Підбір обладнання для збільшення видобутку нафти з допомогою штангового глибинного насоса

де п – число коливань верстата-качалки, кол/хв.

Мінімальне навантаження на головку балансира за цикл дії свердловинного насоса визначаємо за формулою :

P_min = Р_ш ∙ ( b – ( S ∙ n ² ∙ tgφ ) / (1800 ∙ φ ) . Н (2.21)

P_min = 43831,2 ∙ (0,87 – (2,1 ∙ 4,5² ∙ tg ∙8.88º) / (1800 ∙ 8.88º) = 38114.9,Н

Максимальний крутний момент на кривошипному волі редуктора визначаємо за формулою :

M_max = [30 ∙ S + 0.236 ∙ ( P_max – P_min )] ∙ g .,Н ∙ м (2.22)

M_max = [30 ∙ 2,1 + 0,236 ∙ (48650,6 – 38114,9)] ∙ 9,806 = 24999,6 Н ∙ м

Одержані значення P_max і М_max не перевищують відповідно допустиме навантаження на головку балансира [P_max ] і допустимий крутний момент на кривошипному валі редуктора [M_max ], вказані в шифрі вибраного верстата-качалки, то вибраний верстат-качалка забезпечує роботу установки.

2.10 Визначення фактичної продуктивності установки

Фактичну продуктивність установки визначаємо за формулою :

Q _ф = 1.44 ∙ F _пл ∙ S _пл ∙ n ∙ ρ ∙ η , м³ /добу (2.23)

Q _ф = 1,44 ∙ 0,000615 ∙ 1,8 ∙ 4,5 ∙ 1036,3 ∙ 0,75 = 5,5 м³ /добу

де S _пл – довжина ходу плунжера насоса, м ;

η – коефіцієнт подачі установки, який приймається 0,75;

інші позначення та їх розмірності такі ж як в попередніх формулах.

Фактичну довжину ходу плунжера визначаємо за формулою Л.С.Лейбензона – А. С. Вірновського :

S _пл = S / cosφ – λ_cm , м (2.24)

S _пл = 1,8 / cos8.88º - 0.0044 = 1.82 м

де λ – втрати ходу плунжера від видовження НКТ і насосних штанг.

При ступеневій колоні насосних штанг втрати ходу плунжера від видовження НКТ і штанг визначаємо за формулою :

Λ_ст = Р_р / Е ∙(( L / f_m ) +( l ₁ / f ₁ ) + ( l ₂ / f ₂ ) + ( l ₃ / f ₃ )) , м (2.25)

Λ_ст = 10499,3/2,1 ∙ 10¹¹ ∙ ((1680/0,0869) + (840 / 0,0201) + (470,4 / 0,0283) + (369,6 / 0,038)) = 0,0044 м

де l ₁ , l ₂ , l ₃ – довжина відповідної 1-ої, 2-ої, 3-ої ступені колони насосних штанг, м ;

f ₁ , f ₂ , f ₃ – площа поперечного перерізу насосних штанг відповідно 1-ої, 2-ої, 3-ої ступені.

2.11 Розрахунок зрівноваження верстата-качалки

Виходячи з вибраного режиму роботи, слід визначити кількість і розміщення противаг на кривошипах верстата-качалки.

Для цього визначають зрівноважуючий момент за формулою :

М_зр = S ∙ (P_max + P_min ) / 2 , Нм (2.26)

М_зр = 1,8 ∙ (48650,6 + 38114,9 ) / 2 = 78088,95 Нм = 78,1 кНм

З допомогою графіків (рис. 15-18 (1, ст.. 24, 25 )), виходячи з визначеного значення М_зр визнаємо кількість і положення противаг на кривошипах.

Для верстата-качалки СКД6-2,5-2800 М_зр = 78088,95 Нм. З рис. 17 (1, ст. 25) знаходимо по 3 противаги на кривошип масою 485 кг. Встановлюємо на відстань R = 93 см.

