Расчетная часть-Устройства для импульсной закачки жидкости в пласт-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

Расчетная часть-Устройства для импульсной закачки жидкости в пласт: Расчет жесткости пружины, Определение рабочей силы пружины, Расчет основных параметров пружины, Расчет резьбового соединения пробки с патрубком, Расчет резьбы на срез витков, Расчет проведения ГРП , Расчет проведения ГРП в типовой добывающей скважине-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

2. Устройство для импульсной закачки жидкости в пласт

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при разработке нефтяных месторождений для импульсной закачки жидкости в пласт. Устройство для импульсной закач-ки жидкости в пласт включает корпус с окнами, концентрично располо-женный в корпусе патрубок, оснащенный кольцевым выступом в виде поршня, окнами, гайкой и контргайкой. Патрубок сверху жестко соединен с переводником. Патрубок устанавливается в разъемный корпус. Пружина установлена между гайкой и корпусом. В корпусе выполнена внутренняя цилиндрическая выборка под поршень. В патрубке и в корпусе выполнены в 4 ряда окна, так, что в исходном состоянии они не сообщаются. (рис. 7)
Устройство включает в себя патрубок 1 с поршнем в виде кольцевого выступа, 4 ряда окон – выходных отверстий, гайку и контргайку 2, для ре-гулировки жесткости пружины, нестандартную шайбу 3 для опоры пру-жины 4, корпус, состоящий из верхней 6 и нижней 7 разъемных частей и уплотнительных колец для подвижных цилиндрических соединений 5.



Рисунок 7 - Устройство для закачки жидкости в пласт
Устройство работает следующим образом:
Закачиваемая жидкость поступает в центральный канал, заполняя па-трубок. Т.к. в изначальном положении окна патрубка и корпуса не сооб-щаются, жидкость начинает заполнять кольцевое пространство между па-трубком и корпусом выше поршня (кольцевого выступа на патрубке), воз-действуя на кольцевой выступ. Под давлением корпус начинает смещаться относительно патрубка вверх, сжимая пружину.
В определенный момент, окна патрубка и корпуса начинают сооб-щаться, и за счет того, что площадь проходного сечения центрального ка-нала много меньше суммарной площади проходных сечений окон, проис-ходит сброс жидкости через выходные отверстия. Давление внутри устройства падает, следовательно, и сила, давящая на кольцевой выступ резко уменьшается. Сила пружины смещает корпус вниз относительно па-трубка, тем самым перекрывая окна и возвращая устройство в исходное положение. Цикл повторяется, тем самым создавая волновое воздействие на пласт, увеличивая зону проникновения закачиваемого агента в пласт через нагнетательную скважину.

3. Расчет жесткости пружины

Рабочее давление жидкости, подаваемой на забой:

Рабочий ход пружины, равный расстоянию между соответствующи-ми окнами патрубка и корпуса:

Диаметр центрального проходного канала:

Внешний диаметр патрубка:

Диаметр выемки в корпусе:

Диаметр окна:

Длина пружины в поджатом состоянии:

Масса корпуса устройства



Рисунок 8 - Расчетная схема
3.1 Определение рабочей силы пружины:

1) Рабочая сила пружины должна быть меньше силы , действую-щей в начале цикла, и больше силы , действующей в то время, когда происходит сброс жидкости.
2) Определим силу, действующую в начале цикла:

Где - площадь поперечного сечения кольцевого простран-ства, на которое воздействует данная сила,


– Сила тяжести корпуса


 Тогда

 3) Сила, с которой жидкость давит на стенки патрубка в начале цик-ла

 Где – площадь поперечного сечения центрального канала патруб-ка

Тогда

 4) В момент, когда окна будут полностью сообщаться, рабочее дав-ление будет равно

 Где – площадь поперечного сечения окна,
 16 – количество окон.
 Тогда

 5) Из-за резкого увеличения суммарного диаметра проходного от-верстия, давление падает больше в три раза. Тогда сила

 6) Исходя из того, что сила рабочего хода пружины в момент, когда происходит сброс жидкости, должна быть больше , чтобы вернуть кор-пус в исходное положение, то примем силу рабочего хода пружины, исхо-дя из ГОСТ 13764-86


 3.2 Расчет основных параметров пружины

Рисунок 9 - Параметры пружины
 Сила рабочей деформации пружины:

 Сила пружины при предварительной деформации

 Рабочий ход пружины:

 Наибольшая скорость перемещения подвижного конца пружины при нагружении или разгрузке, при условии совершения 3х полных циклов в секунду:

 Выносливость пружины, т.е. число циклов до разрушения, в соответ-ствии с ГОСТ 13764-86, для третьего класса пружин

 Наружный диаметр пружины, с учетом конструкции узла

 Относительный инерционный зазор пружины сжатия для одножиль-ной пружины 3 класса:

 Силы пружины при максимальной деформации:

 Диаметр проволоки:

 Модуль сдвига для пружинной стали

 Динамическая плотность материала для пружинной стали:

 Сила предварительного напряжения:

 Жесткость пружины:

 Число рабочих витков пружины:
;
Полное число витков пружины:

Средний диаметр пружины:

Индекс пружины:

Предварительная деформация пружины:

Рабочая деформация пружины;

Максимальная деформация пружины:

Длина пружины при максимальной деформации:

 Длина пружины в свободном состоянии:

 Длина пружины при предварительной деформации:

 Длина пружины при рабочей деформации:

 Коэффициент, учитывающий кривизну пружины:

 Максимальное касательное напряжение пружины:


 4. Расчет резьбового соединения пробки с патрубком

  4.1 Расчет резьбы на срез витков

 Расчет резьбы на срез производится по следующей формуле:
;
- где - нагрузка; - шаг резьбы; - внешний диаметр резьбы; - внутренний диаметр резьбы; - длина резьбовой части; - число вит-ков находящихся в зацеплении;
1 – для треугольных (метрических) резьб.
0,5 – для квадратных резьб.
0,63-0,68 – для трапецоидальных резьб.

