Материал: Изучение гидравлических поршневых насосных установок для эксплуатации скважин. Расчет фонтанной эксплуатации скважин

Давление на силовом насосе повышается, и погружной агрегат начинает работать.

При необходимости подъема погружного агрегата силовая жидкость от наземного силового насоса подается в кольцевой зазор между колоннами НКТ 1 и 2. Через отверстия 4 в посадочном конусе 3 силовая жидкость воздействует снизу на погружной агрегат (обратный клапан 6 при этом закрывается), выдавливает его из посадочного конуса 3 и поднимает до устья скважины.

Таким образом, необходимость в бригаде подземного ремонта отпадает.

Очевидно, что при работе по описанной схеме, необходимо иметь дополнительное оборудование для фиксации и удержания погружного агрегата на устье скважины, а также специальное устройство для переключения подачи силовой жидкости из колонны НКТ в кольцевой зазор и наоборот.

Многообразие и сложность как наземного, так и погружного оборудования, необходимость качественной подготовки силовой жидкости (сепарация от свободного газа, удаление из нее воды и очистка от механических примесей) не способствуют широкому промышленному использованию ГПНУ для эксплуатации скважин в России, большинство основных месторождений нефти которой находится в зоне суровых климатических условий.

Расчет основных технологических параметров добывающей системы при эксплуатации ее ГПНУ принципиально ничем не отличается от такового при ее эксплуатации плунжерными насосами (установками скважинных штанговых насосов).

Известны и другие способы насосной эксплуатации скважин, например, установками вибрационных, винтовых или диафрагменных насосов, которые кратко будут рассмотрены ниже и которые подробно изучаются в курсе оборудования для добычи нефти.

С технологической точки зрения расчеты основных параметров добывающей системы при эксплуатации скважин перечисленными установками не отличаются от уже рассмотренных ранее.

Характеристики насоса

В настоящее время выпускаются установки:

УГН25-150-25

УГН40-250-20

УГН100-2000-18

УГН160-380-155

2. Расчет фонтанной эксплуатации скважин

Исходные данные

2.1 Расчет НКТ при фонтанно-компрессорной эксплуатации скважин

Задача 1

Исходя из условий прочности НКТ на разрыв в опасном сечении, на страгивающие нагрузки в резьбовом соединении и на внутреннее давление, определить глубину спуска ступеней колонны гладких насосно-компрессорных труб с треугольной резьбой из стали групп прочности "Д", "К" общей длиной 1600 м для фонтанирующей скважины глубиной 1683 м, имеющей обсадную колонну диаметром 140 х 7 мм. При расчете пренебрегаем потерей веса колонны труб в жидкости, так так уровень жидкости в межтрубном пространстве во время работы может быть оттеснен до башмака колонны труб.

Решение

Расчет насосно-компрессорных труб при фонтанно-компрессорной эксплуатации скважин следует проводить на страгивающую нагрузку в резьбовом соединении, на предельную нагрузку в опасном сечении и на внутреннее давление.

Таблица 2.1.

Трубы гладкие с треугольной резьбой

Примем за 1-ю секцию гладкие НКТ 60,3 х 5 из стали групп прочности "Д" (σт = 380 МПа).

Страгивающую нагрузку определим по формуле Ф.И. Яковлева:

, (1)

где b = δ - h1 - толщина тела трубы под резьбой в основной плоскости; h1 - высота профиля резьбы;

Dср = d + b - средний диаметр тела трубы под резьбой; d - внутренний диаметр трубы;

η = b / (δ + b) - поправка Шумилова; α - угол наклона несущей поверхности резьбы к оси трубы;

φ - угол трения в резьбе (φ = 7°-9°);

L - длина резьбы с полным профилем; σт - предел текучести материала трубы.

 мм; D=d +2.  =50,3+2.5=60,3 мм

 мм;

L=29,3 мм;

Предельная нагрузка

Где  - диаметр резьбы в основной плоскости по впадине витков для гладких НКТ или диаметр наружной основного тела НКТ с высаженными наружу концами и НКБ.

Выбрав страгивающую нагрузку за расчетную как наименьшую, определим допустимую глубину спуска секции НКТ по формуле:

где  - расчетная нагрузка; q - масса 1 погонного метра трубы с учетом муфт и высаженной части; n - коэффициент запаса (n = 1,2 - 1,3); g = 9,81 м/с2 - ускорение свободного падения.

Потому,что >1600 ,мы берем только одну секцию длины 1600 М

Минимальный зазор с обсадной колонной составит S = 140 - 2·7 -  = 126 - 73 = 53 мм.

Расчет на внутреннее давление производится на допустимое давление, исходя из прочности и геометрических параметров трубы по формуле Барлоу:

 (2)

где δ - толщина основного тела трубы; [σт] = σт/η - допустимое значение предела текучести (по ГОСТ-633-80, η = 1,25; по другим источникам η = 1,3 - 1,5);

Dн - наружный диаметр основного тела трубы.

для нижней трубы НКТ 60,3 х 5 мм

Определяем фактическое внутреннее давление трубы, по формуле

где Lтр1 - длины секций НКТ; - плотность жидкости; g = 9,81 м/с2.

