Штангалы винтті сорапты қондырғылардың классификациясы

ВСШҚ ұңғымалы жабдықтары СКҚ тізбегінен, сорап старторы және роторынан, штанг тізбегінен және СКҚ тізбегінің төменгі бөліктерінен тұрады (көмекші ұңғымалы жабдықтары) [4].

СКҚ тізбегінің төменгі бөлігіндегі жабдықтар ұңғымаларды пайдалану шарттары бойынша келесі элементтер болуы мүмкін:

- фильтр (сүзгі);

- газ және құм сепараторлары;

- динамикалық якорь (анкер);

- центратор;

- кері клапан;

- сорап тірегі.

Шетелдік және отандық практикада ВСШҚ көптеген схемалары және типтік өлшемдері белгілі, оларды төмендегідей түрде топтастыруға болады:

- жетек түрлері бойынша электр жетекті, көлемдік гидрожетекті, газ қозғалтқышты қондырғыларға бөледі. Кеңінен таралған номинальды айналу жиілігі 1000 айн/мин айнымалы токты асинхронды электр жетекті ВСШҚ. Электрқозғалтқыш қуаты 3÷100 кВт.

- жетектің кинематикалық схемасы бойынша ВСШҚ бір және екі сатылы трансмиссия болып бөлінеді. Бір сатылы трансмиссия ременді, шынжырлы немесе тісті берілістерден жасалуы мүмкін. Екі сатылы схемасы (бірінші саты-ременді беріліс, екінші саты-тісті беріліс) тез жүрісті жетекші қозғалтқышты қолдануға мүмкіндік береді.

Бір сатылы ременді трансмиссиялы жетектер схемасы кеңінен қолданылып жүр:

- ременді беріліс түрі бойынша жетектер - сыналы ременді және тісті ременді болып бөлінеді.

Көп жағдайларға ВСШҚ қарапайым, көп қатарлы сыналы ременді берілістер қолданылады. Жетекші басты білігінің құрылысы бойынша бүтін және жартылай білік түрінде жинақталады.

Бүтін білікті жинақ шынықтырылған штокпен бірге жасалынады және роторды тік бағытта реттеу мүмкіндігін азайтады. Сондықтан жетекші білік жартылай түрінде жасалаып, штокқа қосылады.

Жетекші қозғалтқыштың орналасуы бойынша қозғалтқыш осі тік және көлденең орналасуы мүмкін. Қозғалтқыштың тік орналасуы бір сатылы ременді трансмиссияға қолайлы, көлденең орналасу (қозғалтқыш осі скважин осіне перпендикуляр орналасқан кезде) тісті конусты берілісті жетектер үшін.

Жетекші біліктің жылдамдығын реттеу әдістері бойынша ВСШҚ реттелетін жетекші қозғалтқышты (электрлі немесе гидравликалық) және трансмиссияның беріліс қатынасы реттелетін жетектер болып бөлінеді.

Статордың бекітілу схемасы бойынша құбырлы (статор СКҚ тізбегінің соңына резьба арқылы бекітіледі) және салынатын (статор Штанга арқылы ротормен бірге түсіріледі және СКҚ тізбегіне арнайы құлып көмегімен бекітіледі) винтті сораптарға бөлінеді.

Шегендеуші құбырларға СКҚ төменгі бөлігінің бекітілу схемасы бойынша еркін және якорлы жинақ түрінде болады.

Сораптың кинематикалық схемасы бойынша екі вариантта жасалады: ішкі элементі айналатын (винтті) және сыртқы элементі айналатын (обойма).

Винт айналатын типтік схема - конструктивтік жағынан да, пайдалану жағынан да қарапайым, әрі тиімді.

Сурет 6 – Ақшабұлақ кен орнындағы №218 ұңғымасының жер асты жабдықталуы

Ыма ішілік және сағалық жабдықтарын таңдау бойынша

Есептеу әдістемесі

4.2.1. Винтті сорапты таңдау (ЭВН)

Электр винтті сорапты қондырғы жабдықтарын таңдау жұмыстары ұңғыма ішіндегі сұйықтың динамикалық деңгейінен төменге түсіру тереңдігін анықтаудан басталады. Таңдаудың бұл сатысы басқа сораптарды таңдау түрлері сияқты болады.

