 |
Классон "О применении электричества к исследованию условий тартания"
Доклад инженер-технолога Р. Классона "О применении электричества к исследованию наиболее рациональных условий тартания", составленный по наблюдениям и выводам А.Б. Красина Прочитан 14 февраля 1904 г. на Общем заседании Бакинского отделения ИРТО. Несмотря на то, что добывание нефти из скважин при помощи желонки практикуется на Апшеронском полуострове уже в течение почти 30-ти лет, до последнего времени не было предпринято никаких исследований с целью более или менее подробного выяснения различных обстоятельств этой столь распространенной на промыслах работы. Причину этой почти полной необследованности столь важного в промысловом деле процесса, как тартание , конечно, нельзя видеть в одной нелюбви промысловых инженеров к каким бы то ни было техническим опытам и исследованиям. До тех пор, пока двигательной силой на промыслах являлся исключительно пар, такого рода исследования представлялись очень сложной работой, притом малоблагодарной. Тартание желонкой, по существу своему, есть процесс периодический, притом с очень малой продолжительностью периода; время между двумя последовательными подъемами желонки измеряется в тесных пределах каких-нибудь 1,5-3 минут, и за этот короткий промежуток времени все обстоятельства движения желонки и расход энергии претерпевают ряд весьма быстрых, а при начале - даже почти моментальных движений. Единственно возможный при паровой машине способ исследования, снятие ряда индикаторных диаграмм при одновременном измерении числа оборотов тартального барабана, в данном случае малоприменим уже по одной своей мешкотности, не позволяющей поспеть за всеми весьма быстрыми колебаниями исследуемого процесса. Прежде, чем будет снята одна пара диаграмм, величина затрачиваемой энергии и скорость движения желонки получат уже совершенно иное значение, чем в тот момент, когда начали снятие диаграммы. Этим обстоятельством, вероятно, объясняется то, что, кажется, ни одна из промысловых паровых машин не имеет отверстий для индикаторных кранов. Дело совершенно изменяется с введением на промыслах электрической передачи энергии, так как при помощи электрических измерительных приборов возможно не только учитывать, но и регистрировать расходуемую электромоторами энергию и получить в форме диаграммы до мельчайших подробностей точную картину всего процесса.
Опыты, описанию которых посвящается настоящая статья, были произведены инженер-технологом А.Б. Красиным , по поручению Общесва "Электрическая Сила" , на 38-м участке в Раманах, в одной из буровых скважин, любезно предоставленной для этих опытов администрацией Каспийско-Черноморского Общества. Цель опытов состояла в том, чтобы, прежде всего, выяснить по возможности детально все обстоятельства процесса тартания, определить количественное значение и влияние различных факторов этого процесса, в частности, расход энергии на весовую единицу добываемой жидкости при различных соотношениях этих факторов, а так же указать, если удастся, те способы, при помощи которых возможно уменьшить до минимума расход энергии на тартание, не уменьшая количества добываемой нефти. Опытная буровая имела диаметр скважины 12 дюймов; самые опыты состояли в том, что в этой буровой производилось тартание при употреблении желонок различного диаметра, а именно в 6, 7, 8, 9 и 10? и длиною около 10-11 метров. Кроме того, опытное тартание производилось при различных скоростях [вращения] тартальных барабанов, что достигалось посредством смены шкивов на валу трансмиссии, приводившейся в движение от электромотора трехфазного тока с почти постоянным числом оборотов. Скорость тартального барабана при опытах составляла, в зависимости от той или другой комбинации шкивов, 60, 70, 85, 90 и 105 оборотов в минуту, что соответствует скоростям [движения] желонки от 4 до 7 метров в секунду. При каждой желонке данного диаметра производилось тартание с последовательным изменением величины скоростей, за исключением 10-дюймовой желонки, при которой удалось произвести опыты только при сравнительно малых скоростях, так как иначе расход энергии оказался бы уже чрезмерным для мотора данной мощности.
