Подбор оборудования шсну для условий месторождения избербаш

                        

  ,                                             (3.1)

где D_э - диаметр эксплуатационной колонны скважины;

       - коэффициент сепарации газа у открытого приема насоса при расходе жидкости у приема равной нулю;

        - относительная скорость всплытия газовых пузырьков в жидкости, м/с,

По данным И. Т. Мищенко  и А. С. Гуревича, при обводненности  продукции 

  , а при >0,5 =0,17 . Величина находится из соотношения

                               

.                                               (3.2)

Расход жидкости при  давлении ,  рассчитывают по формуле

                   

.                                (3.3)

В случае сепарации части  свободного газа в затрубное пространство газовый фактор внутри НКТ оказывается  меньшим, чем газовый фактор пластовой нефти, и определяется по формуле

               

.                               (3.4)

Новое значение давления насыщения Р^э_нас, соответствующее газовому фактору внутри НКТ, находится из условия

        .         (3.5)                                                                

3.1.4 Определение давления на  выкиде штангового насоса

Глубина спуска насоса в скважину и давление на выкиде насоса легко определяется с помощью кривых распределения давления вдоль ствола скважины и по НКТ. Рассмотрим это. Пусть в результате расчетов параметров газожидкостной смеси при различных термодинамических условиях и потерь давления при подъеме продукции по стволу скважины построены линии распределения давления по обсадной колонне - от забоя до уровня жидкости в стволе скважины (линия 1) и вдоль колонны НКТ - от устья скважины до уровня, соответствующего Н_сп (линия 2), смотри рисунок 3.1, произведем выбор глубины погружения насоса под уровень жидкости (Н_сп) и давления у приема насоса ( Р_пр) - т. А. Расстояние по горизонтали от т. А до т. В, лежачей на линии изменения давления вдоль НКТ в определенном масштабе, позволяет определить давление на выкиде насосе Р_вык и перепад давления Р_Н, который должен сообщить потоку насос, чтобы скважина работала с заданными дебитом, забойным давлением и давлением на устье скважины. Кривые на рисунке 1 могут быть дополнены кривыми распределения температуры по обсадной колонне и НКТ, свободного газосодержания, объемного коэффициента и других параметров, получаемых в результате расчетов.

Примечание: если при расчете кривой изменения давления вдоль колонны НКТ конструкция штанговой колонны не определена, то рекомендуется выбирать диаметр штанг ориентированно по диаметру плунжера насоса:

 

 

для:   D_пл 0,038м.                        d_шт=0,016м.   

0,038 D_пл 0,056м.                       d_шт=0,019м.

            D_пл =0,056м.                        d_шт=0,022м.

            D_пл>0,068м.                         d_шт=0,025м.

 

 

Рисунок 3.1 - Выбор глубины погружения и параметров    

работыштангового насоса

         3.1.5 Определение потерь давления в узлах клапанов насоса

При течении продукции  нефтяных скважин через узлы всасывающих  и нагнетательных клапанов часть энергии тратится на преодоление местных сопротивлений. Это уменьшает коэффициент наполнения насоса и ведет к появлению сжимающих нагрузок в нижней части колонны насосных штанг. При расчете максимальной величины перепада давления в клапане Р_кл рекомендуется пользоваться данными экспериментальных исследований А. М. Пирвердяна и Г. С. Степановой.

Ими приняты следующие допущения:

- при наличии в потоке жидкости, проходящей через клапан, свободного газа в качестве расчетной используется максимальная скорость смеси (без учета относительной скорости фаз);

- при откачке обводненной нефти не образуется высоковязкой эмульсии.

Расчет ведут в следующем  порядке:

а) расход смеси через клапан определяется как

                          

,                                     (3.6)

где P _i  - давление, соответствующее Р_пр для всасывающего клапана и Р_вык для нагнетательного клапана;

       _ж(P_i) и _г(P_i) - соответственно расходы жидкости и газа при давлении Р_i, м³/с.

      Для подсчета расхода (P) применяется формула (5.1.3), а расход газа _r(P_i) определяется как

                           ,                     (3.7)             

где  z   - коэффициент сжимаемости газа;

       Т_скв - температура в скважине, К;

       р_a   - атмосферное давление, Па;

        То ⁼ 273 К .

Следует учитывать, что  если то свободный газ в потоке жидкости отсутствует, т.е. ;

б)максимальная скорость движения перекачиваемой газожидкостной смеси в седле клапана с учетом неравномерности движения плунжера равна

                                       

   ,                                            (3.8)

где    - диаметр отверстия в седле клапана, м;

в) рассчитывается число  Рейнольдса для потока смеси в  отверстии клапана

                               

  ,                                            (3.9)

где   - кинематическая вязкость жидкости, м /с;

г) определяют коэффициент  расхода клапана данного типа в зависимости от числа Рейнольдса. Замечание: при подсчете , если Re<10 , то расчет не производится из-за отсутствия надежных экспериментальных данных;

д) находят перепад давления в клапане

                                      ,                                       (3.10)

