Задание.
Выбор наземного и подземного оборудования при глубинно-насосной штанговой эксплуатации.
1. Выбрать типоразмер станка-качалки и диаметр плунжера насоса (выбор станка-качалки выполнить для станков-качалок выпускаемых по ГОСТ 5866-84, согласно диаграмм составленных Адониным А.И.).
2. Выбрать типоразмер плунжерного насоса и назначить его рабочие параметры, длину хода плунжера и число качаний в минуту. При выборе типоразмера насоса обратить внимание на заданную глубину, связав её с типоразмером насоса НСН (НГН). При наличии песка в жидкости назначить тип плунжера (Г;К;П;В) и группу посадки. При выборе числа качаний стремиться к минимальному его значению, а при выборе длины хода к максимально возможному значению.
3. Выбрать конструкцию колонны штанг и рассчитать их на выносливость.
4. Выбрать типоразмер НКТ, рассчитать НКТ на прочность (от воздействия страгивающей нагрузки).
5. Определить нагрузки в точке подвеса штанг (по формуле Вирновского А.С.).
6. Выбрать типоразмер станка-качалки.
7. Определить значения ускорения точки подвеса штанг по уточненной (приближенной теории) через 15⁰ (0⁰; 15⁰; 30⁰; и т.д. до 180⁰).
8. Определить мощность привода (по формулам Ефремова, Ларионова, Плюща).
9. Рассмотреть основные правила эксплуатации СК.

Дано: Глубина установки насоса – 2200м;
количество отбираемой жидкости – 40м³/с;
динамический уровень – 1800м;
содержание песка – 0,1%;
вязкость – 0,2Па ;
плотность нефти – 890кг/м³;
наружный диаметр обсадной колонны – 0,146м.
Решение.
1. По (1) выберем станок-качалку 8СК-12-3,5-8000 и диаметр плунжера насоса 38мм.
2. Выберем типоразмер плунжерного насоса НСВ2-38-25-35, длина хода плунжера    Назначим тип плунжера В (наличие песка). Группа посадки 2 – с зазором от 0,07 до 0,12мм.
3. В заданных условиях по (1) следует принять
Максимальное значение нагрузок в точке подвеса штанг

где  – коэффициент потери веса штанг в жидкости:

где  – плотность материала насосных штанг (стали), .

 – вес 1 м принятых штанг диаметром 22мм,
 – площадь поперечного сечения плунжера, :
.

Максимальное напряжение в штангах   :

Условие обеспечения прочности выполняется.
4. Соответственно выбранному диаметру и типу насоса выберем по (1) диаметр и тип НКТ:
НКТ 73 с высаженными наружу концами.
Величина страгивающей нагрузки резьбового соединения, когда напряжение в нарезанной части материала трубы достигает предела текучести , Н:

где  – средний диаметр резьбы в плоскости первого витка,
 – толщина тела трубы под резьбой в основной плоскости,
 – предел текучести,
 – коэффициент:

где  – номинальная толщина стенки трубы

 – угол между опорной поверхностью резьбы и осью трубы,
 – угол трения для резьбы,
 – длина резьбы до основной плоскости,

Напряжения от действия страгивающей нагрузки

где  – площадь сечения труб.

Условие обеспечения прочности выполняется.
5. Максимальная нагрузка на основе динамической теории по формуле А.С. Вирновского с учетом собственных колебаний колонны насосных штанг

где  – сила тяжести колонны штанг, Н:

 – сила тяжести жидкости, находящейся над плунжером, Н:

 – коэффициенты отношения длин звеньев станка-качалки:

где  – угловое перемещение кривошипа соответствующего моменту максимальной скорости точки подвеса штанг.
Из зависимости  получим значение


где  – площадь сечения насосных труб, м²:

где  – наружный диаметр НКТ, м;
 – внутренний диаметр НКТ, м:


 – деформация штанг, м:

где  – модуль упругости материала штанг,

 – угловая скорость вращения кривошипа,


6. При глубине установки насоса 2200м, диаметре плунжера насоса 38мм и количестве отбираемой жидкости 40м³/сут принимаем в качестве базового типоразмера станок-качалку 8СК-12-3,5-8000 по диаграмме Адонина А.Н.
Техническая характеристика 8СК-12-3,5-8000:
- номинальная нагрузка на устьевой шток,                  117,8
- номинальная длина хода устьевого штока,                  2,1 - 3,5
- номинальный крутящий момент,                  78,4
- число ходов балансира в минуту                                     5,2 – 11
- масса,                                                            20000
7. Определение значений ускорения точки подвеса штанг по уточненной (приближенной) теории через ,
;


Получаем:                         
                 
                
               
               
               
               
               
              
              
              
              
              
              
8. а) Мощность привода  определим по формуле Ефремова Д.В.:

где  – высота подъема жидкости,
 – КПД подачи,
 – КПД станка-качалки,
 – коэффициент уравновешивания,
 – диаметр плунжера насоса,

б) Мощность по формуле Плюща Б.М.

где  – КПД передачи,
 – коэффициент, зависящий от типа станка-качалки,
 – коэффициент:



в) Мощность привода по формуле Ларионова:

где  – потери холостого хода станка-качалки,
 – относительный коэффициент формы кривой крутящего момента на валу электродвигателя, для станков-качалок с балансирным уравновешиванием:

где   –  коэффициент,   зависящий   от   длины   плеч  балансира  и  шатунов  станка-качалки,

 – поправочный коэффициент, учитывающий влияние деформации штанг и труб на величину среднеквадратичной мощности и зависящий от отношения длины хода плунжера к ходу сальникового штока,

9. Основные правила эксплуатации СК.
Надежная и безаварийная работа станков-качалок достигается за счет правильного подбора оборудования, который зависит от технологического режима эксплуатации скважины, качественного выполнения монтажных работ, точного уравновешивания, своевременных профилактических ремонтов и смазки.
После пуска станка-качалки в эксплуатацию по истечении первых нескольких дней работы следует осмотреть все резьбовые соединения и подтянуть их. В первые дни эксплуатации требуется систематически контролировать состояние сборки, крепления подшипников, затяжки кривошипных и верхних пальцев на шатуне, уравновешивание, натяжение ремней, отсутствие течи масла в редукторе и т.п.; проверять соответствие мощности и скорости вращения вала электродвигателя установленному режиму работы станка. Электродвигатель должен быть подключен к сети так, чтобы кривошипы вращались по стрелке, указанной на редукторе.
В процессе эксплуатации необходимо регулярно проверять и смазывать узлы станка-качалки и редуктора в соответствии с инструкцией по их эксплуатации.
Если станок-качалка подвергается действию больших и переменных нагрузок и эксплуатируется в условиях высоких или низких температур, повышенной влажности или пыльности, необходимо чаще проверять его.
После пуска в эксплуатацию нового редуктора необходимо через 10 – 15 суток вылить из него масло и промыть керосином или соляровым маслом для удаления частиц металла, появляющихся в процессе первоначальной работы редуктора. Для повторного использования слитое масло необходимо обязательно профильтровать. Наличие масла в редукторе проверяют через контрольные клапаны или щупом. Свежее масло добавляют в редуктор тогда, когда через нижнее контрольное отверстие оно не поступает. Уровень масла в редукторе должен быть между нижним и верхним контрольными клапанами. Для механизированной смены смазки в редукторах и подшипниковых узлах станка-качалки следует применять агрегаты Азинмаш-48 и МЗ-131СК.

Литература.
1. Юрчук А.М. Расчеты в добыче нефти. – М.: Недра, 1974.
2. Муравьев И.М. Технология и техника добычи нефти и газа. – М.: Недра, 1971.
3. Бухаленко Е.И., Абдуллаев Ю.Г. Монтаж, обслуживание и ремонт нефтепромыслового оборудования: Учебник для учащихся профтехобразования и рабочих на производстве. – М.: Недра, 1985.
4. Аванесов В.А. Нефтегазопромысловое оборудование: Методические указания. – Ухта: УГТУ, 2004.