воздушную системы, привод с трансмиссией, кузов, электрооборудование и вспомогательные узлы. Оборудование установки смонтировано на раме, закрепленной на шасси автомобиля высокой проходимости КрАЗ-255Б или КрАЗ-257, и накрыто металлической кабиной для предохранения от атмосферных осадков и пыли.

Привод основного оборудования осуществляется от тягового двигателя автомобиля, управление работой установки - из кабины водителя.

Таблица 12

Техническая характеристика ППУА- 1200/100

Агрегаты АДПМ

Предназначены для депарафинизации скважин горячей нефтью. Агрегат, смонтирован на шасси автомобиля КрАЗ 255Б1А, включает в себя нагреватель нефти, нагнетательный насос, системы топливо и воздухоподачи к нагревателю, систему автоматики и КИП, технологические и вспомогательные трубопроводы.

Привод механизмов агрегата - от двигателя автомобиля, где размещены основные контрольно- измерительные приборы и элементы управления.

Таблица 13

Техническая характеристика агрегатов АДПМ-12/150 и 2АДПМ-12/150

Нефть, подвозимая в автоцистернах, закачивается насосом агрегата и прокачивается под давлением через нагреватель нефти, в котором она нагревается до необходимой температуры. Горячая нефть подается в скважину, где расплавляет отложения парафина и выносит их в промысловую систему сбора нефти

3.4 Подбор основного глубинно-насосного оборудования по скважине

Исходные данные:

Lп = 1200 м Ру = 1,6 МПа

Рпл = 16,8 МПа Gо = 8,4 м3/ т

Рзаб = 13,5 МПа ρв = 1170 кг/ м3 ρн = 875 кг/ м3

в = 1,027

Д = 146 мм Насос – 225-ТНМ

К = 20,6 т/ сут·МПа Станок-качалка – СКД-6-2,5-2800

п = % Число качаний n = 5

dнкт = 73 мм = 2,5 Длина хода L = 2,5 м

Q = 19,0 м3/ сут.

Определяем планируемый отбор жидкости по уравнению притока при

п = 1:

Q = К·(Рпл – Рзаб)п, т/ сут, (5, стр. 130) (3.1)

где: К – коэффициент продуктивности, т/сут;

Рпл – пластовое давление, МПа;

Рзаб – забойное давление, МПа;

п. – показатель фильтрации при линейной зависимости Q = Р; п =1.

Q = 20,6·(16,8 – 13,5) = 68 т/ сут.

глубина спуска насоса Lп = 1200 м.

Плотность смеси при пв = 53%:

рсм = , кг/ м3 (5, стр. 130) (3.2)

где: ρн – плотность нефти кг/ м3,

ρг – плотность газа, кг/ м3

ρв – плотность воды, кг/ м3

nв – содержание воды в продукции скважины, %

в – объемный коэффициент смеси.

ρсм = =1018 кг/ м3

Необходимая теоретическая производительность установки при коэффициенте подачи η = 0,6 – 0,8:

Qоб =, м3/ сут, (13, стр.195) (3.3)

где Qоб – планируемый отбор, т/ сут.

Qоб = == 45 м3/ сут.

4. По диаграмме области применения СКД6 и СКД8 определяем тип СК.

Lп = 900 м, Qоб = 45 м3/сут, dнасоса = 57 мм. По глубине спуска насоса и дебиту выбираем тип станка-качалки и диаметр насоса: СКД6-2,5-2800 – станок-качалка нормального ряда дезаксиальный, максимальная длина хода устьевого штока – 25 дм, номинальный крутящий момент на валу редуктора – 28 кН·м. Максимальное число качаний п = 14 в минуту.

5. Выбираем тип насоса:

НСН-1 – до 1200 м,

НСН-2 – от 1200 до 1500 м,

НСВ-1 – от 1500 до 2500 м,

НСВ-2 – свыше 2500 м.

Выбираем НСН-1, который спускается на глубину до 1200 м, поскольку Lп = 900 м.

