Общие сведения

Штанговый насосный способ эксплуатации является самым распространенным способом добычи нефти на месторождениях. Основными достоинствами этого метода являются сравнительная простота оборудования, малая зависимость режима работы оборудования от физико-химических свойств жидкости, возможность регулирования режима работы установки в широких пределах.

Одним из главных параметров, характеризующих работу скважины, в том числе и оборудованной ШСНУ, является суточная подача (дебит). Поэтому предлагается произвести расчет фактической подачи штангового насоса в зависимости от конкретных условий их применения. Для откачки жидкости из скважин в основном используются вертикальные плунжерные насосы простого действия с проходным плунжером. Определение подачи такого типа насосов изучалась в разделе «Объемные насосы» достаточно подробно. Но главная особенность штанговой установки заключается в том, что связь между приводом и насосом осуществляется через колонну стальных штанг, имеющих длину свыше одного километра.

Существует достаточно большая разница между длиной хода верхней штанги, соединенной с приводом и длинной хода плунжера насоса.

Эта разность длин ходов обусловлена упругой деформацией колонны штанг под действием веса столба жидкости в колонне насосно-компрессорных труб.

Рисунок 13.1 Динамограмма ШГНУ

Это можно наблюдать на индикаторной динамограмме, отражающей изменение нагрузки в точке подвеса штанг станка-качалки в течение одного двойного хода. На рисунке приняты следующие обозначения:

Р_ш - вес колонны штанг;

Р_ж - вес столба жидкости в колонне НКТ;

l_ш - деформация колонны штанг;

l_Т - деформация колонны НКТ;

S₀ - длина хода полированного штока;

S - длина хода плунжера.

Точка "а" соответствует концу хода плунжера вниз, всасывающий клапан на цилиндре закрыт, следовательно колонна НКТ нагружена весом столба жидкости, а колонна штанг освобождена от этой нагрузки. Точка "б" начало хода вверх, когда всасывающий клапан открыт, а нагнетательный на плунжере закрывается, при этом нагрузка от веса столба жидкости передается с колонны труб на колонну штанг. Колонна НКТ укорачивается на величину l_т, а колонна штанг удлиняется на величину l_ш. Аналогичная ситуация происходит и при ходе вниз только в обратном порядке. Точка "С" конец xoда вверх, точка "а" начало хода вниз. Всасывающий клапан закрывается и колонна НКТ нагружается весом столба жидкости и соответственно удлиняется на величину l_Т, нагнетательный клапан открывается и колонна штанг разгружается и укорачивается па величину l_Ш.

Следовательно, разница в длинах ходов полированного штока и плунжера без учета других факторов будет определятся:

Деформации происходят в пределах упругости и определяются по закону Гука:

где - глубина подвески насоса;

- модуль упругости Юнга, = 2,1*10¹¹ Па;

, - площади поперечных сечений тела штанг и труб соответственно.

Вес столба жидкости, действующий на плунжер насоса, а следовательно и на колонну штанг (по рекомендации Адонина А.Н.)

Если колонна штанг ступенчатая, то необходимо определить среднюю площадь поперечного сечения колонны:

,

где - часть колоны штанг в сотых долях.

В паспортных данных скважинных насосов указывается идеальная подача насоса, исходя из максимальной длины хода плунжера, полированного штока и десяти двойных ходов в минуту. В конкретных условиях длина хода плунжера определяется выбранной длиной хода головки балансира станка-­качалки, числом двойных ходов, деформацией труб и штанг.

Следовательно, фактическая подача штанговой установки будет определяться:

,

где - площадь поперечного сечения плунжера насоса;

- объемный коэффициент подачи, учитывающий степень наполнения цилиндра насоса, утечки в зазоре плунжер-цилиндр и клапанах.