Станок качалка8-3,5-4000

Министерство  образования и науки Российской федерации

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

Самарский государственный технический университет

 

Нефтетехнологический  факультет

Кафедра «Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов»

 
 
 
 
 
 

КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ

 

по  дисциплине «Техника и технология добычи нефти»

на  тему Станок качалка8-3,5-4000

 

СамГТУ 17.02.83.01.ПЗ

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                             Руководитель  проекта

                                             .

                                                                               ^{должность, ф. и.  о.}

                                             _____________________

                                                                                ^{Подпись                                 Дата}

                                             Студент .

                                                                     ^{Курс, группа, ф. и.  о.}

                                             _____________________

                                                                                ^{Подпись                                 Дата}

 

                                                       Самара 2005

                         

Содержание.

  Введение……………………………………………………………………………………….......

  1.Анализ  существующих конструкций…………………………………………………………

          1.1. Конструктивные  схемы станков - качалок, применяемых  в  России………………….

           1.2.ШГНУ, применяемые за  рубежом…………………………………………………………

        1.3.Конструктивные схемы плунжерных  насосов………………………………………

  2.Расчёт  оборудования  при  штанговой   глубинно-насосной  эксплуатации  скважин……..          

        2.1.Выбор  оборудования  ШГНУ  и  определение  параметров  работы  насоса……….. 

        2.2.Определение  нагрузок  на  головку  балансира  станка-качалки……………………...

      2.3.Определение  длины  хода  плунжера  штангового насоса…………………………….

      2.4.Расчёт  производительности  и определение коэффициента  подачи ШГНУ………   

       2.5.Расчёт  прочности  колонны   штанг…………………………………………………….

      2.6.Расчёт  НКТ  по  аварийной   нагрузке  при  эксплуатации  ШГНУ…………………...

      2.7.Расчёт  НКТ  на  циклические  нагрузки………………..................................................

      2.8.Определение  момента  на  валу  кривошипа  и  мощности  электродвигателя……...

  3.Монтаж  оборудования  ШГНУ………………………………………………………………..

  4.Эксплуатаци   оборудования  ШГНУ…………………………………………………………..

          4.1.Обслуживание и  уход  за  оборудованием…………………………………………….

          4.2.Проверка  состояния  станка  в  работе  и  уход  за  ним……………………………...

          4.3.Изменение  режима  работы…………………………………………………………….

          4.4.Уравновешивание………………………………………………………………………..

  Библиографический  список……………………………………………………………………...

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                   Введение.

  Эксплуатация  нефтяных скважин штанговыми насосами — наиболее распространенный способ добычи нефти, охватывающий свыше 62 % действующего фонда скважин.

 Современными  штанговыми насосными установками  можно добывать нефть из одного или нескольких пластов скважин глубиной до 3500 м с дебитом жидкости до нескольких сотен тонн в сутки.

  Штанговая насосная установка для эксплуатации однопластового месторождения состоит из станка-качалки, оборудования устья скважины, колонны насосных штанг, колонны подъемных труб и скважинного штангового насоса.

 Для одновременной раздельной добычи нефти  из двух пластов одной скважиной выпускаются установки: УГР — последовательно соединенными насосами, УГПР — с двумя параллельно подвешенными насосами и УНР — с одним насосом.

 Наземное  оборудование установок типа УГР  и УНР однотипно применяемому для добычи нефти из одного пласта скважины.

В установках УГРП применяется оборудование устья, позволяющее  осуществлять подвеску параллельных рядов подъемных труб и параллельных рядов насосных штанг.     

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                       1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ УСТАНОВОК.

             1.1. Конструктивные  схемы станков - качалок, применяемых в России.

    Наибольшее  влияние на конструкцию установки  оказывает тип и кинематическая схема преобразующего механизма. По видам преобразующих механизмов механические приводы делятся на две группы: балансирные и безбалансирные. В первой возвратно - поступательное движение точки подвеса штанг достигается путём использования качающего рычага, балансира. Во второй это движение обеспечивается за счёт использования механизмов с гибкими элементами ( каната или цепи ).

  В свою очередь балансирные станки - качалки делятся на станки - качалки  с двухплечим и одноплечим балансиром.

  При балансирном преобразующем механизме  применяется грузовое или пневматическое уравновешивание.

  Механическое  уравновешивание бывает: балансирное, кривошипное, комбинированное, шатунное.

    На  рис. 1.1 изображена кинематическая схема  станка-качалки с двухплечим балансиром.

