Q’ = 5,6 ∙ 103 / 1036,3 = 5,4 м3/добу
Тип верстата-качалки і діаметр насоса вибираємо з діаграми областей застосування верстатів - качалок. згідно діаграми обираємо верстат-качалку СКД6-2,5-2800 з числом коливань 14 кол / хв.
Тип насоса вибираємо в залежності від глибини спуску і характеристики продукції свердловини ( з каталогу штангових насосів ). Обираємо насос марки НВ1С29-18-25.
2.6 Вибір насосних штанг
Підбір колони насосних штанг проводимо за приведеним напруженням в точці підвішування штанг з табл. 13-18 [25, ст.18-25].
Обираємо трьохступеневу колону штанг 16 мм; 19 мм; 22 мм :
l1 = 840м ; l2 = 470,4 м ;l3 = 369,6 м
2.7 Встановлення режиму роботи установки
графічним методом
Щоб забезпечити тривалу роботу верстата-качалки потрібно для одержання дебіту Q’ в м3 / добу прийняти максимально можливу довжину ходу сальникового штока S для вибраного типо – розміру верстата-качалки і знаходимо потрібне число коливань за такою формулою :
n = nmax ∙Q’ / Qmax, кол / хв. (2.12)
де nmax- максимальне число коливань для вибраного верстата-качалки за хв.
Qmax– максимальна продуктивність вибраного насоса при роботі на максимальних параметрах, м3 / добу.
n = 14 ∙ 5,4 / 17,1 = 4,42 кол / хв.
Обираємо стандартне число коливань 4,5 кол / хв.
2.8 Вибір і розрахунок насосно – компресорних труб
Діаметр насосно-компресорних труб вибирається в залежності від вибраного типу і діаметра насоса з табл.IV [20, ст.222].
Сумарна маса 1 м труб, штанг і рідини визначаємо за формулою :
m=mТ +mш+mр , кг/м (2.13)
де mТ- масса 1м колони труб (з врахуванням труб і муфт), кг/м
mш- масса 1м колони штанг, кг/м
mр– масса 1м стовпа рідини в колоні НКТ, кг/м.
m =703+2,66+1,67=11,36 кг/м
Массу 1м ступеневої колони штанг визначаємо за формулою:
mш=(m1∙l1+m2∙l2+m3∙l3)/L ,кг/м (2.14)
Массу 1м стовпа рідини визнаємо за формулою:
mр=(FТр-ƒшт) ∙ ρ ∙1, кг/м (2.15)
mр = (0,001986 – 0,000379) ∙ 1036,3 ∙ 1 = 1,6653 кг /м
FТр=πdв2 / 4 ,м2 (2.16)
FТр= 3,14 ∙ 0,05032 / 4 = 0,001986 м2
fшт = πdш2 / 4, м2(2.17)
fшт=3,14 ∙ 0,0222 / 4 = 0,000379 м2
де FТр - площа поперечного січення труби, м2
fшт– площа поперечного січення штанги, м2
ρ – густина рідини, кг/м3
dв– внутрішній діаметр НКТ, м2
dш– діаметр штанги, м2
2.9 Перевірка працездатності верстата-качалки
Для перевірки працездатності вибраного верстата-качалки потрібно визначити максимальне навантаження на головку балансира та максимальний крутний момент на валі кривошипа редуктора і порівняти їх з відповідними параметрами вибраного верстата-качалки.
Максимальне навантаження на головку балансира визначають на основі динамічної теорії за формулою І.А.Чарного :
Рmax= Рр + Рш ∙(в + (5 ∙ n2 ∙ tgφ) / (1800 ∙φ)) , Н (2.18)
Рmax= 10499,3 + 43831,2 ∙ (0,87 + (2,1∙ 4,52 ∙ tg8,88º) / (1800 ∙ 8,88º)) = 48650,6 Н
де φ – параметр, який характеризує режим відкачки і визначається за формулою :
φ = W ∙ L / a, рад (2.19)
φ = 0,471∙ 1680 / 5100 = 0,155 ∙ (180º / 3,14 ) = 8,88º
де W – кутова швидкість обертання кривошипа верстата-качалки, рад/с;
L – глибина спуску насоса, м ;
а – швидкість розповсюдження звуку в матеріалі штанг ( для сталі а = 5100м/с).
Кутова швидкість обертання кривошипа визначається за формулою :
W = π∙n / 30,рад/с (2.20)
W = 3,14 ∙ 4,5 / 30 = 0,471 рад/с
де п – число коливань верстата-качалки, кол/хв.
Мінімальне навантаження на головку балансира за цикл дії свердловинного насоса визначаємо за формулою :
Pmin = Рш ∙ (b – (S ∙ n2 ∙ tgφ) / (1800 ∙ φ). Н (2.21)
Pmin = 43831,2 ∙ (0,87 – (2,1 ∙ 4,52 ∙ tg ∙8.88º) / (1800 ∙ 8.88º) = 38114.9,Н
Максимальний крутний момент на кривошипному волі редуктора визначаємо за формулою :
Mmax = [30 ∙ S + 0.236 ∙ (Pmax – Pmin)] ∙ g .,Н ∙ м (2.22)
Mmax= [30 ∙ 2,1 + 0,236 ∙ (48650,6 – 38114,9)] ∙ 9,806 = 24999,6 Н ∙ м
Одержані значення Pmax і Мmax не перевищують відповідно допустиме навантаження на головку балансира [Pmax] і допустимий крутний момент на кривошипному валі редуктора [Mmax], вказані в шифрі вибраного верстата-качалки, то вибраний верстат-качалка забезпечує роботу установки.
