Гідравліко-технологічні розрахунки параметрів при експлуатації свердловин штанговими насосами

⇐ Назад

Ці розрахунки охоплюють визначення тисків у різних точках свердловин й у насосі, температури, параметрів продукції при різних тисках і температурах, об'ємних витрат продукції, сепарації газу на прийомі насоса, коефіцієнтів, що характеризують подачу насоса.

Розподіл температури по глибині свердловин доцільно виконувати за формулами Міщенко:

при розрахунку вздовж НКТ від гирла свердловини

(12.1)

або

(12.2)

при розрахунку від заданої температури у свердловині вздовж НКТ (над насосом)

(12.3)

або вздовж обсадної колони (під насосом)

(12.4)

де - температура у точці свердловини з координатою і °С; - глибина, що відраховується від гирла, м; - висота, що відраховується від точки з заданою температурою чи м; - температура відповідно біля викиду насоса, на гирлі та пластова, °С;. — 0,202·10^-4 -безмірний критерій Стантона; - масо-

вий дебіт свердловини, т/добу; d, - внутрішній діаметр НКТ і експлуатаційної (обсад-ної) колони, м; - кут відхилення свердловини від вертикалі, ...°; с= ; с, - питома теплоємність відповідно продукції свердловини, нафти [ = 2100Дж/(кгтрадус)] і води [ = 4186 Дж/(кг-градус)], Дж/(кг-градус); - об'ємно-витратна обводненість продукції. Тиск на вибої свердловини

(12.5)

де - вибійний тиск, Па; - пластовий тиск, Па; Q - дебіт свердловини (при умовах вибою), м³/доб; п - показник режиму фільтрації (1 0,5); - коефіцієнт пропорціонаільності у рівнянні припливу або при п=1 коефіцієнт продуктивності свердловини, м³/ ; Н - глибина свердловини (до середини інтервалу перфорації), м; L - глибина спуску насоса, м; - густина газорідинної суміші в інтервалі вибій-прийом насоса (визначення див. 9.3), кг/м³; - прискорення вільного падіння, м/с²; - тиск на прийомі насоса, Па,

(12.6)

де - занурення насоса під динамічний рівень, м; - середня густина газонафтової суміші у затрубному просторі вище прийому насоса, кг/м³; - тиск газу в затрубному просторі над рівнем рідини, Па. Густина може бути визначена з умови барботажу відсепарованого у затрубний простір газу у нерухомій нафті; ії часто приймають рівною густині нафти при умовах на прийомі насоса. Тиск пов'язаний із затрубним тиском газу на гирлі свердловини барометричною формулою (9.3). Мінімально необхідний тиск на прийомі насоса

(12.7)

де - тиск на прийомі, Па; - довжина ходу штока, м; - густина рідини, кг/м³; - втрати тиску у всмоктуючому клапані, Па; - пружність пари відкачуваної рідини, Па; - тиск газу у затрубному просторі над рівнем рідини, Па.

Мінімально необхідне занурення під динамічний рівень, м ,

(12.8)

Витрата газорідинної суміші, м³/с

(12.9)

де - об'ємна витрата рідини при тиску р, м³/с; (р, Т) - об'ємна витрата вільного газу при тиску р і температурі Т, м³/с.

Густина газонасиченої нафти, кг/м³, при тиску р

(12.10)

де - густина дегазованої нафти, кг/м³; - густина газу при нормальних умовах, кг/м³; - газонасиченість нафти при тиску р, м³/м³; - об'ємний коефіцієнт нафти при тиску р.

Густина водонафтової суміші (рідини) при тиску р, кг/м³,

(12.11)

де - густина дегазованої води при поверхневих умовах, кг/м³; - об'ємний коефіцієнт води при тиску р.

Густина дегазованої рідини, кг/м³,

(12.12)

Об'ємна витрата рідини при тиску р

(12.13)

де - дебіт дегазованої нафти, м³/с; - дебіт дегазованої води, м³/с; = - об'ємний коефіцієнт рідини ( продукції свердловини) ; - відповідно об'ємні коефіцієнти нафти і води при тиску р (графічні експериментальні дані; можуть бути використані й аналітичні залежності [3]).

Об'ємна витрата вільного газу в свердловині при тиску р і температурі Т, зведена до нормальних (стандартних) умов

(12.14)

де - газовий фактор (об'єм газу і нафти зведені до нормальних умов), м³/м³; - газонасиченість нафти при тиску р (питома кількість розчиненого газу, зведена до нормальних умов), м³/м³; - тиск і температура при нормальних (стандартних ) умовах, Па, К; р, Т - тиск і температура у точці визначення Па і К; (р, Т) - коефіцієнт надстисли-вості газу при тиску р і температурі Т; = - об'ємна витрата нафти при тиску р, м³/с.