 

                                    

                                    Рис. 1.1. Кинематическая схема станка-качалки с двухплечим балансиром

 
 
 

       Рассмотрим способы механического   уравновешивания  двухплечих  балансирных  станков-качалок.                                                                                          

 
 

                                                       Рис. 1.2. Балансирное уравновешивание СК

                                                  

                                              

                                              

                                                     Рис. 1.3. Кривошипное (роторное) уравновешивание

 
                                                   

                                                  

                                                      

                                                        Рис. 1.4. Комбинированное уравновешивание

                                              

                                              

                                                    

                                                           Рис. 1.5. Шатунное уравновешивание

Станки-качалки  с одноплечим балансиром выполняются  по кинематической схеме, приведённой на рис. 1.6.                                                        

 

                                            

                           Рис. 1.6. Кинематическая схема станка-качалки  с одноплечим балансиром

    Преобразующим механизмом этих станков-качалок является шарнирный четырёхзвенный кривошипно-коромысловый механизм с одноплечим балансиром.

    Как видны из рис.1.6 в этих СК кривошипно-шатунный механизм расположен между скважиной и опорой балансира. Станки-качалки с одноплечим балансиром бывают с механическим, пневматическим или пневмомеханическим уравновешиванием. Механическое уравновешивание: балансирное, кривошипное и комбинированное.

Рис 1.7. Балансирное  уравновешивание

                                          

                                                         Рис 1.7. Балансирное уравновешивание

                                                   

 
 

                     Рис. 1.8. Кривошипное уравновешивание  (роторное)

 

 
 

                     Рис. 1.9. Комбинированное уравновешивание

 

    Основные  преимущества СК с одноплечим балансиром перед СК с двухплечим балансиром - их компактность, а следовательно и сравнительно меньший вес. При применении этих СК величина динамической нагрузки на штанги уменьшается незначительно. Основные недостатки : сравнительно малая боковая устойчивость, трудность обслуживания и ремонта.

  Преимущества СК с пневмоуравновешиванием заключается в меньших габаритах, меньшем весе, благодаря замене противовесов цилиндром. К основным недостаткам СК с пневмоуравновешиванием относятся: сложность конструкции из-за пневмоцилиндра, коммуникации; гидрозатворы, устройство для компенсации утечек и т.д.; малая надёжность пневмосистемы при эксплуатации, необходимость тщательного наблюдения и ухода, что повышает эксплуатационные затраты

Безбалансирные  станки-качалки всех типов по конструкции  идентичны.

        В этих  СК  балансир заменён гибкой связью (канатом). Все безбалансирные СК кривошипного уравновешивания имеют следующие основные узлы: рама, стойка, канатная подвеска сальникового штока, канатный шкив, траверсы с шатунами, кривошипы с противовесами, редуктор, тормоз, электродвигатель и клино-ремённая  передача.

         Безбалансирные  СК при равных  параметрах с балансирными имеют  меньшие габаритные размеры и массу, что  облегчает  их  доставку  и  монтаж.

 

 
                                        

 

                             1.2.ШГНУ, применяемые за  рубежом.

        В США применяются установки  серии TL четырёх типоразмеров.

Параметры установок серии TL                       Таблица 1.2

 
 

Шифр Основные  параметры   Максимальная  нагрузка в точке подвеса штанг, Н Максимальная  длина хода, мм Крутящий момент редуктора, Н м TL/114DD-143-64 64900 1625 13100 TL/114DD-143-74 64900 1880 13100 TL/160DD-173-74 78500 1880 18400 TL/160DD-173-86 78500 2185 18400

 
 

 Применяются  также станки-качалки типа BG с балансиром, выполненным в виде ломанной линии. Безбалансирный привод 40-40 гидромеханического действия фирмы " Bender Co. " состоит из : вышки, редуктора с цепными колёсами, через которые переброшены цепи ; к цепям подвешены - бункер, для  уравновешивающего груза и траверса с сальниковым штоком. Силовой насос приводится в движение двигателем. Рабочая жидкость по трубопроводу подаётся к ресиверу гидромотора лопастного типа, соединённого с редуктором. Направление движения жидкости меняется гидравлическим ресиверным устройством, которым управляет реле времени.

      Основные параметры этой установки  представлены в таблице 1.3. Но  этот привод имеет и некоторые  недостатки :

• совмещённые гидравлические и механические передачи усложняют конструкцию и снижают КПД до 0,3-0,4 ;
• малая эффективность гидросистемы ;
• реверсивная цепная передача и редуктор снижают надёжность и долговечность привода.

