Вопрос 4.16. Подача ШСНУ. Коэффициент подачи

Теоретическая подача, минутная, часовая и суточная составит соответственно

(4.1)

где D- диаметр плунжера в метрах;

S-длина хода плунжера в метрах;

n-число двойных качаний в минуту.

Однако в действительности фактическая подача меньше теоретической, что обусловлено причинами, которые можно свести в две группы.

Первая группа - потери жидкости в скважинном насосе. К ним относятся:

- наличие утечек через зазор плунжер- цилиндр;

-наличие утечек у всасывающих и нагнетательных клапанов;

-сжимаемость жидкости, обусловленная в первую очередь наличием газа;

-отсутствие жидкости от плунжера при наполнении полости насоса.

Вторая группа - потери, обусловленные конструкцией установки:

-утечек через муфтовые соединения труб;

-деформация колонны штанг и насосно-компрессорных труб при работе насоса.

Потери жидкости в скважинном насосе характеризуются коэффициентом подачи насоса η представляющим собой отношение фактической суточной подачи насоса к теоретической :

 

 

-163-

(4.2)

Количество жидкости, протекающей через зазор плунжер - ци­линдр, определяется по формуле:

(4.3)

где е - радиальный зазор в см;

g - ускорение свободного падения в см/с²;
- кинематическая вязкость в см²/с;
Н - перепад давлений на длине плунжера в м;
I. - длина плунжера в м.

Если ось плунжера смещена относительно оси цилиндра, то утеч­ки увеличиваются примерно в 2,5 раза.

Газ, поступающий вместе с жидкостью в цилиндр в свободном или растворенном состоянии, уменьшает коэффициент наполнения и может привести к блокировке насоса. При этом начинается перио­дический процесс уменьшения коэффициента наполнения до нуля, после чего газ, заполнивший весь подплунжерный объем насоса, вы­тесняется через нагнетательный клапан и процесс повторяется.

Отставание жидкости от плунжера при его ходе вверх обусловле­но гидравлическим сопротивлением клапана потоку жидкости и прежде всего характеризуется вязкостью жидкости. При увеличе­нии вязкости жидкости возрастает время запаздывания посадки кла­пана, что также приводит к увеличению утечек. Однако малая вяз­кость жидкости не означает увеличения коэффициента наполнения, так как увеличиваются утечки через зазор плунжер - цилиндр.

Утечки жидкости через муфтовые соединения свидетельствуют либо об их износе, либо о недостаточном моменте свинчивания. И то и другое явление недопустимы при работе установки.

Деформация колонны штанг и труб при работе насоса приводит к уменьшению коэффициента подачи насоса, так как реальный ход плунжера меньше длины хода точки подвеса штанг. Фактическая дли­на хода плунжера может быть определена либо замером изношенной части цилиндра после подъема насоса на поверхность, либо расчет­ным путем.

При расчетном определении реальной величины хода плунжера относительно цилиндра необходимо учитывать, что и тот и другой соединены с наземной частью установки посредством упругих эле­ментов - штанг и труб.

-164-

Для определения величины упругих деформаций штанг и труб величиной динамических нагрузок, которые по сравнению со стати­ческими очень малы, можно пренебречь.

Рассмотрим фазы работы насоса.

I. В момент начала движения колонны штанг при ходе вверх (рис. 4.30, а) всасывающий клапан закрывается, в результате чего нагрузка от веса столба жидкости Р_ж, находящегося над плунжером, перестает действовать на трубы и перераспределяется на штанги. При этом штанги начинают растягиваться и плунжер придет в движение толь­ко тогда, когда верхняя точка штанг переместиться на величину де­формации i_шт (рис. 4.30, 6) под действием силы Р_ж, которая, согласно закону Гука, будет:

i_шт= , (4.4)

где L - глубина подвески насоса (соответствует длине штанг);

Е_шт - модуль упругости материала штанг;

Р_шт - площадь поперечного сечения штанг.

При этом насосно-компрессорные трубы сократятся, так как на­грузка, действовавшая на них, снята (рис. 4.30, в).

Длина штанг и труб будет постоянной до тех пор, пока точка под­веса штанг не достигнет крайнего верхнего положения и не начнет перемещаться вниз.

П. При ходе штанг вниз (рис. 4.30, г, д, е) нагнетательный клапан от­кроется, всасывающий закроется и усилие Рж будет приложено к ниж­ней части труб. В результате штанги сократятся на величину iшт, а тру­бы удлинятся на величину iтр, определяемую аналогично по формуле:

i_тр= , (4.5)

где Е_тр - модуль упругости;

Р_тр -площадь поперечного сечения труб.

При движении плунжера вниз длина штанг и труб будет постоян­ной до тех пор, пока не произойдет остановка штанг и плунжера и не начнется ход вверх. Всасывающий клапан при этом откроется, нагне­тательный закроется, вследствие чего трубы сократятся на величину i_тp , штанги удлинятся на i_тp , т. е. повторится описанный цикл.

Таким образом, деформация штанг и труб уменьшает длину хода плун­жера относительно цилиндра по сравнению с длиной хода точки подвеса штанг на величину i_шт + i_тp как при ходе вверх, так и при ходе вниз.

Реальная длина хода плунжера, при наличии ступенчатой колонны штанг l₁ + l₂ + ...l_i= L, имеющих соответственно сечения F₁, F₂,..., F_i ,может быть записана с учетом вышеприведенных рассуждений как:

- 165 -

а б в г д е

Рис. 4.30. Деформация штанг-труб

(4.6)

При заякоренном насосе расчет реального хода должен вестись с учетом условия

i_тр = 0.