Бұл жерде винтті сораптың басқа сораптардан ерекшелігі, динамикалық деңгейден төмен бату тереңдігінде, яғни сораптың қабылдауында бос газдың мөлшері жоғары болса да сорап жұмыс жасай береді. Бұл көрсеткіш 50 %-ға жетуі мүмкін.

Сорапты түсіру тереңдігін анықтап болғаннан кейін (яғни, штанг тізбегі мен СКҚ ұзындығы), тізбектің айналу жиілігіне және де сораптың беріліс мәніне сәйкес винтті сораптың типтік өлшемдерін анықтайды.

Шығарылып жатқан сорапты қондырғылар әртүрлі жұмыс көлемінде дайындалады, осыған байланысты паспортта көрсетілген мәліметтердегі сораптың берілісі 100 айн/минутқа тең сорап роторының айналу жиілігіне қатысты болады.

Сол себептен берілген ұңғыма өнімі үшін айналу жиілігі әртүрлі роторға әртүрлі сораптар қолданылуы мүмкін. Негізінен 150-350 айн/минут аралығындағы айналу жиілігі таңдап алынады. Егер, айналу жиілігі бұл мәннен төмен болса онда сорап арыны көптеп жоғалады, ал бұл мәннен жоғары болса, онда штанг тізбегінде үйкеліс шығыны жоғарылайды.

Сораптың таңдап алынған типтік өлшемдері бойынша сорап роторының айналу моменті мен штанг тізбегінің үйкеліс моменті анықталады, ал олардың қосындысы жылтыратылған шток пен жетекші бастағы қажетті моментті анықтайды. Жылтыратылған шток пен жетекші бастағы қажетті момент бойынша жетекші бас пен жетекші қозғалтқышты таңдаймыз.

Жылтыратылған штоктағы жоғарғы айналу моменті бойынша штанг тізбегін есептейміз. Негізінен винтті сораптарда көп жағдайда 22 мм болатын штангалар қолданылады, ал айналу моменті бойынша болат маркасы таңдалады.

Жетекші электр қозғалтқышты таңдау жұмыстары жылтыратылған штоктағы айналу жиілігі мен қуаты бойынша, сонымен бірге таңдап алынған жетекші бастың типтік өлшемдерінің беріліс қатынасын есепке ала отырып жүргізіледі.

Винттік сораптарды таңдау келесі есептеулер бойынша жүргізіледі:

1. «Ұңғыма түбі - сорап қабылдауы» аймағындағы қоспаның тығыздығы анықталады:

r_см = [r_вb + r_н(1 - b)](1 - Г) + r_гГ, (63)

мұндағы r_н – сепаратордан өткен мұнайдың тығыздығы, кг/м³; r_в – қабат суының тығыздығы, кг/м³; r_г – стандартты жағдайдағы газдың тығыздығы, кг/м³; Г – ағымдағы көлемдік газ құрамы; b – қабат сұйығының сулануы.

r_см =[1040*1 + 833*(1 – 1)] (1-0,2) + 1.05*0.2 =832,16 кг/куб

2. Берілген ұңғыма өнімін қамтамасыз ететін түптік қысымды анықтаймыз:

р_заб = р_пл – Q/К_прод, (64)

мұндағы р_пл – қабат қысымы, МПа; Q – ұңғыманың берілген өнімі; К_прод – ұңғыманың өнімділік коэффициенті.