 

 

Основные параметры  установки типа BG

                                                                       Таблица 1.3

Параметры   Модель     S М L Максимальная  длина хода, м 9,76 9,76 10,57 Максимальная  нагрузка, Н 81700 113600 150000 Мощность  двигателя, кВт 3,57 4,21 3,59 Средняя скорость движения штока, м/с 20 30 40 Максимальное  число ходов, мин"1 1,62 1,36 1,24 Длина сальникового штока, м 12,7 12,7 12,7

 

               Длинноходовый привод (безбалансирный) "Дисона Нунца" отличается  от гидравлического тем, что преобразующий механизм представляет собой шкив с натянутым на него гибким звеном и приводимый во вращение гибкой передачей. Колонна штанг уравновешена, привод отключается к концу каждого хода и включается только после начала очередного обратного хода. На вышке монтируется реверсивный приводной механизм, который состоит из 2-х канатов, наматываемых на барабан по специальным винтовым желобам. Причём при наматывании одного каната на барабан, второй разматывается и наоборот. К одному канату крепится противовес, к другому колонна штанг с постоянной скоростью в течение большой части каждого хода, а за счёт использования кинетической энергии движущихся частей обеспечивается беспрерывность хода точки подвеса штанг и экономия электроэнергии.

    Длинноходовая насосная установка "Альфа-1" фирмы "Бетмхем Сити корпорейшен" позволяет  изменить свои параметры наиболее оптимально. Преимущество её ещё и в том, что она весит половину от веса обычной установки, при той же грузоподъёмности.

    Работы, связанные с содержанием безбалансирных приводов велись в 2-х направлениях:

    создание  безбалансирных приводов взамен обычных СК с длиной хода до 6 м ;

    - создание сверхдлиноходовых безбалансирных  приводов с длиной хода больше 6 м.

    Они базируются на трёх, четырёх или  многозвеньевых преобразующих механизмах с ведущим реверсивным барабаном или бесконечно гибким звеном.

 
 
 
 
 
 
 
 

                   1.3.Конструктивные схемы плунжерных  насосов

         Штанговый скважинный насос для откачивания пластовой жидкости из скважин вводится в действие колонной штанг. Он работает в тяжелых условиях: перекачиваемая  пластовая жидкость содержит в себе минерализованную воду, абразив, химически активные вещества, газы — часто сероводород и СО . Температура окружающей среды может превышать 100°С. Работая в подобных условиях, скважинный насос должен иметь достаточную долговечность и высокий к. п. д. Разнообразие условий эксплуатации нефтяных месторождений исключает возможность однозначного определения к. п. д. или долговечности ШСН. Межремонтный период работы насоса колеблется от 15—20 до 100—500 сут, к этому времени его объемный к. п. д. снижается до 30—50 %.

 Основной  задачей в области конструирования  насосов является увеличение их надёжности и повышение эксплуатационных показателей: глубины спуска насоса и коэффициента полезного действия.

 В настоящее  время почти во всех ШСНУ используются штанговые скважинные насосы вертикальные, одинарного действия с полым прободным плунжером. Процессы всасывания и нагнетания у них осуществляются при движении плунжера вверх.

Комплекс, состоящий из скважинного насоса, НКТ и штанг, представляет собой по существу дифференциальный насос, подача которого происходит при ходе штанг и вверх и вниз. Без учета утечек при ходе штанг вверх объем пластовой жидкости, вытесняемой из колонны НКТ  в промысловую сеть, будет V_B= (F—f)S, где F — полная площадь поперечного сечения плунжера, f — площадь поперечного сечения устьевого штока S — длина хода устьевого штока, принимаемая равной ходу плунжера. При ходе штанг вниз объем вытесняемой жидкости будет равен объему устьевого штока, проходящего через сальник, т. е. Vn=f-F.

      По способу крепления к колонне  НКТ насосы делятся на не  вставные (трубные) и вставные.

       Цилиндр трубного насоса присоединяется  к колонне НКТ и вместе с  ней пускается в скважину. Трубные насосы имеют простую конструкцию, и их применяют скважинах с большим дебитом. Их применение наиболее целесообразно в скважинах большим межремонтным периодом, так как для смены или ремонта цилиндра наcoca необходимо поднимать всю колонну труб.

    Цилиндр вставного насоса спускается  внутри труб на колонне штанг и монтируется на них с помощью специального замкового соединения. Это позволяет менять вставной насос без спуска и подъема труб. Но при одинаковых диаметрах плунжеров вставной насос требует применения НКТ большого диаметра. так, например, трубный насос с диаметром плунжера 43 мм можно спустить на 60-мм трубах, а вставной с плунжером того же диаметра требует применения НКТ большого диаметра—73 мм.