Об'ємний витратний газовміст потоку (газове число), м³/м³

(12.15)

Коефіцієнт сепарації на прийомі штангового насоса (формула Міщенко)

(12.16)

де - коефіцієнт сепарації вільного газу при режимінульового розходу рідини; - площа поперечного перерізу затрубного простору і площа прохідного перерізу свердловини (експлуатаційної колони), м²; - зовнішній діаметр насоса, м; - тиск на прийом насоса, Па; - витрата рідини при тиску м³/с; - відносна швидкість газових пухирців (зумовлена дією архімедової сили), м/с.

При 0,5 = 0,02 м/с; при > 0,5 =0,17 м/с.

Трубне газове число, м³/м³, = і затрубне газове число, м³/м³,

Об'ємна витрата вільного газу, що надходить у НКТ, м³/с

(12.17)

і у затрубний простір, м³/с

(12.18)

де - тиск, Па і температура на прийомі насоса, К;

(12.19)

Тиск на викиді штангового насоса (у трубах, над плунжером), Па

(12.20)

де - гирловий тиск (на викиді свердловини), Па; - гідростатистичний тиск стовпа рідини, Па; - витрата тиску на гідравлічне тертя рідини під час руху ії у трубах, Па; -тиск розвантаження внаслідок газліфтного ефекту при виділенні газу з нафти у НКТ, Па.

Гідростатичний тиск стовпа рідини

Втрати тиску визначають за формулою Дарсі-Вейсбаха (див. 9.2), при цьому швидкість рідини у трубах при русі плунжера вверх, м/с

(12.21)

де ~ відповідно діаметри плунжера, штанг і внутрішній НКТ, м; - довжина ходу сальникового штока, п - число коливань за хвилину.

Тиск розвантаження можна оцінити за формулою Щурова (ККД = 0,45) ,Па:

(12.22)

де — тиск насичення нафти газом, який відповідає трубному газовому числу (з врахуванням сепарації), Па.

Рис. 12.3. Коефіцієнт витрати для клапанів:

1-з однією кулькою з вікнами; 2-з двома кульками зі стаканом; З-з двома кульками

Перепад тиску в клапанах штангового насоса, Па

(12.23)

де - максимальна швидкість газорідинної суміші в отворі сідла клапана, м/с; -коефіцієнт витрати клапана, який визначається залежно від числа Рейнольда (рис. 12.3).

Максимальна швидкість газорідинної суміші

(12.24)

де - діаметр отвору сідла клапана (табл. 12.9), м; р - тиск, який приймається рівним тиску на прийомі насоса для всмоктуючого клапана і тиску у трубах для нагнітального клапана, Па.

Число Рейнольда де - кінематична в'язкість рідини, що приймається рівною в'язкості тієї рідини, яка переважає у суміші, а при однаковому вмісті обох фаз - найбільш в'язкої фази, м²/с.

Таблиця 12.9

Умовний діаметр свердловинного насосу, мм	Діаметр отвору сідла клапана, мм	Умов-ний діаметр свердловинного насосу, мм	Діаметр отвору сідла клапана, мм
звичайного	зі збільшеним прохідним перерізом	звичайного	зі збільшеним прохідним перерізом
Всмок-туваль-ного	Нагнг-галь-ного	всмоктувального	нагнітального	всмоктувального	нагніта-льного	всмоктувального	нагніта-льного
	11/20	11/11	14/22., 5	14/14		25/30	25/25	30/35,5	ЗО/ЗО
	14/20	14/14	18/22,5	18/18		ЗО	ЗО	35,5	35,5
	-/25	-/18	-/ЗО	-/20
	20/25	20/20	22,5/30	22,5/ 22,5

Примітка.В чисельнику наведені дані для невставного насоса, в знаменнику - для вставного.

Тиски у цилиндрі насоса (Па) при всмоктуванні і нагнітанні

(12.25)

(12.26)

де — тиск відповідно на прийомі насоса і у трубах, Па; - перепад тиску у всмоктувальному і нагнітальному клапанах, Па.

Перепад тиску, який необхідно створити насосом, щоб забезпечити підйом рідини на поверхню, Па

(12.27)

Об'ємна витрата витікання рідини через зазор плунжерної пари визначається за формулами Пірвердяна при 1000 (ламінарний режим)

(12.28)

і при > 1000 (турбулентний режим)

(12.29)

причому число Рейнольдса у зазорі, = , де - об'ємна витрата витікання рідини, м³/с; - зазор (на радіус) між плунжером і циліндром при їх концентричному розміщенні (група посадки для нового незношеного насоса), м; - відносний ексцентриситет розміщення плунжера у циліндрі, тобто відношення відстані між центрами до величини зазора ; - відповідно діаметр, довжина і довжина ходу плунжера (для серійних насосів = 1,2м) , м; N - число коливань головки балансира за секунду; - кінематична в'язкість і густина рідини, м²/с, кг/м³; - тиск у трубах і у циліндрі при всмоктуванні, Па.

При проектуванні, коли не відомий режим відкачування , у формулах (12.28) і (12.29) другий член справа приймають нульовим, а = 0,5.

⇐ Назад

Далее ⇒