Расчетная часть-Расчёт Комплекса для освоения скважин с разработкой основного технологического оборудования-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

Расчетная часть-Расчёт Комплекса для освоения скважин с разработкой основного технологического оборудования-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа-Текст пояснительной записки выполнен на Украинском языке вы можете легко его перевести на русский язык через Яндекс Переводчик ссылка на него https://translate.yandex.ru/?lang=uk-ru или с помощью любой другой программы для перевода
4 РАСЧЕТЫ РАБОТОСПОСОБНОСТИ
4.1 Подбор оборудования к скважине
4.2 Расчет пружины
4.3 Расчет винтовой передачи
4.4 Расчет вала

4 РОЗРАХУНКИ ПРАЦЕЗДАТНОСТІ

4.1. Підбір устаткування до свердловини

Під підбором насосних установок до нафтових свердловин, у вузькому, конкретному значенні, розуміється визначення типорозміру або типорозмірів установок, що забезпечують задану добич рідини пласта зі свердловини при оптимальних або близьких до оптимальних робочих показниках (подачі, напору, потужності, напрацюванню на відмову і ін.). У ширшому сенсі під підбором розуміється визначення основних робочих показників взаємозв'язаної системи «нафтовий пласт — свердловина — насосна установка» і вибір оптимальних поєднань цих показників. Оптимізація може вестися по різних критеріях, але зрештою всі вони повинні бути направлені на один кінцевий результат — мінімізацію собівартості одиниці продукції — тонни нафти. Підбір установок відцентрових насосів до нафтових свердловин ведеться по алгоритмах, в основу яких покладені багато разів апробовані в нафтовій промисловості положення і результати робіт, присвячених вивченню фільтрації рідини і газу в пласті і привибійній зоні пласта, руху газо-водо-нафтової суміші по колоні обсадних труб, законам зміни газозмісту, тиску, щільності, в'язкість і так далі, вивченню теорії роботи відцентрових заглибних агрегатів, в першу чергу.
При підборі установок ЕВН до нафтових свердловин, здійснюваному за допомогою «ручного» розрахунку (калькулятор, програми в оболонці EXCEL, ACCESS), необхідно для скорочення часу введення даних і часу розрахунку використовувати деякі допущення. Основними серед цих допущень є:
1. Рівномірний розподіл нафтовий і водяний складових в стовпі відкачуваної рідини на ділянці «забій свердловини — прийом насоса» при будь-яких величинах дебітів свердловини.
2. Зневага «ковзанням» нафти у воді при русі рідини по обсадній колоні і колоні НКТ.
3. Температура заглибного електродвигуна вважається такою, що не перевищує нормальну робочу температуру, якщо швидкість руху охолоджуючої рідини уздовж стінок ПЕД не менш ніж рекомендується в технічних умовах на ПЕД або в керівництві по експлуатації установок ЕВН.
4. Втрати напору (тиск) при русі рідини від забою свердловини до прийому насоса і від зони нагнітання насоса до гирла свердловини малі в порівнянні з напором насоса.

4.1.1  Початкові дані

1. Глибина свердловини L = 1200 м
2. Глибина до рівня перфорації L=1100 м
3. Плануємий дебіт свердловини Q = 60 м3 /сут
4. Газовий фактор G = 0,15 %
5. Коефіцієнт продуктивності k = 2,4 м3/МПа*сут
6. Обводненість В = 80 %
7. Густина нефти ρН =820 кг/м3
8. Густина води ρв =1015 кг/м3
9. Густина газа ΡГ =1кг/м3
10. Пластовий тиск РПЛ = 28 МПа









Рисунок 4.1 - Розрахункова схема

Визначення основних технічних показників Q, H, N.
1) Визначення густини суміші на ділянці від забою до динамічного рівня рідини:
густина рідини


густина суміші

где, ρН – густина нафти;
ρВ – густина води
B- кількість води в рідині;
ρсм- густина суміши;
ρЖ- густина рідини;
Г – поточний об’ємний газовміст ( Г=0,15)
ρг – густина газа;

2) Визначаємо забійний тиск
,

де Q – планований дебіт
PПЛАСТ – тиск пласта
kПРОД - коефіцієнт продуктивності
3) Визначення динамічного рівня.


4) Визначення тиску на прийомі насоса.


