Гидравлический расчет установки гидроразрыва пласта 4АН-70 с поршневым трехплунжерным насосом 4Р-700

Министерство общего и высшего образования Российской Федерации

Уфимский государственный нефтяной технический университет

Кафедра гидравлики и гидромашин

Курсовая работа

Выполнил:	ст.гр. ГГ-99-01 Габдулхаков А.Х.
Проверил:	Годовский Д.А.

2001 год

Условие задачи.

Выполнить поверочный гидравлический расчет установки гидроразрыва пласта 4АН-70 с поршневым трехплунжерным насосом 4Р-700 при следующих данных: глубина скважины Н=1500 м, длина всасывающего трубопровода l_в=45 м, нагнетательного l_н=250 м, геометрическая высота всасывания Н_г=3,7 м, диаметр всасывающей линии 0,1 м, нагнетательной 0,05 м.

Свойства нефти: плотность r=870 кг/м³, кинематическая вязкость n=0,000017 м²/с, давление насыщенных паров P_s=15000 Па.

Местные сопротивления составляют 20% от линейных.

В результате расчетов выплнить:

1) описание установки, ее схему; выполнить гидравлический расчет циркуляции, найти теоретическую подачу при обеих втулках;

2) проверку бескавитационных условий всасывания;

3) рассчитать давление нагнетания и затрачиваемую двигателем мощность, если h_н=0,75. Указанные расчеты выполнить в 2-х вариантах для двух втулок, сравнить их;

4) построить графики мгновенной подачи, найти степень неравномерности;

5) Сделать заключение о работоспособности насоса. При необходимости показать расчетом, какие мероприятия следует применить, чтобы установка обеспечивала технологический процесс гидроразрыва.

1. Установка насосная 4АН-70 предназначена для нагнетания различных жидких сред при гидравлическом разрыве пластов, гидроструйной перфорации и других продавочно-промывочных  работах, проводимых в нефтяных и газовых скважинах.

Установка состоит из закрепленных на общей монтажной раме силового агрегата, коробки передач, трубопровода, обвязки, насоса и системы управления. В данной установке используется 3-хплунжерный насос 4Р-700.

Характеристика насоса:

–максимальная идеальная подача 22 дм³/с;

–максимальное давление 70 МПа;

–полезная мощность 452 кВт;

–диаметр сменных плунжеров 100 и 120 мм;

–длина хода плунжера 200 мм;

–максимальное число двойных ходов в минуту 192=3,2 об/с.

Проведем гидравлический расчет циркуляции. Определим потребный напор:

Н_потр=Н_ст+h_1-2+h_i, где Н_ст – статистический напор, h_К–потери в клапанах: h_К=0,5 м, h_i – инерционные потери, P_н=Р_з=40 МПа, z_н=H=1500 м, P_в=P_ат=0,1 МПа, z_в=H_г=3,7 м, h_1-2 – потери в трубопроводе.

Н_ст=Р_н/rg–z_н+z_в+h_k,

Н_ст=40×10⁶/(9,81×870)-1500+3,7+0,5=3191 м.

Для того чтобы избавиться от инерционных потерь на всасывающей линии установим компенсатор. Конструктивный объем компенсатора вычисляется по формуле:

V_к=(1,5…2)×(k/d)×F×S, где k – коэффициент, зависящий от типа насоса (в нашем случае k=0,008), F – площадь плунжера, S – длина хода плунжера, d – коэффициент неравномерности сжатия или расширения (d=0,02).

Для первого плунжера:

V_к=2×0,008×3,14×0,1²×0,2/(4×0,02)=1,256×10^-3 м³=1,256 л.

Для второго плунжера:

Аналогично для всасывающей линии, чтобы избавиться от инерционных потерь, нужно установить компенсатор. Конструктивный объем компенсатора вычисляется по формуле:

V_к=(1,5…2)×(k/d)×F×S×(Р_max/P_подк), где k – коэффициент зависящий от типа насоса (в нашем случае k=0,008), F – площадь плунжера, S – длина хода плунжера, d – коэффициент неравномерности сжатия или расширения (d=0,02), P_подк – давление подкачки P_подк=(0,2…0,3)×P_max.

Для первого плунжера:

V_к=2×0,008×3,14×0,1²×0,2/(4×0,02×0,2)=6,28×10^-3 м³=6,28 л.

Для второго плунжера:

V_к=2×0,008×3,14×0,12²×0,2/(4×0,02×0,2)=9,045×10^-3 м³=9,045 л.

h_1-2=h_п.в+h_п.н, где h_п.в – потери во всасывающей линии, h_п.н – потери в нагнетательной линии. Т.к. местные потери составляют 20% от линейных, то для всасывающей линии длина эквивалентной трубы будет равна:

l_вэ=l_в+0,2 l_в=1,2 l_в=54 м.

Аналогично для нагнетательной линии:

l_нэ=1,2 (l_н+Н)=2050 м.

Рассчитаем теоретическую подачу насоса:

Q_т=3×F×S×n=0,75×p×d²×S×n, где F – площадь плунжера, S – длина хода плунжера, n – число ходов,

Для первого плунжера:

Q_т1=0,75×3,14×0,1²×0,2×3,2=0,0151 м³/c.

Для второго плунжера:

Q_т2=0,75×3,14×0,12²×0,2×3,2=0,0217 м³/c.

Для того чтобы построить гидравлическую характеристику, используем программу Дарси.

Начальные данные.

–для всасывающей линии:

кинематическая вязкость n=0,000017 м²/с,

приведенная длина трубопровода l=54 м,

эквивалентная шероховатость (для старых труб) к_э=1 мм,

внутренний диаметр трубопровода D=0.1 м,

начальный объемный расход Q_min=0.0002,