Расчёты в добыче нефти

Растягивающие нагрузки, вызывающие напряжения в опасном сечении, равные пределу текучести материала, определяются по формуле

где — диаметр трубы по впадине нарезки в корне первого витка, см; d2 — внутренний диаметр трубы, см; отек — предел текучести материала труб группы прочности Д, сттек = 372 МПа.

По формуле (V.12) предельные нагрузки равны: для 60-мм труб

(5,742 - 5,032) - 10-4•372- 10е = 223-103 Н;

Длину каждой ступени насосно-компрессорных труб по усло­ виям прочности на разрыв определим по формулам:

Здесь a — коэффициент запаса по отношению к пределу теку­ чести материала, принимаем его равным 1,5; q — вес 1 м длины труб с муфтами, Н/м; qt — 68,7 Н/м, q2 = 94,2 Н/м и q3 = 134 Н/м (см. прил. 3).

Длина 60-мм труб по формуле (V.13)

/1 = 223-1071,5-68,7 = 2170 м.

Длина 70-мм труб по формуле (V.14)

/2 = (313 — 223) 1071,5-94,2 = 637 м.

Длина 89-мм труб по формуле (V.15)

(477 — 313) юз

г

= 816 м.

1,5-134

Общая максимальная глубина спуска трехступенчатой ко­ лонны труб

I = к + h + /3 = 2 1 7 0 + 6 37 + 8 1 6 = 3 6 2 3 м.

81

Выполним проверочный расчет принятой колонны гладких насосно-компрессорных труб из стали группы прочности Д на расстройство муфтовых соединений по формуле Яковлева

Предельная длина труб каждой ступени из стали группы проч­ ности Д из расчета допустимого страгивающего усилия по фор­ мулам (V. 13), (V.14) и (V. 15):

для 60-мм труб

1Х= 205• 103/1,5 •68,7 = 1992 м;

для 73-мм труб

/2 = (287 - 205) 1071,5-94,2 = 583 м;

для 89-мм труб

Общая максимальная длина спуска трехступенчатой колонны труб с учетом страгивающих усилий

L = 1Х+ /2 + 13 = 1992 + 583 + 820 = 3395 м.

Допускаемое внутреннее давление по формуле Барлоу равно

8 2

где 6 и dH— соответственно толщина стенки и наружный диаметр трубы, мм (см. прил. 4); а — запас прочности, который прини­ мается равным 2.

По формуле (V.17) имеем допускаемые внутренние давления: для 60-мм труб

Рдоп = 2 •3,68 -372-10в/60,3 •2 = 22,7• 106 Па;

для 73-мм труб

рлоп = 2 -4,15 -372 -106/73-2 = 21,2-10° Па;

для 89-мм труб

Рдоп = 2 -5 ,2 -3 7 2 -106/89-2 = 21,7- 10е Па.

При рассчитанных предельных глубинах спуска насосно­ компрессорные трубы из стали группы прочности Д будут испыты­ вать внутренние давления (при плотности воды рв = 1000 кг/м3):

89-мм трубы

ГОСТ 3845—75 для гидравлических испытаний труб предусма­ тривает следующие давления (табл. V.1).

Как видно из табл. V.1, трубы диаметром 60 мм из стали группы прочности Д не удовлетворяют требованию гидравли­ ческого испытания (фактическое давление 33,3 МПа, а допу­

8 3

6. РАСЧЕТ КОМПРЕССОРНОГО ПОДЪЕМНИКА

Задача 43. Рассчитать компрессорный подъемник (т. е. опре­ делить его диаметр, длину и потребный расход газа) по А. П. Кры­ лову для скважины, работающей с ограниченным отбором жидкости.

мости газа в нефти а = 5 1/МПа; располагаемое абсолютное рабо­

гДе Рбаш — давление у башмака подъемных труб, Па.

Принимая потери напора при движении газа от компрессора до башмака труб (по опытным данным) равными 0,4 МПа, получим

84

Принимаем ближайшие стандартные трубы с внутренним диаметром 62 мм.

Оптимальный полный удельный расход газа (включая соб­ ственный газ скважины) определяется по формуле

Для облегчения и ускорения расчетов определим, используя те же исходные данные, диаметр подъемных труб и удельный расход газа по номограмме А. П. Крылова (рис. V.4). Для этого

Для определения диаметра подъемника на номограмме от точки 22,5 (процент погружения подъемных труб) на оси ординат первого квадранта восставим перпендикуляр вправо, а из точки Q = 96 т/сут на оси абсцисс этого же квадранта — вверх. Пере­ сечение этих линий определит диаметр подъемника d == 62 мм в условиях оптимального режима.

8 5

Для определения удельного расхода газа из точки 22,5% на оси ординат первого квадранта восставим перпендикуляр влево

Рис. V.4. Номограмма А. П. Крылова для расчета компрессорного

восставим перпендикуляр вверх до пересечения с осью абсцисс, на которой находим удельный расход газа R0 = 146 м3/т.

Задача 44. Рассчитать и подобрать подъемник для компрессор­ ной скважины, допускающей практически неограниченный отбор жидкости.

Исходные данные: глубина скважины Н = 920 м; длина филь­

8 6

тивности К = 50 т/сут-МПа. Индикаторная линия притока вы­ ражается прямой; допустимый удельный расход нагнетаемого газа R Har = 400 м3/т; абсолютное давление на устье ру — 0,2 МПа.

Искомыми параметрами в данном случае будут размеры подъем­ ника (L и d), дебит скважины и расход газа.