6. Выбираем насосно-компрессорные трубы по диаметру насоса dн = 57 мм, выбираем dнкт = 73 мм.

7. По рекомендациям таблиц выбираем конструкцию штанг исходя из данных:

dн = 57 мм, Lп = 900 м. Конструкция колонны штанг одноступенчатая: диаметр штанг dш = 19 мм. Максимальная глубина спуска насоса при данной конструкции колонны Lп = 920 м, штанги изготовлены из стали 20НМ, нормализованной при [σпр] = 90 МПа.

8. Число качаний балансира станка-качалки:

n = , кач/мин, (13. стр. 195) (3.4)

где Q – заданная фактическая производительность установки, т/ сут;

Fпл – площадь поперечного сечения плунжера;

S – длина хода полированного штока, м;

η = 0,8 – КПД станка-качалки;

1440 – число минут в сутках, 24·60 = 1440 мин;

ρсм – плотность смеси.

n =  == 4,855 » 5 кач/ мин.

9. Площадь поперечного сечения плунжера:

Fпл =  , м2, (13. стр. 111) (3.5)

где dп – диаметр насоса, dп = 57 мм.

Fпл = = 0,00255 м2

10. Определяем необходимую мощность и выбираем тип электродвигателя для привода СК:

N = ,(13, стр. 133)(3.6)

где ηн = 0,9 – КПД насоса;

ηск = 0,82 – КПД станка-качалки;

η = 0,7 – коэффициент подачи насосной установки;

К = 1,2 – коэффициент степени уравновешенности станка-качалки;

Н – динамический уровень;

ρсм – плотность смеси, кг/ м3;

n – число качаний в минуту;

Sшт – длина хода полированного штока, м;

Dпл – диаметр плунжера насоса

N ==33,88 кВт

11. По полученной мощности двигателя N = 33,88 кВт подбираем тип двигателя по справочнику АОП2 – 82 – 6. Параметры двигателя: номинальная мощность

Рн = 40 кВт; частота вращения вала 980 об/ мин; КПД – 91,5 %; cos j = 0,89;

Мпуск / Мном = 1,8; Ммакс / Мn = 2,2; Iпуск / In = 7,5. (13, стр.255)

3.5 Определение экстремальных нагрузок, действующих на головку балансира

1. Вычисляем критерий Коши:

j = , (13, стр.117) (3.7)

где n – число качаний балансира в минуту;

L – глубина спуска насоса, м;

а – скорость звука в колонне штанг, м/с – для одноступенчатой колонны, а = 4600 м/с;

j = == 0,102

2. Максимальная нагрузка, действующая на головку балансира:

Ртах = Рж + Рш*, (13, стр. 117) (3.8)

где Рж – вес столба жидкости над плунжером;

Ршт – вес колонны штанг;

в – коэффициент потери веса штанг в жидкости;

S – длина хода полированного штока, м;

n – число качаний балансира в минуту;

- коэффициент, учитывающий вибрацию штанг;

3. Коэффициент потери веса штанг в жидкости:

в = , (13, стр. 115) (3.9)

где ρшт = 7850 кг/ м3 – плотность штанг;

ρж = 875 кг/м3 – плотность нефти;

в = = 0,89

4. Коэффициент, учитывающий вибрацию штанг:

j = = 5,850 (5, стр. 193) (3.10)

tgj = 5,850 = 0,1025;

5. Вес колонны штанг в жидкости:

Ршт = qср*L (13, стр.115 ) (3.11)

q ср = q*g, (13, стр. 115) (3.12)

где q = 2,35 кг – масса 1 м штанг d = 19 мм;

g = ускорение свободного падения;

qср = 2,35*9,81 = 23,05

Ршт = 23,05*900 = 20745 Н

6. Вес жидкости в трубах:

Рж = Fпл*L*ρсм* g, (13, стр. 115) (3.13)

где Fпл – площадь сечения плунжера;

Рж = *900*1018*9,81 = 22923,4 Н

Ртах = = 42114 Н » 42кН

7. Минимальная нагрузка на головку балансира:

Ртiп = Ршт* (5, стр.193) (3.14)

Рmin = 20745*= 17923.6 Н » 17 кН

Определяем максимальное напряжение цикла:

sтах = , МПа, (13, стр. 123) (3.15)

где fшт – плошадь поперечного сечения штанг dшт = 19 мм

ѓшт = , м2,

ѓшт =  = 2,8*10-4 м2

sтах = = 150,4 МПа

Минимальное напряжение цикла:

sтin = МПа; (13, стр. 123) (3.16)

sтin = = 64 МПа

10. Амплитудное напряжение цикла:

sа =  МПа, (13, стр. 123) (3.17)

sа = = 43,2 МПа

11. Среднее напряжение цикла:

sср = , МПа (13, стр.122) (3.18)

sср = = 107,2 МПа

12. Приведенное напряжение цикла:

sпр = , МПа (13, стр. 123) (3.19)

sпр =  = 80,6 МПа

Полученное значение приведенного напряжения удовлетворяет требованиям используемой колонны штанг диаметром d = 19 мм с приведенным напряжением sпр = 90 МПа, из условия sпр £ [sпр].

3.6 Расчет на прочность стеклопластиковых штанг

С целью определения нагрузок, возникающих в точке подвеса штанг, произведём расчет на прочность комбинированной колонны из стальных и стеклопластиковых штанг. Расчет будем вести согласно “Методики расчета колонны штанг из композиционного материала для ШСНУ”, разработанной ВНИИнефтемаш 24.07.1994.

Исходные данные для расчета:

Номер скважины № 1696

Глубина подвески насоса Ннас = 1200м

Длина хода сальникового штока S = 0,9 м

Число качаний балансира п = 5мин-1

Средняя масса 1м колонны СПНШ тспнш = 1,05 кг

Средняя масса 1м колонны стальных штанг тст = 2,35 кг

Диаметр плунжера Дпл = 32 мм

Диаметр штанг dшт = 19 мм

Внутренний диаметр НКТ Двн = 62 мм

Плотность жидкости r ж = 1090 кг/м3

1. Для вычисления максимальной нагрузки в точке подвеса штанг Ртах воспользуемся формулой Слоннеджера

Ртах=(Ршт + Рж )*(1 + S *п/137), Н (5, стр. 193) (3.20)

где: Ршт - вес колонны штанг, Н

Рж - вес столба жидкости, Н

S- длина хода сальникового штока, м

п - число ходов, мин-1

2. Вычислим вес колонны штанг Ршт

Ршт=Ннас* g*(тспнш* ? + ? *тст)= 1200 * 9,81 * (1,05*0,5 + 0,5 * 2,35) = 20012,4 Н

3. Найдем вес столба жидкости Рж

Рж=Fпл*Ннас*r ж *g (13, стр.121) (3.21)

где : Fпл= p/4*Дпл2=p/4*(32*10-3) 2=8,01*10-4 м2

Рж=8,01*10-4*1200*1090 *9,81=10314,5 Н

Вычислим Ртах;

Ртах=(20012,4 + 10314,5)*(1 + 0,9 *5/137)=31323 Н

4. Минимальное усилие в точке подвеса штанг при ходе вниз

Рт1п=Ршт1 (1 -S *п/137), Н (5, стр. 193) (3.22)

где: Ршт1- вес колонны штанг в жидкости

Ршт1=Ннас*g* (?*g1спнш+ ? *g1ст) (13, стр.127) (3.23)