где -плотность дегазированной жидкости, определяемой из соотношения

                                

.                                    (3.11)

 е) после определения  потерь давления во всасывающем  и нагнетательном клапанах находят величины давления в цилиндре насоса при всасывании ( ) и нагнетании ( )

                               

.                                        (3.12)

                              

.                                         (3.13)

а также перепад давления, который необходимо создавать насосом для обеспечения подъема жидкости на поверхность

                               

.                                          (3.14)

По величине потерь давления во всасывающем клапане можно  оценить минимально необходимое давление на приеме насоса (минимальную глубину погружения насоса под динамический уровень), когда откачиваемая продукция не содержит свободного газа

             

,                                (3.15)

где -  упругость паров откачиваемой жидкости, Па;

        - давление газа в затрубном пространстве на глубине динамического уровня (Па), рассчитываемого по формуле

                         

     ,                                    (3.16)

тогда минимально необходимое  погружение насоса под динамический уровень будет

                            

  .                                                     (3.17)

3.1.6 Определение коэффициента  наполнения насоса

Перед определением коэффициента наполнения насоса вначале по формулам А. Я. Пирвердяна оцениваются утечки в зазоре плунжер-цилиндр. Для ламинарного режима течения жидкости в зазоре и в случае применения неизношенного насоса величина утечек определится как

,             (3.18)

где , - плотность (кг/м³) и кинематическая вязкость (м²/с) откачиваемой жидкости;

- длина плунжера, которая может  быть равной 1,2; 1,5и 1.8 м;

         - относительный эксцентриситет расположения плунжера в цилиндре, т.е. отношение расстояния между их центром к величине           (0 < С_э <1);

- средняя скорость движения  плунжера; м/с.

При турбулентном режиме течения жидкости в зазоре плунжер-цилиндр утечки приближенно можно оценить по следующей зависимости

       

.                 (3.19 )

Для оценки характера  движения жидкости в зазоре плунжер-цилиндр  рекомендуется пользоваться критический  значением числа Рейнольдса, равного Re_кp=1000. В этом случае условием сохранения ламинарного режима будет

                                  

  .                                         (3.20)

Величина зазора d   выбирается в зависимости от условий работа насоса в соответствии с группами посадки плунжера.

После определения утечек производится расчёт коэффициента наполнения глубинного насоса. Рекомендуется для подсчета коэффициента наполнения пользоваться методом МИНГ. Согласно этой методике расчеты выполняются в следующей последовательности:

а) если , то газ в цилиндре насоса находится в растворенном состоянии и коэффициент наполнения насоса будет

                                 

,                                              (3.21)

где                                     .                                            (3.22)

б) если ( - давление насыщения с учетом сепарации газа у приема насоса), в цилиндре насоса при ходе плунжера, вверх имеется свободный газ. В этом случае возможны три поведения газожидкостной смеси в цилиндре штангового насоса:

Первый вариант: нефть, газ и вода равномерно распределены в цилиндре, а процесс растворения и выделения газа из нефти равновесный. Коэффициент наполнения определяется по следующей зависимости

                             

,                                       (3.23)

где                             ;       .                           (3.24)

а коэффициент  зависит от соотношения между давлением нагнетания и давлением насыщения.

Если давление в цилиндре насоса при нагнетании ,то это означает, что не весь свободный газ переходит в раствор.

В этом случае

 

   ,         (3.25)

где    - отношение объема вредного пространства к объему ( ), описываемому плунжером при ходе вниз (допускается =0,1);

                  

,                                  (3.26)

где    , - соответственно объемный коэффициент откачиваемой жидкости и воды при давлении . При расчетах допускается принять .

Если же , а процесс растворения газа в нефти - равновесный, то к моменту открытия нагнетательного клапана весь газ перейдет в раствор.

Для этого случая

                 

.                           (3.27)

Второй вариант: процесс  растворения газа в жидкости настолько  не равновесный, что растворимостью газа в нефти при изменении давления от до можно пренебречь; сегрегация фаз отсутствует (т.е. вода, нефть и газ равномерно распределены в объеме цилиндра). Коэффициент наполнения тогда определяется

                             

.                                           (3.28)

                         

  .                               (3.29)

Третий вариант: принимается, что процесс растворения газа неравновесный и растворимостью газа можно пренебречь. Кроме того, вредное пространство цилиндра насоса в конце хода плунжера вниз полностью заполнено жидкостью. В этом случае коэффициент наполнения определяется

                                          

  .                                      (3.30)

Рассмотренные варианты состояния газожидкостной смеси  являются предельными. На практике поведение  газожидкостной смеси в насосе отличается от разобранных ситуаций из-за гравитационного разделения воды, нефти и газа в начале хода плунжера вверх. Однако с достаточной степенью точности можно установить границы изменения коэффициента наполнения. Максимальным значением будет величина , а минимальное значение определяется характером поведения газожидкостной смеси. Среднее значение коэффициента наполнения для каждого из рассмотренных случаев будет

                                

,                               (3.31)