2.10 Визначення фактичної продуктивності установки
Фактичну продуктивність установки визначаємо за формулою :
Qф = 1.44 ∙ Fпл ∙ Sпл ∙ n ∙ ρ ∙ η , м3/добу (2.23)
Qф= 1,44 ∙ 0,000615 ∙ 1,8 ∙ 4,5 ∙ 1036,3 ∙ 0,75 = 5,5 м3/добу
де Sпл– довжина ходу плунжера насоса, м ;
η – коефіцієнт подачі установки, який приймається 0,75;
інші позначення та їх розмірності такі ж як в попередніх формулах.
Фактичну довжину ходу плунжера визначаємо за формулою Л.С.Лейбензона – А. С. Вірновського :
Sпл = S / cosφ – λcm, м (2.24)
Sпл = 1,8 / cos8.88º - 0.0044 = 1.82 м
де λ – втрати ходу плунжера від видовження НКТ і насосних штанг.
При ступеневій колоні насосних штанг втрати ходу плунжера від видовження НКТ і штанг визначаємо за формулою :
Λст = Рр / Е ∙((L / fm) +( l1 / f1) + ( l2 / f2 ) + (l3 / f3)), м (2.25)
Λст= 10499,3/2,1 ∙ 1011 ∙ ((1680/0,0869) + (840 / 0,0201) + (470,4 / 0,0283) + (369,6 / 0,038)) = 0,0044 м
де l1, l2, l3 – довжина відповідної 1-ої, 2-ої, 3-ої ступені колони насосних штанг, м ;
f1 , f2 , f3 – площа поперечного перерізу насосних штанг відповідно 1-ої, 2-ої, 3-ої ступені.
2.11 Розрахунок зрівноваження верстата-качалки
Виходячи з вибраного режиму роботи, слід визначити кількість і розміщення противаг на кривошипах верстата-качалки.
Для цього визначають зрівноважуючий момент за формулою :
Мзр = S ∙ (Pmax + Pmin ) / 2, Нм (2.26)
Мзр = 1,8 ∙ (48650,6 + 38114,9 ) / 2 = 78088,95 Нм = 78,1 кНм
З допомогою графіків (рис. 15-18 (1, ст.. 24, 25 )), виходячи з визначеного значення Мзр визнаємо кількість і положення противаг на кривошипах.
Для верстата-качалки СКД6-2,5-2800 Мзр = 78088,95 Нм. З рис. 17 (1, ст. 25) знаходимо по 3 противаги на кривошип масою 485 кг. Встановлюємо на відстань R = 93 см.
2.12 Вибір електродвигуна
Потрібну потужність електродвигуна для приводу верстата-качалки слід визначити за формулою Д. В. Єфремова :
Ng = 4.1 ∙ 10-5 ∙ π ∙ Dnn2 ∙ S ∙ n ∙ ρ ∙ hд ∙ k ∙ (( 1 – ηр ∙ ηвг / ηн ∙ ηвг ) + η ) , кВт (2.27)
Ng= 4,1 ∙ 10-5 ∙ 3,14 ∙ 0,0282 ∙ 1,8 ∙ 4,5 ∙ 1036,3 ∙ 1416,3 ∙ 3,4 ∙ (( 1 – 0,85 ∙ 0,8 ) / 0,85 ∙ 0,8) + 0,75 )) = 5 кВт
де D– діаметр плунжера насоса , м ;
S– довжина ходу сальникового штока , м ;
n– кількість коливань за хвилину ;
ρ – густина рідини, кг/м3 ;
hд – віддаль від гирла свердловини до динамічного рівня, м ;
k – коефіцієнт, який враховує зрівноваженість верстата-качалки ( для зрівноваженої системи приймається k = 1,2 , для незрівноваженої k = 3,4 ) ;
ηн– 0,85 – 0,95 К.К.Д. свердловинного насоса ;
ηв.г. – 0,8 – 0,85 К.К.Д. верстата-качалки ;
η– коефіцієнт передачі насосної установки ( приймається = 0,75 ).
Віддаль від гирла до динамічного рівня рідини визначаємо за формулою :
hд = Н – Нд ; м (2.28)
hд = 2420 – 1003,7 = 1416,3 , м
де Н – глибина свердловини, м ;
Нд – динамічний рівень рідини в свердловині, м.
Підбір електродвигуна за визначеною потужністю проводиться з табл.. 10 (1, ст. 14). Вибираємо електродвигун марки 4АР180М8У2 з максимальною потужністю 15 кВт.
2.13 Вибір іншого обладнання
Для з’єднання сальникового штока з головкою балансира верстата-качалки слід вибирати канатну підвіску, яка входить в комплект верстата. Технічна характеристика канатних підвісок приведена в табл. 12 [ 23, ст. 16 ]. Обираємо канатну підвіску марки ПСШ6 з діаметром канату 2,5 см. та довжиною каната 6,6 м.
Розмір сальникового штока вибираємо в залежності від довжини його ходу.
Максимальна довжина ходу, мм 1800
Довжина сальникового штока, мм 5600
Діаметр сальникового штока, мм 36
З допустимим навантаженням, кН 100
Для герметизації гирла свердловини та підвішування колони насосно-компресорних труб вибираємо гирлове обладнання типу ОУ140-146/168-65А.
В гирловому обладнанні ОУ використовуються сальники СУС2 з подвійним ущільненням і коркові крани КПП65-140 з ущільнюючим мастилом від фонтанної арматури на тиск 14 мПа.