здесь: g1спнш - вес 1м СПНШ в жидкости

g1ст - вес 1м стальных штанг в жидкости

Ршт1=1200*9,81*(?*0,71+ ? *2,09)=16480,8 Н

Рт1п=16480,8*(1 -0,9*5/137)=15939,5 Н

5. Для определения напряжений, действующих в точке подвеса штанг, воспользуемся следующими формулами:

fшт=p/4*dшт2= 0,785*(19*10-3)2= 2,84*10-4 м2 (5, стр. 195) (3.24)

sтах= Ртах/ fшт = 31323/2,44*10-4=110,3 мПа (5, стр. 195) (3.25)

sт1п= Рт1п/ fшт = 15939,5/2,84*10-4=56,1 мПа (5, стр. 195) 3.26)

sа=(sтах -sт1п)/2= (110,3-56,1)/2=27,1 мПа (5, стр. 195) (3.27)

sпр= = = 54,7 Мпа (5, стр. 195) (3.28)

Как видно из вычислений, приведенное напряжение, действующее в точке подвеса штанг равно 54,7 МПа.

Так как по предельно допустимым приведенным напряжениям для стеклопластика у нас нет значений, то воспользуемся минимальным значением предельно допускаемых приведенных напряжений для стали марки 40. В пользу стеклопластиковых штанг говорит также, что разрушающее напряжение при растяжении у них больше, чем у стальных: 760 МПа у стеклопластика и 610 МПа у стали.

[sпр]=70мПа- приведенное напряжение для стали

Полученное sпр=54,7 мПа свидетельствует о возможности использовать в качестве материала для штанг стеклопластик.

Для приведения эксперимента было подобранно 9 скважин. Для определения эффективности использования стеклопластиковых штанг скважины были оборудованы счетчиками активной и реактивной электрической мощности.

Ниже в таблице № 14 приведены результаты расчетов.

Таблица № 14

Результаты анализа работы СПНШ

Сравнивая результаты можно сделать вывод, что нагрузка на головку балансира станка-качалки уменьшилась в среднем на 20-25 % при условии комплектации колонны штанг из стеклопластика и стали.

4. СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

4.1 Выбор оборудования для подачи реагента (ингибитора)

Существуют два основных способа подачи реагента в обрабатываемую систему: непрерывное (периодическое) дозирование и разовая обработка.

Наиболее эффективным способом является непрерывное дозирование, обеспечивающее постоянный контакт реагента с обрабатываемой системой и частично предупреждающее образование АСПО. Однако этот способ требует обвязки специального оборудования на устье каждой скважины (насос – дозатор, емкость для реагента, поршневой насос для смешения, манифольд и др.).

Реагент в затрубное пространство постоянно подается устьевыми дозаторами УДЭ и УДC конструкции НПО Союзнефтепромхим и СКТБ ВПО Союзнефтемашремонт.

УДЭ и УДC можно применять также для борьбы с солеотложением, коррозией оборудования нефтяных скважин и внутрискважинной деэмульсации нефти.

Электронасосная дозировочная установка УДЭ в зависимости от дозировочного насоса имеет четыре типоразмера: УДЭ 0,4/6,3; УДЭ 1/6,3; УДЭ 1,6/6,3; УДЭ 1,9/6,3. Установки комплектуются специальными дозировочными насосами: НД 0,4/6,3 К14В; НД 1/6,3 К14В; НД 1,6/6,3 К14В; НД 1,9/6,3 К14В. Они обеспечивают максимальные подачи реагента 0,4; 1; 1,6 и 1,9 л/ч при максимальном давлении нагнетания 6,3 МПа. Потребляемая мощность насоса 0,5 кВт, масса 32 кг.

Установка имеет бак на 450 л; габаритные размеры установки 1230х690х1530 мм, масса 220 кг, рабочая температура 223 – 318 К.

Принцип работы УДЭ заключается в следующем. Реагент из бака 5 через фильтр 6 по всасывающему трубопроводу 11 поступает в плунжерный насос – дозатор 13 и по нагнетательному трубопроводу 14 подается в затрубное пространство скважины. Подача регулируется изменением длины хода плунжера.

Наибольшее число установок эксплуатируется в ПО «Татнефть». Дозировочные установки изготавливаются Лениногорским заводом «Нефтеавтоматика», а дозировочные насосы – Свесским насосным заводом.

