4.29. Коэффициент полезного действия штанговой насосной установки
КПД установки определяется произведением КПД ее основных элементов и зависит от потерь энергии в них. Определение потерь в общем виде весьма сложно, так как они изменяются в зависимости от режима работы скважин, степени изношенности оборудования, кроме того на них существенно влияют другие факторы, усложняющие условия эксплуатации ШСНУ.
КПД подземной части установки характеризует потери энергии между поверхностью и глубинным насосом; КПД скважинного насоса обусловлен коэффициентами наполнения ηнап и гидравлическим ηг зависящими от утечек в клапанах и паре плунжер - цилиндр; КПД колонны штанг и труб обусловлен механическими потерями при трении, потерями энергии при деформации штанг и труб, гидравлическим сопротивлением штанг и труб течению жидкости; КПД наземной части установки обусловлен потерями в станке-качалке (потери в клиноременной передаче, редукторе, подшипниках, канатной подвеске), а также потерями на трение полированной штанги в устьевом сальнике. Ориентировочные значения КПД отдельных систем представлены в таблице 4.
Таблица 4
Ориентировочные значения кпд отдельных систем
|
Система |
Суммарный КПД, % |
|
Скважинный насос |
70…75 |
|
Колонна труб и штанг |
80…90 |
|
Балансирный станок-качалка: современной конструкции старой конструкции |
70…80 50 |
Таким образом, общий КПД установки составляет 40... 55 %, но может быть и ниже (при изношенности подземного оборудования).
4.30. Подбор оборудовании для штанговой насосной установки
Первый этап - выбор насоса. Принимая во внимание его производительность, с учетом коэффициента наполнения, равного 0.8, определяется его диаметр при различных сочетаниях длин ходов числа двойных качаний п. Последние определяются по паспорту станка-качалки, если он уже установлен на скважине, либо задаются с учетом параметров балансирных станков-качалок.
При этом необходимо стремиться к возможно большей длине хода плунжера насоса, так как это позволяет применять насос меньшего диаметра (меньше величины утечек, меньше силы трения) и уменьшает число циклов нагружения штанг (это также увеличивает срок их эксплуатации).
Второй этап - выбор колонны штанг. Определив диаметр насоса, длину хода плунжера и число качаний, подбирается конструкция колонны штанг, после чего подсчитывается деформация колонны.
Третий этап - выбор колонны труб. Трубы, как правило, подбираются из конструктивных соображений, исходя из типа насоса - вставного или трубного. После чего проверяется их прочность. Желательно применять равнопрочные трубы с высаженными концами, обеспечивающие максимальную глубину спуска насоса. Подобрав колонну труб, определяется ее деформация при работе насоса.
Четвертый этап - выбор типа станка-качалки. По результатам первых трех этапов определяется необходимая длина хода точки подвеса штанг с учетом деформации штанг и труб, а также максимальная нагрузка на полированный шток. На основании этих данных подбирается станок-качалка, удовлетворяющий требуемым параметрам. Если такого станка нет среди применяемых моделей (например, длина получается завышенной), повторяются первые два этапа, принимая во внимание марку насоса, обеспечивающего необходимую производительность.
Выбранный станок-качалка должен обладать некоторым запасом максимальной величины нагрузки в точке подвеса штанг, в длине хода и числе качаний, чтобы впоследствии при эксплуатации скважин была возможность изменять их как в сторону уменьшения, так и увеличения.
После выбора модели станка-качалки рассчитывается уравновешивание и проверяется соответствие необходимого максимального крутящего момента паспортному его значению.
Тип наземной части установки определяется исходя из условий ее работы. Балансирные станки-качалки с балансирным уравновешиванием используются на мелких скважинах с небольшим числом качаний. Наиболее универсальны установки с роторным и комбинированным уравновешиванием.
Пятый этап - выбор приводного электродвигателя. Для этого, зная тангенциальное усилие на пальце кривошипа, определяется мощность приводного двигателя, частота вращения вала которого принимается исходя из передаточного отношения редуктора и клиноременной передачи.
Выбор оборудования и режимов работы по изложенной выше методике - сложная и трудоемкая задача, решить которую помогают диаграммы А.Н. Адонина (рис. 4.40., 4.41.).
Рис. 4.40. Диаграмма Адонина А.Н. для базовых моделей станков-качалок
Рис. 4.41. Диаграмма Адонина A.Н. для модифицированных моделей
станков- качалок
Для станков-качалок по ГОСТ 5866-66 диаграмма дает возможность быстро подбирать оборудование по заданным значениям дебита и высоты подъема жидкости.
Диаграммы построены на основе следующих исходных данных:
-
плотность откачиваемой жидкости принята равной 900кг/м3;
-
динамический уровень находится у приема насоса;
- коэффициент наполнения насоса равен 0,85.
Сплошные ломаные линии указывают границы зон применения станка-качалки одного типа, а пунктирные - границы областей в этих зонах. Каждой зоне области соответствует насос (плунжер) определенного диаметра (на диаграмме показан цифрой в кружке).
При подборе оборудования глубиннонасосной установки и режима его работы сначала определяются тип станка-качалки и диаметр плунжера глубинного насоса, которые находятся пересечением проекций дебита и глубины спуска насоса на осях Q и H.
Тип насоса определяется в зависимости от глубины подвески. При глубинах больше 1000 м следует применять вставные насосы.
Для определения числа качаний при заданной производительности глубинного насоса при максимальной длине хода используется соотношение:
,
где птах - максимальное число качаний, установленное для станка-качалки; Qmax - максимальная добыча, соответствующая верхней границе поля данного насоса, м3/сут;
Q1 - заданная добыча, м3/сут.
Аналогичные диаграммы были созданы и для станков-качалок по ГОСТ 5866-76, которые обычно приводятся в паспорте станка-качалки.
Рис. 4.42. Диаграмма области применения станков-качалок CK5-3-25Q0 (при числе качании 12 в мин, чистая зона) и СК6-2,1-2500 (при числе качаний 14 в мин, заштрихованная зона)
Рис. 4.43. Диаграмма области применения станков-качалок СК8-3,5-4000 (чистая зона) и CKI2-2,5-4000 (заштрихованная зона) при числе качаний 12 в мин.