    В  настоящее время скважинные штанговые  насосы с втулочными цилиндрами  и металлическими плунжерами изготавливаются в соответствии с ГОСТ 6444—78. Они предназначены для откачки пластовой жидкости с содержанием воды до 99%, динамической вязкостью до О,1 Па-с, с содержанием H₂S до 0,1 % (в объеме), твёрдых механических примесей до 0,5 % с температурой до 130 °С.

     Насосы имеют условное обозначение,  в которое входят: тип насоса, условный размер—диаметр плунжера (мм), длина хода плунжера (мм) и глубина спуска (м) (два последних показателя уменьшают в 100 раз). В зависимости от условных диаметров плунжеров различают насосы малого (28,32,36,43 мм), среднего (55 мм) и большого (68, 82, 93 мм) диаметров. Длина хода плунжера насосов изменяется в пределах от 0,6 до 6 м.

      ГОСТом   предусмотрено изготовление  скважинных насосов следующих  типов: 

НСВ1 —вставной, одноступенчатый, одноплунжерный, с втулочным цилиндром   и замком наверху;

HCB2- вставной, одноступенчатый; двухплунжерный, с втулочным цилиндром и замком

  наверху;

НСВД — вставной, двухступенчатый, двухплунжерный, с  втулочным цилиндром и замком наверху;

НСН1 —невставной, одноступенчатый, одноплунжерный, с  втулочным цилиндром и захватом штока;

НСН2—то же, с  ловителем;

НСНА—то же, с  автосцепом;

НСВ1Б — вставной, одноступенчатый, одноплунжерный, с  безвтулочным цилиндром  и  замком наверху;

НСН2Б—   невставной,    одноступенчатый,    одноплунжерный,    с    безвтулочным  цилиндром и ловителем.

      Они  различаются   конструкцией   устройств  для   извлечения   всасывающего клапана, числом клапанов и способом уплотнения зазора между плунжером и цилиндром.

       В насосах с небольшой длиной хода используется конструкция с тяговым штоком для поднятия всасывающего клапана без каких-либо дополнительных операций для ловли захватного приспособления.

 

 К недостаткам  этой конструкции относится наличие значительного вредного пространства, необходимого для размещения тягового штока во внутренней полости плунжера.

 

2.Расчёт  оборудования  при  штанговой  глубинно-насосной  эксплуатации скважин.

Глубина  скважины , Н                                                                                 1500 м

Глубина  подвески  насоса, L                                                                         1400м

Динамический  уровень, Н                                                                              1350м

Буферное  давление  в  выкидной  линии, Р                                              0,8МПа

Забойное  давление, Р                                                                                   3 МПа

Сила  сопротивления  движению  плунжера, Р                                            5 кН

Содержание  воды, n                                                                                         0,25

Вязкость  жидкости,                                                                                         0,1см /с

Плотность  нефти,                                                                                          850  г /см

 

2.1. Выбор оборудования  ШГНУ и определение  параметров работы  насоса

 

  Выберем станок-качалку, диаметр и тип насоса, штанг и НКТ и установим режимные параметры работы насоса для заданных условий: дебит скважины—43м³ /сут, плотность нефти 850 кг/м , глубина спуска насоса — 1400 м, коэффициент подачи насоса η= 0,7.

  По диаграмме  Л. II. Адонина [5,6] на пересечении проекций Q = 43 м /сут и L = 1400 м находим 7СК8-3,5-4000   и диаметр    плунжера   насоса    38 мм.    При    глубине более        1200   м    следует    выбрать    вставной    насос    (выбираем НВС1-38-18-15).

   Насосы  скважинные штанговые вставные НСВ1 предназначены для эксплуатации нефтяных скважин в не осложненных условиях с глубиной подвески до 2500 м. Замок расположен в верхней части насоса. Насос снабжен двумя всасывающими и двумя нагнетательными клапанами.

   Для НВ1С - 38 требуется НКТ: 38 + 28 = 66 мм  -  НКТ 73 x 7,0 мм. Действительно, по табл. 2.12 [3] к этому насосу требуется замковая опора ОМ-60, устанавливаемая в                  НКТ -  73 мм.

   По  табл. 2.1 - 2.3 выбираем штанги из углеродистой стали (σпр = 130 МПа) диаметр = 19 мм.

 

    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  -  Ц2НС-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  38 мм, которая может быть получена при работе станка-качалки на максимальных параметрах.

   По  диаграмме находим Рmах = 57 м³/сут.

   При длине хода Smax = 3,5 м, число   качаний будет: