Analiza Functionarii Sondelor In Pompaj Continuu

CAPITOLUL III:

ANALIZA FUNCTIONARII SONDELOR ÎN POMPAJ CONTINUU

Tabelul 3.1. Date inițiale ( de șantier)

III.1. Determinarea cursei reale a pistonului

Pentru calcularea debitului instalației și a randamentului volumetric este necesar să se determine cursa reală a pistonului. Cursa reală a pistonului nu este aceeași cu cea a prajinii lustruite, este dificil să se determine cursa exactă, fiindcă intervin mai mulți factori greu de determinat și necunoscuți.Factorii respectivi sunt: scurtarea și alungirea prăjinilor de pompare cât și a țevilor de extracție în perioada unui ciclu, sub influența greutății coloanei de lichid, efectul provocat de vibrațiile din prăjini, frecarea pistonului în pompă, frecarea țevilor în coloană, frecarea prăjinilor în țevi.

Prin intermediul garniturii de prăjini de pompare este comandată de la suprafață deplasarea pistonului în pompă. Garnitura de prăjini este un sistem elastic.

La începutul cursei ascendente a prăjinii lustruite, coloana de lichid care se află în țevile de extracție și acționează asupra supapei fixă și asupra garniturii de țevi de extracție, este preluată de supapa mobilă și acționează asupra pistonului cât și asupra garniturii de prăjini de pompare.

Din acest motiv, la începutul cursei ascendente se produc două fenomene: în timp ce prăjina lustruită își va continua cursa la suprafață, pistonul va rămâne nemișcat în pompă pîna când alungirea elastică a garniturii de prăjini de pompare și a țevilor de extracție devine egală cu alungirea dată de legea lui Hooke.

Deci, la cursa ascendentă pistonul v-a prelua treptat de pe țevi greutatea coloanei de lichid ce corespunde secțiunii brute a acestuia, prăjinile se alungesc cu o valoare , concomitent cu scurtarea țevilor cu o valoare . În acest timp prăjina lustruită efectuează o deplasare egală cu ( p+ț). În tot acest timp pistonul rămane fix în pompă, iar pompa și pistonul se deplasează în același timp pe distanța, din acest moment se realizează deplasarea pistonului în pompă. La sfarsitul cusei descendente,forțele de inerție al capului balansier tind să-si continue cursa în jos sub propria greutate, marind deplasarea pistonului în pompă. La sfârșitul cursei ascendente, forțele de inerție sunt îndreptate în sus și vor produce o micșorare a deformației elestice a prăjinilor de pompare. După ce capul de balansier s-a oprit, prăjinile tind să-și continue cursa în sus, mărind deplasarea pistonului în pompă.

Fig.3.1. Corelarea dintre deplasarea prăjinii lustruite și deplasarea pistonului pompei.

Suma dintre cele două deformatii este marimea cursei reale a pistonului datorită forțelor de inerție. Calculul cursei reale a pistonului se calculează în funcție de garnitura de prăjini.

Calculul cursei reale a pistonului modelul analitic:

S (3.1)

(3.2) În cazul unei garnituri unice se utilizează relația:

S (3.3) În cazul unei garnituri de prăjini combinate :

S (3.4)

(3.5)

P1= amFpL (3.6)

am = am∙g (3.7)

  unde:

S  –  cursa prăjinii lustruite;

Sr –  cursa reală a pistonului;

λ  –  alungirea elastică totală;

n  –  numărul de curse duble/minut ale prăjinii lustruite;

E  –  modulul de elasticitate longitudinal;

pl –  sarcina creată de coloana de lichid asupra lichidului;

lpi –  lungimea tronsoanelor de prăjini;

fpi –  secțiunea prăjinilor;

qpi –  greutatea unitară a prăjinilor;

lti –  lungimea țevilor de extracție;

fti – secțiunea țevilor de extracție;

Fp  –  secțiunea pistonului;

L –  lungimea garniturii de prăjini de pompare;

ρam- densitatea lichidului extras;

ρt  – densitatea țițeiului extras;

ρa  – densitatea apei de zăcământ;

i  –  procentul de impurități;

g  –  accelerația gravitațională.

III.2 Determinarea sarcinilor din prăjina lustruită

O cunoaștere cât mai exactă a sarcinilor care acționează în prăjina lustruită reprezintă o deosebită importanță, deoarece în funcție de valoarea lor se allege instalația de pompare și se estimează contragreutățile de echilibrare. Asupra prăjinii lustruite și asupra unității de pompare în timpul unui ciclu de pompare,sarcinile care acționează asupra lor se împart în patru categorii,și anume: statice, dinamice, de frecare, accidentale. Sarcinile statice ,sunt constant la cursa ascendentă,respective descendentă și sunt date de:

greutatea coloanei de lichid care acționează pe secțiunea brută a pistonului;

greutatea proprie a garniturii de prăjinii scufundate în lichid;

forța de flotabilitate datorită submergenței dinamice.