р_заб =12,98 – 60,01/14,6= 8,87 МПа

3. Сұйықтың берілген өнімділігі кезіндегі динамикалық деңгей тереңдігін анықтаймыз:

Н_дин = L_скв - р_заб/r_смg. (65)

Н_дин =1615 – 8,87*10⁶/832,16*9,81= 528,5 м

4. Сорап қабылдауындағы қысымды анықтаймыз. Сорап қабылдауындағы газ мөлшері біздің аймақта қолданылатын сорап түрі бойынша шектік рұқсат етілгеннен аспайды (мысалы, Г = 0,15):

р_пр = (1 – Г)р_нас, (66)

(қабат сұйығының газдан ажыратылуы дәрежесінің көрсеткіші т = 1,0 байланысты болғанда), мұндағы р_нас – қанығу қысымы.

р_пр =(1 – 0,15) 4,45 =3,78 МПа

5. Сорапты батыру тереңдігін анықтаймыз:

L = Н_дин + р_пр/r_смg. (67)

L =528,5 + 3,78*10⁶/ 832,16*9,81=991,5 м

6. Сорап қабылдауындағы қабат сұйығының температурасын анықтаймыз:

Т = Т_пл - (L_скв - L)G_т, (68)

мұндағы Т_пл – қабат температурасы; G_т – температуралық градиент.

Т =69,5 – (1615 – 991,5) * 0,02=57 С

7. Сорап қабылдауындағы қысымдағы сұйықтың көлемдік коэффициентін анықтаймыз:

В* = b + (1 – b)[1 + (В – 1) (69)

мұндағы В – қанығу қысымы кезіндегі мұнайдың көлемдік коэффициенті; b – өнімнің көлемдік сулануы; р_пр – сорап қабылдауындағы қысым; р_нас – қанығу қысымы.

В*=1 + (1-1)* [ 1+(1,15-1)* *Ö3,78/4,45]= 1

8. Сорап қабылдауындағы сұйық өнімін есептейміз:

Q_пр = QВ* (70)

Q_пр =60,01 * 1=60,01 куб.м/сут

9. Сорап қабылдауындағы бос газдың көлемдік санын анықтаймыз:

G_np = G[l – (p_np/p_нac)], (71)

мұндағы G - газ факторы.

G_np = 62[1-(3,78/4,45)]=3,01 куб.м

10. Сорап қабылдауындағы газ мөлшерін анықтаймыз:

b_вх = 1/[((1 + р_пр)В*)/G_пр] + 1 (72)

b_вх =1/[((1+3,78)* 1)/3,01 +1]= 0,39 м³/т

11. Сорап қабылдауындағы газ шығынын анықтаймыз:

Q_г.пр.с = Q_прb_вх/(1 - b_вх) (73)

Q_г.пр.с =60,01*0,39 /(1-0,39)= 14,28 м³/сағ

12. Сорап қабылдауындағы шегендеу құбыры бойынша газдың келтірілген жылдамдығын анықтаймыз:

C = Q_г.пр.с/f_скв (74)

мұндағы f_скв - сорап қабылдауындағы ұңғыма қимасының ауданы.

C =4*14.28/3.14*(0,152²-0,062²)= 0,22 см/с

13. Сорап қабылдауындағы нақты газ мөлшерін анықтаймыз:

j = b_вх/[1 + (С_п/С)b_пр] (75)

мұндағы С_п – ұңғыма өнімінің сулануына тәуелді болатын газдың көпіршіктену жылдамдығы (b < 0,5 болғанда С_п = 0,02 см/с немесе b > 0,5 болғанда С_п = 0,16 см/с).

j =0,39 / [1+(0,16*0,22/0,68)*0,2]=0,34 м³/т

14. «Түп аймағы – сорап қабылдауы» аумағындағы газдың жұмыс қысымын анықтаймыз:

р_г1 = р_нас{[1/(1 - 0,4j)] - 1} (76)

р_г1 =4,45 {[1/1-0,4*0,34)] –1} = 0,7 МПа

15. «Сораптың айдауы – ұңғыма сағасы» аймағындағы газдың жұмыс қысымын анықтаймыз:

р_г2 = р_нас{[1/(1 - 0,4j)] - 1} (77)

мұндағы, b_буф = 1/[((1 + р_буф)В_6уф*)/G_6уф] + 1; j_буф = b_буф/[1 + (С_п/С)b_буф].