Рис. 4 Дозировочная установка УДЭ. 1- дозировочный блок, 2 – электроконтактный манометр, 3- указатель уровня, 4- заливная горловина, 5 – бак, 6 – фильтр, 7 – рама, 8 – сливной вентиль, 9, 10, 15 – вентили, 11 - всасывающий трубопровод, 12 – обратный клапан, 13 – электронасосный агрегат, 14 – нагнетательный трубопровод, 16 – кожух.

Комплектная дозировочная установка УДС с приводом от станка- качалки располагается на СК. Её нагнетательный трубопровод присоединяется к затрубному пространству скважины, а рычаг дозировочного насоса посредством гибкой тяги к балансиру СК. Подача устанавливается регулятором длины хода плунжера насоса и изменением мест крепления тяги к рычагу насоса и к балансиру СК. Подача дозировочного насоса составляет 0,04-0.63 л/с; давление нагнетания 6,3 МПа; вместимость бака 250 л, габаритные размеры 1500 х 730 х 735 мм, масса 145 кг.

По сравнению с другими дозировочными установками УДС-1 обеспечивает большую точность регулирования подачи, имеет более простую конструкцию, она безопасна (снабжена предохранительным устройством и не питается электрическим током) и удобна в эксплуатации.

Рис. 5 Дозировочная установка УДС. 1 – указатель уровня, 2 – горловина, 3 – бак, 4 – манометр, 5 – предохранительный клапан, 6 – вентиль, 7 – кожух, 8 – насос дозировочный, 9 – обратный клапан, 10 –трехходовой клапан, 11 – фильтр, 2 – рама.

Периодическое дозирование может осуществляться при использовании перечисленного выше оборудования или с помощью специального устройства для ввода реагента под давлением, первый случай имеет те же недостатки что и непрерывное дозирование. Во втором случае затрубное пространство перекрывают задвижкой 3, открывают вентиль 6 для сброса газа из емкости 4, снимают заглушку 5, закрывают вентиль 6, заливают реагент в емкость 4, закрепляют заглушку и открывают задвижку 3; регент поступает в затрубное пространство.

Рис. 6 Принципиальная схема устройства ввода реагента в затрубное пространство по давлением: 1 – устьевая арматура, 2 – выкидная задвижка,

– задвижка затрубного пространства, 4 – резервуар для реагента, 5 – заглушка, 6 – вентиль.

При этом способе подачи реагента обслуживание упрощается, но снижается эффективность действия реагента.

4.2 Конструктивный расчет элементов устройства для ввода реагента в затрубное пространство под давлением

4.2.1 Расчет корпуса резервуара для реагента

Определим габаритные размеры корпуса резервуара:

При внутреннем диаметре корпуса резервуара D = 300 мм = 0,3 м,

и расходе реагента Q = 50 л = 0,05 м3,

высота резервуара будет равна Н = Q/(p D2/4) = 0,05/(3,14×0,32/4) = 0,71 м, принимаем Н = 0,75 м.

Корпус резервуара работает в условиях статических нагрузок под внутренним избыточным давлением. Расчет на прочность и устойчивость проводится по ГОСТ14249-89.

Толщину стенок определяем по формулам:

SR = P×D/{2×[s]×j-P}; S ³ SR+C (12, стр. 8) (4.1)

Допускаемое внутреннее избыточное давление:

[R] = 2×[s]×j×(S-C)/[D+(S-C)]; (12, стр. 8) (4.2)

где Р – давление в корпусе резервуара, Р = 6,3 МПа; SR - расчетное значение толщины стенки, мм; D – внутренний диаметр резервуара, D =300 мм; [s] - допускаемое напряжение (зависит от марки стали и рабочей температуры),

[s] = 230 МПа. Марку стали выбираем в зависимости от свойств перерабатываемой среды и коррозионной стойкости материала корпуса, используем сталь марки 35 ХМ, допускаемые напряжения для выбранной стали при рабочей температуре t = 20 °C [s] = 230 МПа (таблица 3.1, стр. 48. ГОСТ 14249-89).