Aceasta forță se neglijează în calculele practice ,deoarece are o valoare mica. Sarcinile dinamice, apar datorită variației ca sens a vitezei maselor în mișcare și ca mărime, sunt date de forțele de inerție a garniturii de prăjini de pompare și a coloanei de lichid, dar și forșele datorită vibrașiilor din garniture de prăjini. Forțele de frecare, iau naștere din frecarea prăjinilor în țevile de extractive, frecarea pistonului în pompă, frecarea prăjinilor în lichid dar și din frecarea lichidului în țevile de extracție.Primele două tipuri de frecări se mai numesc și frecări semifluide, ele depend de vâscozitatea lichidului , de gradul de prelucrare și de forma suprafețelor de contact, ultimile două tipuri de frecări mai sunt numite și frecări hidrodinamice, ele sunt caracterizate prin apariția unei pelicule continue de lichid între suprafețe care se freacă, sunt dependente de vâscozitatea lichidului.

Sarcinile accidentale iau naștere din șocuri și sunt rezultatul acțiunilor mecanice din sistemul de pompare. Atunci când cilindrul pompei nu se umple complet cu lichid la cursa ascendentă a pistonului, se produc niște șocuri în sistem,la fiecare ciclu când pistonul lovește în lichid la cursa descendentă.

Pentru calculul sarcinilor din prăjina lustruită la sondele analizate, s-a ținut cont atât de sarcinile statice cât și de cele dinamice. Formulele de calclul pentru sarcinile maxime și minime din prăjina lustruită furnizate de literature de specialitate sunt:

(3.8)

(3.9) Factorul de flotabilitate are formula de calcul:

(3.10) Factorii dinamici la cursa ascendentă și la cursa descendentă se calculează cu următoarele relații:

(3.11)

(3.12)

Sarcina din prăjina lustruită:

(3.13)

Se notează:

– sarcina maximă din prăjina lustruită,

– sarcina minimă din prăjina lustruită, [𝑁 – factor dinamic la cursa acsendentă

– factor dinamic la cursa descendentă

– greutatea specifică a oțelului ,[𝑁/𝑚3

– greutatea garniturii de prăjini de pompare,[𝑁

– raza manivelei unitătii de pompare,

– lungimea bielei unității de pompare ,[𝑚

– factor de plutire.

III.3 Determinarea randamentului volumetric

Raportul dintre debitul real produs de pompă și debitul teoretic calculat în raport cu lungimea cursei reale a pistonului este definit ca raportul volumetric. Randamentul volumetric al pompei este influențat și de prezența gazelor în lichid. Gazele libere care pătrund în pompă odată cu țițeiul, sau gazele care ies din soluție în interiorul pompei la aspirația fluidului micșorează randamentul volumetric de fund al pompei, pe de o parte pentru că ocupă loc în cilindrul pompei și pe de altă parte pentru că întârzie deschiderea supapelor.

Debitul teoretic este afectat de un coeficient numit randament total. Din produsul debitului teoretic cu randamentul total se obține valoarea debitului total real produs de sondă.

Jocul dintre cămașa pompei și piston gnerează pierderi de lichid, în urma scurgerii unei cantități din lichidul ce se află deasupra pistonului, din această cauză s-a introdus în calculul debitului teoretic coeficientul de randanment = 0,90,95 pentru acoperirea acestor pierderi.

Alungirea și cursa reală a pistonului determină o scădere a volumului aferent acumulării lichidului, se introduce noțiunea de randament de cursă c cu un efect ce se face simțit cu cât alungirile elestice ale garniturii de țevi de extracție și al prăjinilor de pompare sunt mai mici.

Important este și efectul gazelor ce ies din soluție în interiorul pompei. Acestea provoacă o micșorare a cantității de lichid care pătrunde în pompă putând chiar să o blocheze temporar. Efectul este temporar deoarece blocându-se pompa, în spațiul inelar din sondă crește nivelul lichidului, crește presiunea sub piston, iar pompa reîncepe să aspire și să refuleze lichid, instalația funcționând însă sub capacitatea ei. Pentru acest motiv s-a introdus noțiunea de randament de umplere u cu valori ce pot varia în limite largi în funcție de prezența cantităților mai mari sau mai mici a gazelor dar și de prezența sau inexistența unui separator bine dimensionat.

Randamentul volumetric se calculează cu următoarea relație:

(3.14) unde:

=1440 (3.15)

= (3.16)

Se noteză: – randamentul volumetric al pompei, – debitul de lichid extras – debitul teoretic – randament de umplere = 0,90,95

– randament ce ține seama de scurgerile de lichid între piston și pompă = 0.90,95;

– randament de cursă,

(3.17)