2.12 Вибір електродвигуна

Потрібну потужність електродвигуна для приводу верстата-качалки слід визначити за формулою Д. В. Єфремова :

Ng = 4.1 ∙ 10^-5 ∙ π ∙ Dnn ² ∙ S ∙ n ∙ ρ ∙ h _д ∙ k ∙ (( 1 – η _р ∙ η _вг / η_н ∙ η_вг ) + η ) , кВт (2.27)

Ng = 4,1 ∙ 10^-5 ∙ 3,14 ∙ 0,028² ∙ 1,8 ∙ 4,5 ∙ 1036,3 ∙ 1416,3 ∙ 3,4 ∙ (( 1 – 0,85 ∙ 0,8 ) / 0,85 ∙ 0,8) + 0,75 )) = 5 кВт

де D – діаметр плунжера насоса , м ;

S – довжина ходу сальникового штока , м ;

n – кількість коливань за хвилину ;

ρ – густина рідини, кг/м³ ;

h _д – віддаль від гирла свердловини до динамічного рівня, м ;

k – коефіцієнт, який враховує зрівноваженість верстата-качалки ( для зрівноваженої системи приймається k = 1,2 , для незрівноваженої k = 3,4 ) ;

η _н – 0,85 – 0,95 К.К.Д. свердловинного насоса ;

η _{в.г .} – 0,8 – 0,85 К.К.Д. верстата-качалки ;

η – коефіцієнт передачі насосної установки ( приймається = 0,75 ).

Віддаль від гирла до динамічного рівня рідини визначаємо за формулою :

h _д = Н – Н_д ; м (2.28)

h _д = 2420 – 1003,7 = 1416,3 , м

де Н – глибина свердловини, м ;

Н_д – динамічний рівень рідини в свердловині, м.

Підбір електродвигуна за визначеною потужністю проводиться з табл.. 10 (1, ст. 14). Вибираємо електродвигун марки 4АР180М8У2 з максимальною потужністю 15 кВт.

2.13 Вибір іншого обладнання

Для з’єднання сальникового штока з головкою балансира верстата-качалки слід вибирати канатну підвіску, яка входить в комплект верстата. Технічна характеристика канатних підвісок приведена в табл. 12 [ 23, ст. 16 ]. Обираємо канатну підвіску марки ПСШ6 з діаметром канату 2,5 см. та довжиною каната 6,6 м.

Розмір сальникового штока вибираємо в залежності від довжини його ходу.

Максимальна довжина ходу, мм 1800

Довжина сальникового штока, мм 5600

Діаметр сальникового штока, мм 36

З допустимим навантаженням, кН 100

Для герметизації гирла свердловини та підвішування колони насосно-компресорних труб вибираємо гирлове обладнання типу ОУ140-146/168-65А.

В гирловому обладнанні ОУ використовуються сальники СУС2 з подвійним ущільненням і коркові крани КПП65-140 з ущільнюючим мастилом від фонтанної арматури на тиск 14 мПа.

2.13.1 Розрахунок викидної лінії

Приймаємо викидну лінію, яка залишилась після фонтанування свердловини, оскільки вона знаходиться в доброму технічному стані і забезпечить заданий відбір рідини.

2.13.2 Підбір газового якоря

Визначаємо площу сепараторного перерізу газового якоря за формулою:

F _я = 65 ∙ 10^-4 ∙ (( F _пл ∙ S_n ) / ( a ∙ δ)) ∙ , м² (2.29)

F _я = 65 ∙ 10^-4 ∙ ((0,00066 ∙ 1,8 ∙ 4,5) / (0,6 ∙ 0,02 ))∙ = 8 ∙ 10^-5

де : v – кінематична в′язкість рідини,м² /с;

а – коефіцієнт використання об′єму якоря;

б – діаметр відділюваних бульбашок газу, м.

Задаючись діаметром всмоктуючої труби d₃ = 48,3 мм визначаємо діаметр корпусу газового якоря за формулою :

Д_я = , м (2.30)

Д_я = = 0,0493 м

де: F _я – площа сепараційного перерізу газового якоря, м.

Для корпусу якоря приймаємо труби по ГОСТ 633-80, умовного діаметру 60мм.

Уточнюємо площу сепараційного перерізу якоря :

F ^’ _я = 0,785 ∙(Д^’2 _я - ) , м² (2 .31)

F ^’ _я = 0,785 ∙ (0,0493² –0,0483² ) = 7,665 ∙ 10^-5 , м²

де Д’_я – прийнятий за ГОСТ 633-80 діаметр труб для багатокорпусного якоря, м.