Так как отбор жидкости не ограничен, то для получения наи­ меньшего давления на забое скважины длину подъемника берем

Для определения давления у башмака, а следовательно, и

узабоя скважины воспользуемся графиком (рис. V.5), выража­ ющим зависимость между давлением у башмака и удельным рас­ ходом газа. Для этого от точки R = 475 м3/т на оси абсцисс восста­ вим перпендикуляр до линии L = 900 м и повернем влево. На оси ординат получаем приближенное значение избыточного давления

убашмака р6аш = 1 МПа (абсолютное давление рбаш = 1 , 1 МПа).

Дебит скважины определяем по уравнению притока, принимая

Р з = Р баш*

Q = /С (рпл — Рз) = 50- Ю-6 (2,8 — !)• 10G= 90 т/сут.

Диаметр подъемника определим по формуле А. П. Крылова

= 8 6 мм.

Принимаем стандартный внутренний диаметр трубы d = 76 мм. Часовой расход нагнетаемого газа с учетом поправочного

коэффициента k составит

87

Поправочный коэффициент k = 0,912 введен потому, что гра­ фики зависимости между давлением у башмака и удельным рас­ ходом газа (см. рис. V.5), которыми пользовались, составлены для труб диаметром 62 мм, а мы приняли диаметр подъемных труб равным 76 мм. Для подъемных труб диаметром 50,3 мм по­ правочный коэффициент составляет 1,12, а для труб диаметром 100,3 мм — 0,8.

7. РАСЧЕТ ПУСКОВЫХ ДАВЛЕНИЙ КОМПРЕССОРНОГО ПОДЪЕМНИКА

Задача 45. Пусковое давление компрессорного подъемника зависит от конструкции и системы подъемника, от высоты стати­ ческого уровня жидкости в скважине, а также от проницаемости пласта и темпа продавливания жидкости в скважину в пусковой период.

Определим пусковое давление для подъемника двух- и одно­ рядной конструкции кольцевой системы и для подъемника цен­ тральной системы в условиях отсутствия и наличия поглощения жидкости пластом и различной ^высоты статического уровня в скважине.

Исходные данные: внутренний диаметр эксплуатационной ко­

Для подъемника двухили полуторарядной конструкции коль­ цевой системы при отсутствии поглощения жидкости пластом (что возможно при быстром продавливании жидкости и очень плохой проницаемости пласта) необходимое пусковое давление находим по формуле

где глубина погружения подъемных труб под статический уровень

hCT = L — hCT= 1000 — 600 = 400 м.

По формуле (V.22) имеем

Рпуск = 400-900 *9,81 0)152_ о>12_|_ 0|об2а =

= 4 ,8 - 10е Па = 4,8 МПа.

В случае однорядной конструкции подъемника при диаметре подъемных труб d = 62 мм и отсутствии поглощения жидкости пластом

8 8

= 4,27-10° Па.

При полном поглощении пластом всей жидкости, вытесняемой из кольцевого пространства между эксплуатационной колонной и подъемными трубами (случай редкий, возможный при медлен­ ном продавливании жидкости в скважину и хорошей проница­ емости пласта), пусковое давление зависит только от глубины погружения подъемных труб под статический уровень

Рпуск = hCTpg = 400-900-9,81 = 3,53-10° Па.

При частичном поглощении жидкости пластом (наиболее ре­ альный на практике случай) в правую часть формулы следует вводить коэффициент &сн, учитывающий снижение столба жидко­ сти, вытесняемой в подъемные трубы вследствие поглощения ее пластом. Значения этого коэффициента могут колебаться в широ­ ких пределах (от нуля до единицы), и их можно определить в каж­ дом случае только опытным путем. Поэтому пусковые давления рассчитывают обычно без учета поглощения, что приводит к за­ вышению расчетного пускового давления и увеличению запаса мощности компрессорных агрегатов.

При пуске в работу компрессорных скважин, оборудованных однорядным ^подъемником кольцевой системы, и при высоких статических^уровнях жидкости возможны случаи, когда не по­ требуется высокое пусковое давление, определенное расчетом. Тогда вытесняемая из кольцевого пространства жидкость подни­ мается в подъемных трубах до устья скважины раньше, чем столб жидкости целиком оттеснится от башмака подъемника. Макси­ мально возможное пусковое давление при этом равно гидростати­ ческому давлению столба жидкости в подъемных трубах, т. е. в заданных условиях

Ртах = LpHg = 1000-900-9,81 = 8,82-10° Па.

Из полученных результатов видно, что пусковое давление имеет наименьшее значение при полном поглощении жидкости пластом, затем в случае применения подъемника центральной системы

и двухрядного подъемника кольцевой системы.

8.РАСЧЕТ МЕСТА УСТАНОВКИ ПУСКОВЫХ КЛАПАНОВ ПРИ ГАЗЛИФТНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИН

Задача 46. Рассчитать для компрессорного подъемника одно­ рядной конструкции кольцевой системы установку пусковых клапанов У-1-М конструкции Г. В. Исакова и А. П. Крылова.

89

Исходные данные: глубина скважины Н = 1800 м; диаметр эксплуатационной колонны D — 0,15 м; диаметр подъемных труб d = 62 мм; длина подъемных труб L = 1500 м; статический уро­ вень от устья hcr = 800 м; плотность жидкости р = 900 кг/м3; давление в пусковой линии у устья скважины рпуск = 4,6 МПа; давление у башмака подъемника во время его нормальной работы

Рбаш = 2,8 МПа; расход газа при нормальной работе скважины V = 500 м3/ч.

Для пуска в работу данной скважины путем продавливания жидкости из затрубного пространства через башмак потребова­ лось бы следующее максимальное пусковое давление:

РпуСк = pgL = 900-9,81 •1500 = 13,3 -106 Па.

Давление газа 4,6 МПа недостаточно для пуска скважины в работу, а поэтому необходимо снабдить колонну подъемных труб пусковыми клапанами.

90