При рабочем давлении в 16 МПа, осевое усилие составит

Тогда:


Данная нагрузка не превышает допускаемой в 650МПа при запасе прочности в 2,3.

  4.2 Расчет резьбы на изгиб:

Расчет производит по следующей формуле:
;
- где z:

Нагрузка значительно меньше предельной, имеется высокий запас прочности.

  4.3 Расчет резьбы на смятие витков:


Можно сделать вывод о надежности резьбового соединения.
5. Расчет проведения ГРП

  5.1 Методика расчета

Для расчета забойного давления разрыва пласта Рзабр при использо-вании нефильтрующейся жидкости можно воспользоваться следующей формулой (при закачке 1м3 жидкости разрыва):

(1.1)

Где Ргг – горизонтальная составляющая горного давления, Мпа:

(1.2)

- коэффициент Пуассона горных пород ( =0,2-0,3);
Ргв – вертикальная составляющая горного давления, МПа:

(1.3)

- плотность горных пород над продуктивным горизонтом, кг/м3 ( =2600кг/м3);
Е – модуль упругости пород (Е=(1-2)104 МПа);
Q – темп закачки жидкости разрыва, м3/с (в соответствии с характе-ристикой насосного агрегата); вязкость жидкости разрыва, Па * с.

Для приближенной оценки забойного давления разрыва пласта при использовании фильтрующейся жидкости можно использовать формулу:

, (1.4)

где К – коэффициент, принимаемый равным (1,5-1,8) МПа/м.
При закачке жидкости-песконосителя давление на устье скважины

, (1.5)

где плотность жидкости-песконосителя, кг/м3:

, (1.6)

где плотность жидкости, используемой в качестве песконосите-ля, кг/м3;
плотность песка, кг/м3 ( =2500 кг/м3);
объемная концентрация песка в смеси

(1.7)

Сп – концентрация песка в 1 м3 жидкости, кг/м3 ( 250-300кг/м3).
Потери давления на трение жидкости-песконосителя:

(1.8)


где - коэффициент гидравлических сопротивлений:

(1.9)
(1.10)

Q – темп закачки, м3/с;
вязкость жидкости, используемой в качестве песконосителся, Па*с.
Если Re > 200, то потери давления на трение увеличивают в 1,52 ра-за:

. (1.11)

Необходимое число насосных агрегатов

(1.12)

где рр – рабочее давление агрегата;
Qp – подача агрегата при данном рр; КТС – коэффициент технического состояния агрегата (КТС = 0,5-0,8).
Необходимый объем продавочной жидкости (при закачке в НКТ)

(1.13)






5.2 Расчет проведения ГРП в типовой добывающей скважине

Рассчитаем основные характеристики гидроразрыва пласта в добы-вающей скважине глубиной L = 2100 м. Вскрытая толщина пласта h = 14 м. Внутренний диаметр НКТ d = 0,0759 м. В качестве жидкости разрыва - амбарная нефть плотностью рж= 945 кг/м3 и вязкостью uж =0,285 Па *с. Предполагается использовать песок. Принимаем темп закачки Q = 0,012 м3/с. Используем агрегат 4АН-700.
Решение.
Рассчитываем вертикальную составляющую горного давления.
Ргв=2600*9,81*2100*10-6 = 53,5МПа;
Принимая V =0,3, рассчитываем горизонтальную составляющую горного давления.
 Pгг= =22,9 МПа;
В данных условиях предположительно образуются вертикальные или наклонные трещины.
Рассчитываем забойное давление разрыва.



или
Рассчитываем βn (принимая Сn = 275 кг/м3)

Рассчитываем плотность жидкости-песконосителя:
Pжп= 945 * (1 - 0,1) + 2500 * 0,1=1100кг / м3.
Рассчитываем вязкость жидкости с песком:
μжп= 0,285ехр(3,18*0,1)=0,392 Па*с.
Число Рейнольдса Rе = 4*0,010*1100/(3,14*0,0759*0,392)=471.
Коэффициент гидравлического сопротивления: λ = 64/471 = 0,136.
Рассчитываем потери на трение:
Ртр=8 * 0,136(0,01)2 * 2270*1100/(3,142 * 0,07595) = 11 МПа.
Учитывая, что Rе = 471 > 200,потери на трение составят:
Ртр=1,52*11 = 16,72 МПа.
Давление на устье скважины при закачке жидкости - песконосителя,
Ру= 25,47 -1100*9,81* 2270* 10-6 +16,72 = 17,7 МПа.
При работе агрегата 4АН-700 на 4 скорости рр=29 МПа, а Qp = 0,0146 м3/с.
Необходимое число агрегатов:
;
Объём продавочной жидкости Vп =0,785 *0,0759 * 2270 = 10,3 м3
Объём жидкости для осуществления гидроразрыва (жидкость разры-ва и жидкость песконоситель)
Vж =4500/275 =16,4 м3;
Суммарная время работы одного агрегата 4АН-700 на 4 скорости:
t= (Vж + Vп)/Qр,
или
t= (16,4+10,3)/0,0146=1829 с или 30,5 мин.
Таким образом, для проведения гидроразрыва наобходимо 2 4АН-700, работающих на 4 скорости, а суммарное время проведения операции закачки жидкости составит не более 30 мин, без учета потерь времени на вспомогательные работы по монтажу.