Кількість корпусів якоря визначаємо за формулою :

п_к = F _{я /} F ^’ _я (2.32)

п_к = (8 ∙ 10^-5 ) / ( 7,665 ∙ 10^-5 ) = 1,043

де: F_я – площа сепараційного перерізу якоря, м.

Отже, для якоря буде достатній один корпус.

Приймаємо однокорпусний газовий якір ЯГ-1.

Довжину корпусу однокорпусного якоря визначаємо за формулою :

l _я = (20 ∙ Д’_я ) / п_к , м (2.33)

l _я = (20 ∙ 0,0603) / 1 = 1,2, м

Приймаємо l _я = 1,5 м.

2.14 Автоматизація роботи свердловини

Автоматизація свердловини, обладнаної ШСНУ може бути місцевою (локальною) і дистанційною. При місцевій автоматизації насосні свердловини обладнуються станцією управління типу БУС-3М, електроканатним манометром типу ВЕ-16 РБ для контролю затрубного тиску. Станція управління складається з таких основних частин :

· силової частини, призначеної для управління електродвигунами верстата-качалки;

· блоку управління і захисту, який забезпечує формування сигналів управління, контроль стану обладнання верстата-качалки і формування сигналу аварійного відключення;

· первинного перетворювача тиску, призначеного для формування аварійного сигналу при підвищенні або зниженні тиску в викидному трубопроводі.

Така система забезпечує :

· автоматичне управління електродвигуном верстата-качалки в аварійних випадках ( при обриві штанг і поломках редуктора, при струмових пере навантаженнях, коротких замиканнях і обривах фаз, неполадках насоса );

· відключення електродвигуна по імпульсу від електроконтактного манометра при аварійних ситуаціях на груповій замірній установці;

· індивідуальний само запуск верстата-качалки після перерви в постачанні електроенергією;

· програмний запуск і зупинка електродвигуна при періодичній експлуатації свердловини.

Аварійний стан встановлюється з допомогою аналізатора який споживає потужність електродвигуна. При допомозі аналізатора потужності можна одержати інформацію для діагностики свердловинного обладнання ( поломка каналів, обрив штанг ). Передбачено і ручне управління роботою верстата-качалки. Є також система контролю рівня рідини в свердловині типу СКУ-1М «ЕХО» з глибиною замирювання до 3000 м при тиску газу в затрубному просторі до 15 мПа.

У випадку місцевої ( локальної ) автоматизації при передачі інформації на невеликі відстані, застосовуються пневматичні і електричні перетворювачі інформації на великі відстані між контролюючим пунктом (КП) і пунктом управління ( ПУ ) застосовуються засоби телемеханіки, які передбачають інформацію у вигляді дискретних ( цифрових ) сигналів, представлених кодовими комбінаціями , тобто використовуються аналогоцифрові і цифроаналогові перетворювачі. При місцевій і дистанційній автоматизації датчики технологічних параметрів вимірюють значення цих параметрів і дозволяють одержати на виході стандартний ( аналоговий ) сигнал, пропорційний цьому значенню.

Для телемеханізації технологічних об’єктів в нафтовій промисловості застосовують систему телемеханіки ТМ-620. Вона включає в себе пункт управління і контролюючі пункти. Ця система забезпечує телеуправління двопозиційними виконуючими пристроями ТУ, телевимірювання інтегральних ( дебіт ) ТНН і поточних ( тиск ) ТНТ значень параметрів, телединамометрування ( телеконтроль ) ТД, телесигналізацію аварійного стану об’єктів ТСА, телесигналізацію стану двопозиційного об’єкту ТСС, а також двосторонній телефонний зв’язок.

2.15 Обслуговування установки

При експлуатації свердловини штанговими насосами проводиться спостереження за роботою верстатів-качалок, станом гирлового обладнання, а також замірних і збірних установок і за подачею рідини.

Змазування частин, які труться є основною умовою довготривалої, безперебійної роботи насосної установки. Тому оператори видобутку нафти повинні постійно слідкувати, щоб всі частини верстата-качалки були добре змащені. Підшипники нижніх головок шатунів, опори балансира, а також ходові гвинти на складках електродвигуна, гальмах і кривошипах змащується консистентним мастило (солідолом). Рекомендується добавляти мастило в цих вузлів не рідше одного разу в місяць і робити заміну мастила один раз в 6 місяців.

Редуктор верстата-качалки заливають автотрансформаторним мастилом і зубчаті колеса і підшипники валів працюють у масляній ванні. Масло заливають через люк в кришці редуктора. Заміна масла в редукторі повинна відбуватися один раз в шість місяців. Добавка мастила в редуктор між його змінами відбувається по мірі необхідності. Наявність масла в редукторі перевіряють через контрольні клапани. Рівень масла в редукторі повинен бути між нижнім і верхнім контрольними клапанами.

Оглядати і перевіряти наземне обладнання глибиннонасосних свердловин слід систематично дотримуватись графіку перевірки, встановленого для даного району, промислу, дільниці.

Виявлені дефекти в роботі насосних установок повинні ліквідовуватися негайно. При обході і огляді глибиннонасосних свердловин необхідно перевіряти наступне :

· стан клинопасової передачі;

· стан валових підшипників верстатів-качалок і при виявленні несправних болтів ( погнутих або з зірваною різьбою ) необхідно замінити їх після кріплення та перевірити нагрівання підшипників;

· кріплення головки шатуна і пальця кривошипа, не допускається найменше ослаблення або коливання пальця, а також кочення пальця або гнізда конуса;

· роботу сальникового штока і трійника-сальника; один раз в добу треба підтягувати сальник; границею підтягування служить легке нагрівання штока; пропускання рідини через сальник не допускається, тому

необхідно завчасно міняти набивку, шток при роботі повинен зберігати вертикальне положення, не гнутися;

· чистити від бруду і нафти площу навколо верстата і свердловини; оглядати всі нафтові і газові лінії, всі пропуски нафти через тріщини.

Крім того періодично ( один раз в два-три місяці ) слід проводити повну перевірку глибиннонасосних установок ( кріплення верстатів-качалок, паралельність валів, кріплення всіх балкових з’єднань).

Для проведення всіх цих робіт оператори з видобутку нафти повинні мати необхідний ручний інструмент : гайкові ключі, молотки, зубила, оправки, ножівки і т. п. Надійність і працездатність верстатів-качалок досягається за рахунок своєчасного проведення планово-попереджувальних ремонтів.

3 Охорона праці

3.1 Техніка безпеки

При експлуатації свердловин штанговими насосами установками слід забезпечувати достатню міцність обладнання і огородження всіх рухомих частин механізму. Верстати-качалки всіх типів випускаються з огородженнями кривошипно-шатунного механізму і пасової передачі. Необхідно дотримуватись наступних основних вимог безпеки :

- верхній торець гирлового трійника-сальника повинен виступати над рівнем пригирливої не більше ніж на 1 м;

- при набивці ущільнення в корпусі сальника головка його повинна утримуватися на сальниковому штоці спеціальним затискувачем;

- забороняється повертати шків верстата-качалки вручну або гальмувати його шляхом підкладання труби або лома в спині;

- при встановленні пальців кривошипно-шатунного механізму шатун необхідно надійно кріпити до стінки верстата-качалки, повинна бути встановлена площадка з огородженням;

- забороняється надівати і знімати паси, необхідно шляхом пересування електродвигуна;

- під час огляду або зміни окремих частин верстат-качалка повинна бути зупинена;

- канатну і ланцюгову підвіски дозволяється знімати і надівати тільки спеціальними пристроями з підлоги або переносних драбин-площадок, забороняється виконувати ці роботи з балансира верстата-качалки;

- до початку ремонтних робіт електропривід повинен бути відключений, а на пусковому пристрої встановлений плакат : « Не включати – працюють люди ! », на свердловинах з автоматичним і дистанційним управлінням біля пускового пристрою повинен бути закріплений щит з надписом : « Увага ! Пуск автоматичний ! »;

- при обслуговуванні електроприводу персонал повинен працювати в діелектричних рукавицях;

- глибиннонасосна установка перед пуском в експлуатацію повинна бути заземлена. В якості заземлювача електрообладнання повинен бути використаний кондуктор свердловини. При цьому кондуктор повинен бути зв’язаний з рамою верстата двома заземленими провідниками ( переріз кожного 50 мм² ), які повинні бути в різних точках кондуктора і рами, які доступні для огляду. Заземлюючим провідником може бути кругла, кутова і іншого профілю сталь, крім канату.

Для захисту від поранення електричним струмом при обслуговуванні верстата-качалки застосовують ізолюючі підставки.