Условием надежной работы НКТ является

При плотности добываемой жидкости

Следовательно, выбранная нами ступенчатая колонна НКТ проходит как по условию прочности, так и по внутреннему давлению для заданных условий скважины.

поршневой насосный скважина погружной

2.2 Расчет глубины спуска остеклованных НКТ при фонтанной эксплуатации скважин

.2.1 Насосно-компрессорные трубы с защитными покрытиями

Защитные покрытия наносятся на поверхность НКТ с целью предотвращения отложений в них парафина, солей и гипса, а также защиты от коррозии внутренней поверхности труб. Кроме того, наблюдается снижение гидравлических сопротивлений протоку на 20-25% [24].

Внутреннюю поверхность НКТ покрывают стеклом, эмалями, эпоксидными смолами или лаками. Покрытие стеклом обладает высокой теплостойкостью и достаточно прочно при небольших деформациях труб.

Основным недостатком остеклованных труб является разрушение стекла при деформации труб.

Причиной этого являются различные модули упругости стали (0,21 106 МПа) и стекла (0,057-106 МПа). Вследствие этого при растяжении металла труб тонкому слою стекла, передаются большие усилия, нарушающие его целостность. Это сказывается при больших глубинах подвески труб и при их транспортировке.

.2.2 Расчет глубины спуска остеклованных НКТ при фонтанной эксплуатации скважин

Задача 2

Рассчитать максимальную глубину спуска гладких остеклованных НКТ 60,3 x 5 мм "Д" при фонтанно-компрессорной эксплуатации скважин, если предел прочности стекла составляет 50 МПа. (предел прочтности стекла от 30 до 100 Мпа).

Решение

Допустимую нагрузку на остеклованные трубы определим по формуле

 (3)

где Р - допустимая нагрузка на трубы, определенная по условию сохранения прочности стекла;

 - предел прочности стекла;

n - запас прочности (n = 1,3-1,5);

Fст - площадь поперечного сечения слоя стекла;

Fтр - площадь поперечного сечения трубы;

Ест, Етр - модули упругости стекла и труб соответственно.

Полагая, что по технологии изготовления средняя толщина слоя стекла составляет 1 мм.

Тогда

Для сравнения страгивающая нагрузка для НКТ 60,3 х 5 "Д" составит

Где  мм; D=d +2.  =50,3+2.5=60,3 мм

 м;

L=29,3 мм;

Допустимая глубина спуска по страгивающей нагрузке

Таким образом, покрытие из стекла уменьшает допустимую глубину спуска НКТ 60 мм на 599 м или приблизительно на 21,2%.

.3 Расчет распределения давления в скважине (от забоя по ЭК)

а) Расчет распределения давления в скважине (от забоя по ЭК)

·   Расчет распределения давления в эксплуатационной колонне (ЭК) жидкости без газа. Находим глубину (НГ), на которой начнет выделяться газ

()

Где

НГ - Глубина на которой начнет выделяться газ (м)- Дебит скважины (м³/с)

Рпл - Пластовое давление (Па)

Рзаб -           Забойное давление (Па)

Рнас - Давление насыщения (Па)эк - Внутренний диаметр ЭК (М)ж - Скорость подъема жидкости в ЭК (м/с)

Ρж - Плотность жидкости (кг/м³)

ρн - Плотность нефти (кг/м³)

ρв - Плотность воды (кг/м³)в - Обводненность продукции (д.е.)- Число Рейнольдса

Μн - Вязкость нефти (Па*с)- Ускорение свободного падения =9,81 (м2/с)

Λ - Коэффициент гидравлического трения потока

Εэк - Абсолютная шероховатость внутренней поверхности ЭК

Α - Угол отклонения скважины от вертикали (град)к - Глубина кровли пласта (м)

Б) Расчет распределения давления газированной жидкости по методике Поэтмана-Карпентера.

Для расчета необходимо задаться диаметром (d)

Определяем давление, для которого будем находить глубину

 Где

Определяем температуру в каждом сечении

Где

Dl - Шаг изменения глубины для расчета давления (м)- Глубина, начиная с которой начнет выделяться газ (м)- Количество интервалов (выбирается в зависимости от длины участка, где движется газожидкостная смесь) (м)

Ωп - Температурный градиент потока (К/м)- Дебит скважины (м³/с)- Внутренний диаметр (М)

Тj - Температура в интервале Hj (К)

Тпл - Температура пласта (К)к - Глубина кровли пласта (м)- Интервал, на котором рассчитывается давление (м)

Где

Рjнас - Давление насыщения при Тj (Па)

Рнас - Давление насыщения (Па)

Тпл - Температура пласта (К)

Тj - Температура в интервале Hj (К)

Г - Газовый фактор (м³/м³)- Молярная доля азота в составе газа (д.е.)- Молярная доля метана в составе газа (д.е.)

Рj - Давление в интервале Нj (Па)

R(P)(T)(T)

Коэффициенты для расчета объема выделившегося газа

Ρн - Плотность нефти (кг/м³)

Ρг - Плотность газа (кг/м³)ГВ - Удельный объем выделившегося газа (м³/м³)