Для стыковых и тавровых двусторонних швов, выполняемых автоматической сваркой, коэффициент прочности сварочного шва j=1.

Прибавка на коррозию С определяется по формуле:

С = V×T, (12, стр. 8) (4.3)

где V – скорость коррозии (обычно принимают 0,1…0,2 мм /год), принимаем

V = 0,2 мм/год; Т – срок службы корпуса, принимаем Т = 12 лет.

С = 0,2×12 = 2,4 мм

SR = 6,3×300/{2×230×1-6,3}= 4,2 мм ;

S ³ 4,2 +2,4 = 6,6 мм, принимаем S = 8 мм.

Полученное значение толщины стенки проверим на прочность по величине допускаемого внутреннего избыточного давления:

[R] = 2×230×1×(8-2,4)/[300+(8-2,4)] = 8,43 МПа.

6,3 МПа £ 8,43 МПА, Р£ [R], давление в корпусе резервуара при принятой толщине стенок не превышает допускаемое внутреннее избыточное давление, т. е. прочность стенок корпуса резервуара обеспечена..

4.2.2 Расчет толщины стенки крышки резервуара

Толщину стенки элептической крышки нагруженной внутренним давлением определяем по формуле:

SR = P×D/{2×[s]×j-0,5×P}; S ³ SR+C (12, стр.10) (4.4)

SR = 6,3×300/{2×230×1-0,5×6,3} = 4,14 мм

S ³ 4,14+2,4 = 6,54 мм, принимаем S = 8 мм.

Полученное значение толщины стенки проверим на прочность по величине допускаемого внутреннего избыточного давления по формуле:

[R] = 2×[s]×(S-C)/[D+(S-C)]; (12, стр. 10) (4.5)

[R] = 2×230×(8-2,4)/[300+(8-2,4)] =8,43 МПа ;

6,3 МПа £ 8,43 МПА, Р£ [R], давление на крышку резервуара при принятой толщине стенок крышки не превышает допускаемое внутреннее избыточное давление, т. е. прочность стенок крышки резервуара обеспечена.

4.2.3 Расчет толщины стенки конического днища

Толщину стенки конического днища с углом при вершине a£140°, нагруженного внутренним давлением рассчитываем по формулам:

Определяем толщину стенки цилиндрической части днища:

SR1 = P×D×g/{4×[s]×j}; (12, стр.10) (4.6)

Где g- коэффициент формы днища, при a1£60° и отношении Ra/D =0,1 (внутреннего радиуса отбортовки к диаметру днища) g =3,2 , таблица 4.4 стр.49 ГОСТ14249-89.

SR 1= 6,3×300×3,2/{4×230×1}= 6,6 мм;

Определяем толщину стенки конической части днища:

SR2 = P× DР /(2×[s]×j-Р)×1/cosa1 ; (12, стр.10) (4,7)

Где DР = D-2[Ra(1-cosa1)+(ÖD×SR 1 / cosa1)×sina1] (12, стр.10) (4.8)

DР = 300-2[30(1-0,5)+(Ö300×6,6 / 0,5)×0,8666] = 215,5 мм

SR2 = 6,3×215,5/(2×230×1-6,3)×1/0,5 = 6 мм ;

Из двух значений полученных по формулам (4,6), (4,7), выбираем наибольшее SR = 6,6 мм.

Определяем исполнительную толщину стенки

S = Smax+C = 6,6 +2,4 = 9 мм.

4.2.4 Расчет фланцевых соединений

Фланцевые соединения устанавливаем в местах крепления трубной арматуры с резервуаром для реагента. Соединение состоит из двух фланцев, болтов, гаек, шайб и прокладки, которую размещают между уплотнительными поверхностями. Фланцевые соединения стандартизованы для труб и трубной арматуры. Размеры фланцевого соединения подбираем в зависимости от диаметра трубы. При dn= 80 мм, принимаем болты М20, тогда наружный диаметр фланца будет соответственно равен Dn= dn+4,8×(dб+2) = 80+4,8(20+2) = 186 мм.