Индекстегі «буф» дегеніміз «буферлік қысым»

р_г1 = р_г2 болғандықтан, р_г2= 0,7 МПа

16. Сораптың жоғалтатын қысымын анықтаймыз:

р = rgL_дин + р_буф - Р_г1 - Р_г2 (78)

мұндағы L_дин – динамикалық деңгейдің орналастыру тереңдігі; р_6уф – буферлік қысым.

р =833*9,81*811 +0,4 – 0,7-0,7=6,6 МПа

17. Сораптың арынына және ұңғымадағы сұйықтың динамикалық деңгейінен төмен сорапты түсіру тереңдігіне қажетті сорап қабылдауындағы беріліс бойынша винтті сораптың типтік өлшемдерін таңдаймыз және сораптың тиімді жұмыс режимі кезіндегі (берілісі, арыны, ПӘК, қуаты) және «0» тең (арыны, қуаты) беріліс режимі кезіндегі мәндер анықталады.

18. Сорап роторының айналыс жиілігін анықтаймыз:

n = Q/(z₂STh_o) (79)

мұндағы z₂ – металдан дайындалған ротордың (винт) кіріс саны; S – сораптың жұмыс органының қимасының ауданы, S = 4ed – бір кірісті роторлы сораптар үшін; S = pe(D_k – 3e) – көп кірісті роторлы сораптар үшін; T –винттің адымы; h_o – сораптың көлемдік ПӘК; е – ұстап қалу эксцентриситеті; d – ротор қимасының диаметрі.

n =495/0,08 *106*57*1,02=411,5 1/м

19. Штангаға берілетін айналу моментін М_шт анықтаймыз, ол сораптың айналу моментінің М, центратордағы штанг тізбегінің айналыс үйкелісіндегі моментінің М_т және ұңғыма аумағындағы майысқан штангадағы ішкі шығын моментінің М_и жиынтықтарынан тұрады:

М_шт(х)= М + М_тр + М_и = k_мМ (80)

мұндағы k_м – ұңғыманың профиліне және қарастырылатын қима координаттарына тәуелді болатын ұңғыма тізбегіндегі айналу кедергісінің коэффиценті. Есептеулер кезінде k_м(0) = 1,1 деп аламыз.

М_шт(х) =283+336= 619 Н*м

20. Штанг тізбегіне статикалық беріктік бойынша есептеулер жүргіземіз, олар келесі мақсаттар бойынша: 1) қажетті диаметрді d немесе штанг материалының аққыштық беріктігінің шегін s_т; 2) сорапты пайдаланудың берілген шарты бойынша беріктік қорының коэффициентін; 3) сорапты түсіру тереңдігінің шектік коэффициентін анықтау. Статикалық беріктік шарты келесі түрде болады:

(81)

мұндағы s_экв – штанг қимасының эквивалентті кернуі; s - қалыпты кернеу қосындысы, s = s_p + s_и; k_ст – беріктік қорының рұқсат етілген коэффициенті (штанг тізбегін есептеу кезінде ол мән 1,3 - 1,5 аралығында болады).

Ұңғыма қимасына тәуелділік бойынша, штанг тізбегінің екі қимасының біреуі қауіпті болып табылады:

§ тізбектік жоғарғы қимасы (х = 0), ең жоғарғы созылу әсер ететін s_р және жанама t кернеу

s_р = G_шт(0) + F_po/f; t(0) = М_шт(0)/W_p; (82)

§ майысу кернеуі туындайтын қиманың майысқан аумағында орналасқан тіліктер

s_и = Е_штd/2R, (83)

мұндағы W_p – штанг қимасындағы кедергінің полярлы моменті, W_p = pd³/16; E_шт - штанг материалының серпімділік модулі; R – майысу радиусы.