3.2 Промсанітарія

На здоров’я людини впливають метрологічні умови виробничого середовища, які складаються з температури навколишнього повітря, його вологості, швидкості руху і випромінювання від нагрітих предметів.

Негативні метрологічні умови приводять до погіршення умов праці, знижують виробництво, збільшують захворюваність. Тому оператори по обслуговуванню глибиннонасосних свердловин повинні мати засоби індивідуального захисту : спецодяг, спецвзуття, засоби захисту органів зору та дихання.

Спецодяг видається для захисту від професійних пошкоджень при роботах з негативними температурними умовами праці. Він повинен відповідати наступним вимогам :

- надавати відповідний захист від шкідливостей, для яких він призначений;

- забезпечувати гігієну і нормальний повітряний теплообмін між зовнішнім середовищем і тілом людини;

- бути зручним для надівання, носіння і роботи в ньому.

Персонал, який обслуговує рухомі механізми, повинен носити спецодяг в застебненому вигляді, а жінки повинні збирати волосся під берет чи косинку. Забороняється носити хустини з висячими кінцями.

Для захисту органів зору є окуляри, які призначені для захисту очей від твердих механічних частин. На промислах, де є нафтогазові прояви і можливе отруєння, передбачені протигази і распіратори.

Для профілактики професійних захворювань велике значення має обов’язковий попередній і періодичний огляд робітників. Існує список виробництв і професій, робітники яких, повинні пройти медичний огляд при працевлаштуванні і періодично проходити медичне обстеження.

На всіх підприємствах нафтової і газової промисловості є медпункти, які мають всі необхідні медикаменти і перев’язочні засоби для надання першої медичної допомоги при нещасних випадках.

Тому аптечку повинен мати оператор по обслуговуванню верстатів-качалок.

3.3 Протипожежний захист

Нафта і вуглеводневий газ – вибухонебезпечні і легкозаймисті речовини. Вибух або пожежа можуть виникнути при повних відношеннях горючого і повітря, появі джерела загорання. Вибух можливий і при скупченні газу в певних частинах приміщення. Більшість нафтових газів важчі за повітря, внаслідок чого вони стеляться по землі, заповнюючи заглиблення. Можливими причинами загорання можуть бути : відкритий вогонь, сильне нагрівання, удар, тертя.

До протипожежних заходів відносяться заземлення металічних частин, захист блискавковідводами, своєчасне видалення і охолодження парафінистих речовин. Біля свердловини і інших об’єктів повинен бути протипожежний інвентар для гасіння пожежі, скрині з піском, лопати, лом, сокири, вогнегасники пінні і вуглекислі. Виробнича територія і робочі місця повинні підтримуватися у чистоті. Розлиту нафту і нафтопродукти необхідно збирати, а забруднену площадку – зачищати. Курити дозволяється в спеціально відведених місцях. Газонебезпечні і вогневі роботи можуть виконуватися тільки по наряду ( типу робіт ) спеціально підготовленими робітниками під керівництвом інженерно-технічного працівника, призначеного начальником або головним інженером підприємства.

Боротьба з пожежами і заходи по їх попередженню можуть бути ефективними тільки в тому випадку, коли протипожежні правила засвоєні і виконуються персоналом підприємства. Задачею інженерно-технічних працівників підприємства є те, щоб при проектуванні установок, розміщенні обладнання, організації технологічного процесу виконувалися діючі правила пожежної безпеки, запроваджуючи заходи для захисту від вогню.

З метою залучення робітників, інженерно-технічних працівників до участі в проведенні пожежно-профілактичних заходів і до активної боротьби з пожежами на підприємствах створюються пожежно-технічні комісії.

4 Охорона довкілля

Завданням законодавства про охорону навколишнього середовища є встановлення відносин в області охорони, використання та відновлення природних ресурсів, забезпечення екологічної безпеки, запобігання і ліквідація негативного впливу господарської діяльності та довкілля.

Кожен громадянин України має право на :

- безпечне для його життя і здоров’я навколишнє природне середовище;

- отримання екологічної освіти;

- участь у роботі громадських екологічних формувань.

Державний контроль у сфері охорони довкілля здійснюють ради депутатів, міністерства охорони навколишнього природного середовища. Нагляд за дотриманням вимог законодавства здійснює генеральний прокурор України. Закон регулює також використання природних ресурсів. Для фінансування заходів з


29-04-2015, 00:43