5) Глибина підвіски насоса.


8) Вибираємо з (5,стр.380) насос виходячи, з дебіта свердловини
( Q = 60 м3/добу ) і напору насоса (ННАС = 1031 м ).
Підходить насос : ЕЦНА5 – 60 – 1500;
Подача : 60 м3/добу;
Напір : 1535 м ;
Температура відкачуваної рідини : t = 900С
Завод виготівник : Альметьевський завод заглибних електронасосів Потужність : 23,97 кВт
Коефіцієнт корисної дії : 44 %
Довжина: 9760 м
Маса: 315 кг

4.2 Розрахунок пружини

Вага насоса Рнас.=3150 H
Зусилля, необхідне для розтиснення манжети Рманж.= 300 H
Р1=Рнас.=3150 H
Р2=Рнас.+Рманж.=3450 H
Хід пружини h=30
Відносний інерційний зазор пружини
приймаємо 0,5 (1)
Сила при макс. Деформації
 H (2)
По значенню Р3 вибираємо пружину [14, з. 124, табл. 13]
No213, 1 класу 3 розряди ГОСТ 13768-68, для якої:
Сила при макс. Деформації
Р3=3481 Н
Діаметр дроту
d=10 мм
Зовнішній діаметр пружини
D=55 мм
жорсткість одного витка 
z1=1 кН/мм=106 Н/м
максимальна деформація одного витка
f3=0,003236 м
Марка стали 50ХФА по ГОСТ 14963-69
Твердість дроту після термообробки 44-50 HRC, ГОСТ 14963-69
максимальна дотична напруга при крученні
=56 кгс/мм2=56*107 Н/м2
Критична швидкість пружини стиснення
де  (3)

Модуль зрушення для пружинної сталі G=
Щільність матеріалу для пружинної сталі
Жорсткість пружини
 (4)
Число робочих витків
 (5)
Повне число витків
 (6)
де п2=1,5 – число неробочих витків 
Середній діаметр пружини
 (7)
Індекс пружини
 (8)
Попередня деформація
м=300 мм (9)
Робоча деформація
м=330 мм (10)
Максимальна деформація (при зіткненні витків)
м=348 мм (11)
Висота пружини при максимальній деформації
 (12)
Висота пружини у вільному стані
 (13)
Висота пружини при попередній деформації
 (14)
Висота пружини при робочій деформації
 (15)
Крок пружини
м=13,236 мм (16)
Довжина розгорненої пружини
мм=2,088 м (17)
Маса пружини
кг (18)
4.3 Розрахунок гвинтової передачі
Дано:
Тягове зусилля
Q=3481 Н
Діаметри:
Зовнішній  d=30 мм
Внутрішній  d3=25 мм
Хід гвинтової лінії
S=3 мм
Число заходів різьблення
z=1
Довжина гайки
l=15 мм
Розрахунок.
Кут підйому гвинтової лінії різьблення


Приймаємо коефіцієнт тертя f=0,1, тоді кут тертя =50
Умова самоторможения: ККД передачі
=28,6%
Крутний момент

Площа перетину гвинта
мм2=0,002158 м2
Приведена напруга гвинта

Робоча висота витка різьблення
мм
Середній тиск на робочих площинах різьблення
Н/мм2
Значення середнього питомого тиску, що допускається (за умови – матеріал гвинта – сталь, гайки – чавун):
[q]=80 кгс/см2=7,845 Н/мм2
Коефіцієнт запасу по контактному тиску

4.4 Розрахунок валу
Розрахунок валу пакера на міцність слідує проводить по найбільших короткочасних навантаженнях.
З [15] використовується рівняння визначення максимального крутного моменту на валу:

Рисунок 4.2 - Приведена схема двигун-насос

МВ.МАХ = ΣМТ + + ; (4.1)


Де ΣМТ – сумарний момент тертя насоса
МН - момент опору насоса
МД – максимальний момент, що розвиває електродвигун, при його пуску.
JД,JН – приведені до валу моменти інерції маси ротора двигуна і мас насоса, що обертаються.
 Визначити сумарний момент тертя насоса
Сумарний момент тертя насоса складається з моменту тертя в маточинах (МТСТ), в підшипниках ковзання (МПОДШ) і в опорних п'ятах (МПЯТ).
а) По таблиці 9.2 [15] приймаємо МТСТ = 3 (для 100 ступенів). У вибраного насоса є 228 ступенів, тому момент в маточинах 228 ступенів насоса рівний:

Мтст=
б) Зміну моментів тертя в підшипниках визначають по графіках рис.9.7 [15]. З графіка, приймаємо Мподш= 0,5
в) Визначити момент тертя в опорних п'ятах
РВ – вага валу
РВ = = ; (4.2)
Рв=
Де dB- по [5] відповідно Ецна5 dB = 17 мм
ρСТ - щільність стали ρСТ =7800 кг/м3
LH = 8 (м) - довжина насоса по [3]
Ррк= ; (4.3)
Ррк= = 277 Н
Де z=228 - число ступенів насоса
р=0,124 кг - вага одного чавунного робочого колеса [3]

R= 29 (мм) - приведений радіус п'яти [3]
f= 0,12 - коефіцієнт тертя п'яти [3]

По величинах, що приймаються, визначуваний МПЯТ
; (4.4)

З (а),(б),(в) ΣМТ = МТСТ + МПОДШ + МПЯТ = 6,84+ 0,5+ 1,44 = 8,78

4.4.1 Момент опору насоса розраховується формулою [1]:
; (4.5)

Де МНН = 120 (н.м) - момент на валу при номінальному числі оборотів на режимі закритої або відкритої засувки [15]
n= 2800 (об/хв) - змінна частота обертання [3]
nН= 3000 (об/хв) - номінальна частота обертання [3]

а)Момент двигуна на валу для періоду розгону МД
Для асинхронного двигуна, по [15] по формулі (9.15) він виражається:

Мд= ; (4.6)
Мд=
Де Мо= 392 - перекидаючий момент двигуна [5]
t = 0,05 - змінне ковзання [5]
tO= 0,2 - ковзання, при якому відбувається перекидання двигуна [3]

б)Момент інерції мас насоса, що обертаються
RРК= 40,25 мм - радіус робочого колеса [3]
RB= 8,5 мм - радіус валу насоса
Маса валу:
Мв= Рв/g ; (4.7)
МВ = 139/9,81 = 14,2 кг
Маса робочих коліс :
Мрк= Ррк/g ; (4.8)
МРК = 277/9,81=28 кг

; (4.9)

в) Момент інерції маси ротора двигуна
По [3] приймаємо:
Мд= 52,5 кг - маса ротора двигуна
RP= 30 мм - радіусу ротора двигуна
LP= 4764 мм - довжина ротора
LВД= 5000 мм - довжина валу двигуна
Ротор двигуна складається з міді – ρМ= 8940 кг/м3
; (4.10)
кг
; (4.11)
кг
; (4.12)


По обчислених величинах, визначуваний максимальний момент, що крутить, на валу насоса при його пуску:

МВ.МАХ = ΣМТ + +

МВ.МАХ =8,78 + + = =101,4
МКР= МВ.МАХ = 101,4
Визначуваний момент опору у шліцьової частини валу пакера
; (4.13)
d-внутренний діаметр шліців d=14
D-наружный діаметр шліців D=17
b-ширина шліців b=3,5
z-число шліців z=6


τКР= МКР/ WB ; (4.14)
τКР= МПа
При розрахунку валу насоса рекомендується враховувати момент, що вигинає, діє на шліцьовій кінець валу:
Мізг=244.5 Нм
Напруга, що вигинає, на небезпечному перетині шліцьової частини валу:
σИЗГ = ; (4.15)
σИЗГ = МПа
Еквівалентна напруга по четвертій теорії міцності
σЭКВ= ; (4.16)
σЭКВ= МПа
По [15] вали заглибних відцентрових насосів виготовляють з прутків, для виготовлення прутків використовують корозійну - зносостійку високоміцну сталь ОЗХ14Н7В (σТ=785 МПа), приймаємо її для валу пакера.
Запас міцності валу рекомендується мати в межах n= 1,2...1,8. Вибираємо n=1,8.
σЭКВ. n = =214.9 МПа < 785 МПа (4.17)


Вивід: За розрахунком міцності валу пакера, очевидно що вал не руйнується під дією максимального крутного моменту і моменту, що вигинає.