№	Табатын мөлшер	Есептеу формуласы	Есеп аумағы	Нәтижесі
	Ұңғыма түбі- сорап қабылдауы аймағындағы қоспаның тығыздығы, кг/куб.м	rсм = [rвb + rн(1 - b)](1 - Г) + rгГ,	[1040*1 + 833* (1 – 1)] (1-0,2) + 1.05*0.2	832,16
	Берілген ұңғыма өнімін қамтамасыз ететін түптік қысымды анықтаймыз, МПа	Рзаб = Рпл - Q / Kпрод	12,98 – 60,01/14,6	8,87
	Сұйықтың берілген өнімділігі кезіндегі динамикалық деңгей тереңдігін анықтаймыз, м	Ндин = Lскв – - Pзаб / rсм g	1615 – 8,87*106/ 832,16*9,81	528,5
	Сорап қабылдауындағы қысымды анықтаймыз, МПа	Р пр = ( 1 – Г ) Рнас	(1 – 0,15) 4,45	3,78
	Сорапты батыру тереңдігін анықтаймыз, м	L = Ндин + Pпр / rсм g	528,5 + 3,78*106 / 832,16*9,81	991,5
	Сорап қабылдауындағы қабат сұйығының температурасын анықтаймыз, С	T = Tпл – - (Lскв - L) * Gт;	69,5 – (1615 – 991,5) * 0,02
	Сорап қабылдауындағы сұйықтың көлемдік коэффициентін анықтаймыз	B* = b + (1-b) [ 1 + + (B - 1) ÖPпр / Pнас	1 + (1-1)* [ 1+(1,15-1)* *Ö3,78/4,45]
	Сорап қабылдауындағы сұйық өнімін есептейміз, куб.м/сут	Qпр = Q * B*	60,01 * 1	60,01
	Сорап қабылдауындағы бос газдың көлемдік санын анықтаймыз, куб.м	Gпр=G* [1- (Pпр / Рнас )],	62[1-(3,78/4,45)]	3,01
	Сорап қабылдауындағы газ мөлшерін анықтаймыз	bвх = 1 / [(( 1 +   +Рпр) В*) / Gпр + 1]	1/[((1+3,78)* 1)/3,01 +1]	0,39
	Сорап қабылдауындағы газ шығынын анықтаймыз	Qг.пр = Qпр bвх / ( 1 -bвх)	60,01*0,39 / (1-0,39)	14,28
	Сорап қабылдауындағы шегендеу құбыры бойынша газдың келтірілген жылдамдығын анықтаймыз,см/с	C = Qг.пр.с / f cкв=4* Qг.пр.с/П(D2-d2)	4*14.28/3.14*(0,1522-0,0622)	0,22
	Сорап қабылдауындағы нақты газ мөлшерін анықтаймыз	j = bвх / [ 1 + +( Cп / C ) bвх ]	0,39 / [1+(0,16* 0,22/0,68)*0,2]	0,34
	Түп аймағы - сорап қабылдауы аумағындағы газдың жұмыс қысымын анықтаймыз, МПа	Pг1 = Pнас { [ 1 / (1 – - 0,4 j )] – 1 }	4,45 {[1/1-0,4*0,34)] –1}	0,7
	Сораптың айдауы – ұңғыма сағасы аймағындағы газдың жұмыс қысымын анықтаймыз, МПа	Pг2 = Pнас { [ 1 / (1 – - 0,4 j )] – 1 },	4,45 {[1/1-0,4*0,34)] –1}	0,7
	Сораптың жоғалтатын қысымын анықтаймыз, МПа	Р = r g Lдин + Рбуф – - Pг1- Pг2	833*9,81*811 +0,4 – 0,7-0,7	6,6
	Сораптың арынына және ұңғымадағы сұйықтың динамикалық деңгейінен төмен сорапты түсіру тереңдігіне қажетті сорап қабылдауындағы беріліс бойынша винтті сораптың типтік өлшемдерін таңдаймыз			Каталог бойынша NTZ450* 200SIT25 сорабын таңдадық
	Сорап роторының айналыс жиілігін анықтаймыз	n = Q/(z2STho)	495/0,08 *106*57*1,02	411,5
	Штангаға берілетін айналу моментін анықтаймыз	Мшт(х)= М + Мтр	283+336