Для уплотнения во фланцах, учитывая агрессивность среды реагента и рабочую температуру, применяем прокладку из паронита, толщиной 2 мм, (материал прокладки: паронит по ГОСТ 481-71). Размеры прокладки выбираются в соответствии с размерами фланца. Фланцы и прокладки подобранные по стандартам в расчете не нуждаются.

При конструировании фланцевого соединения выполняется проверочный расчет болтов в соответствии с ОСТ26-373-82.

1. Определим нагрузку, действующую на фланцевое соединение от внутреннего давления Рп = 6,3 МПа:

QD = 0,785× Dcp 2 ×Pп = 0,785×133×6,3 = 657,8 Н, (12, стр.13) (4.9)

Dcp = 0,5(Dn+ dn) = 0,5(186+80) = 133 мм средний диаметр прокладки.

2. Рассчитываем реакцию прокладки:

Rn = 2×p× Dcp×bo×m×Pn (12, стр. 13) (4.10)

где bo – эффективная ширина прокладки, bo= 0,6×Öbп = 0,6×Ö53 = 4,4 мм при ширине прокладки bп= 0,5(Dn- dn) = 0,5(186-80) = 53 мм > 15 мм, m = 2,5 для прокладки из паронита

Rn = 2×3,14× 133×4,4×2,5×6,3 =57882 Н

Определяем болтовую нагрузку при сборке Рб1. Это значение выбираем наибольшим из трех:

Рб1 = p× Dcp×bo×q (12, стр. 13) (4.11)

где q = 20 МПа для прокладки из паронита

Рб1 = 3,14×133×4,4×20 =36750 Н

Рб1 = 0,4[sб]20×nб×fб (12, стр. 13) (4.12)

где [sб]20 = 130 Мпа, допускаемое напряжение для материала болта при 20 °С; nб = 4, количество болтов;

fб = p×dб2/4 =3,14×202/4 = 314 мм, площадь поперечного сечения болта.

Рб1 = 0,4×130×4×314 = 65312 Н

Рб1 = 1,2×QD+Rn (12, стр. 13) (4.13)

Рб1 = 1,2×657,8+57882 = 58671 Н,

т.о. окончательно принимаем наибольшее значение Рб1 = 65312 Н.

4. Проверим прочность болтов при монтаже по условию:

sF = Рб1/( nб×fб) £ [sб]20 = 130 МПа (12, стр. 13) (4.14)

sF = 65312/(4 ×314) = 52 МПа £ [sб]20 = 130 Мпа, прочность болтов при монтаже соблюдается.

5. Проверим прочность болтов в период эксплуатации:

sF = Рб2/( nб×fб) £ [sб]¢ = 130 МПа (12, стр. 13) (4.15)

где [sб]¢ = 130 МПа, допускаемое напряжение для материала болта при рабочей температуре;

Рб2 – болтовая нагрузка в рабочих условиях,

Рб2 »1,3 Рбmax = 1,3×65312 = 84906 Н.

sF = Рб2/( nб×fб) =84906/(4×314) =67,6 МПа £ [sб]¢ = 130 МПа .

Условие прочности болтов в период эксплуатации выполняется.

5. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ

5.1 Мероприятия по охране окружающей среды и недр в условиях НГДУ “ЛН”

Республика Татарстан характеризуется высоким промышленным потенциалом, богатыми природными ресурсами; нефтяные месторождения Татарстана расположены на территории 21 административного района республики и 3 районов соседних республик и областей с общей площадью более 30 тысяч кв.км.

В 1997 году для предприятий Татарстана было отчуждено более 34 тыс. га. В последние годы в Татарстане увеличивается доля сернистых нефтей, газов и сероводородсодержащих пластовых вод, что усложняет экологическую обстановку. Разработка залежей вязкой нефти и битума с применением большой гаммы химических реагентов и тепловых методов тоже значительно усугубляют ситуацию. Приведенные данные показывают, на сколько высока ответственность нефтяников в деле охраны природы.

Страницы: 1, 2, 3