Самые измерения состояли, во-первых, в определении скоростей вращения тартального барабана тахометром и, во-вторых, в определении расхода энергии электромотором посредством пишущего килоуаттметра. Прибор Гартман и Браун, употреблявшийся для этой цели, давал возможность снимать непрерывную диаграмму секундной работы мотора в течение 15 минут и получить, таким образом, полную картину тартания при нескольких последовательных подъемах желонки. При внимательном рассмотрении диаграмм, даваемых этим прибором, возможно с полной точностью проследить ход тартания. В течение времени AB, как видно из изображенной на рисунке *1 диаграммы, количество энергии, поглощаемой мотором, составляет всего от 7 до 8 KW (1KW = 1,36 H.P.). При B кривая расхода круто поднимается* - это начинается подъем желонки. Если подъем желонки производится за один прием, то эта кривая поднимается непрерывно до наивысшей точки C. Затем кривая начинает постепенно опускаться книзу; расход энергии уменьшается по мере того, как уменьшается вес поднимаемого стального каната. При дальнейшем уменьшении количества расходуемой энергии в точке D замечается быстрое уменьшение расхода энергии на высоту DE, что соответствует моменту выхода желонки из жидкости на воздух.
Таким образом, отрезок ординаты DE дает нам представление о величине гидравлических сопротивлений при движении желонки в жидкости. (На рис. 1 приведено зеркальное отражение кривой - после точки B она круто опускается. - Примеч. М.И. Классона)
Часть кривой EF выражает постепенно уменьшающийся расход энергии при дальнейшем подъеме желонки над уровнем жидкости в скважине, опять-таки вследствие укорачивания поднимаемого каната и утечки нефти из желонки. Наконец, при G подъем желонки закончен, и расход энергии снова падает до 7-8 KW, представляющих работу холостого хода мотора и трансмиссионного устройства. Чертеж N1 ( Рис. N1 ) (диаметр скважины - 12 дюймов, глубина скважины - 224 саж., уровень жидкости - 65 саж., диаметр желонки - 10 д, длина - 9,1 м, диаметр тарт. барабана - 4 д,обороты тарт. барабана - от 65 до 83)
Чтобы показать обстоятельства, сопровождающие процесс тартания, на чертежах I-VI помещено еще несколько диаграмм, снятых частью с испытуемой скважины (12?), частью же со скважин других размеров. Масштаб, в котором сняты диаграммы, виден из чертежа: ординаты представляют на-грузку в килоуаттах, абсциссы - время в минутах. Таким образом, диаграмма не только дает возможность при помощи планиметра определить средний расход энергии за опре-деленный промежуток времени, но и позволяет знать величину этого расхода для каждо-го данного момента полного периода тартания. Кроме этих диаграмм было снято несколько диаграмм подъема ловильных штанг для определения механического коэффициента полезного действия тартального устройства. Наконец, для определения потери жидкости, вследствие выбрасывания ее газами из желонки, было произведено 16 замеров добытой жидкости (в среднем замерялось каждый раз около 0,43 куб. метра). Предполагавшиеся вначале опыты для выяснения влияния формы концов желонки на степень наполнения ее жидкостью и на расход энергии по недостатку времени не были произведены совсем.
I. Расход энергии на 1 000 пудов добытой нефти в зависимости от размеров и скорости желонок <...>
II. Суточная добыча нефти в зависимости от диаметра желонки и скорости тартания <...>
III. Суточный расход энергии в зависимости от диаметра желонки и скорости тартания <...>
В заключение, прежде чем перейти к краткому сопоставлению выводов из нашей работы, скажем несколько слов относительно коэффициента полезного действия тартания. Его нетрудно определить для существующих условий в данной буровой, на основании снятых нами диаграмм. <...>
При скорости тартального барабана в 106 оборотов в минуту, желонке диаметром 8,3 д, длиною 11м., глубине скважины до забоя 478 м. и до уровня жидкости - 138 м. для подъема 1 000 пудов нефти (16 380 клгр.) и (1 000 х 2)/0,875 пуд. (37 350 клгр.) воды расходуется 276 килоуатт-часов. Желонка в воде весит 132 клгр. и часть каната, находящаяся в воде, 374 клгр. Теоретическая работа подъема жидкости на высоту 138 м. будет: (16 380 + 37 350) х 138 = 7 420 000 клгр.-метров Работа подъема желонки и каната на высоту соответственно 478 и 478/2 мт. будет: 132 х 478 + 374 х (478/2) = 152 400 клгр.-метров Полная теоретическая работа подъема: 7 420 000 + 152 400 = 7 572 400 клгр.-метров или 7 572 400/(75 х 1,36 х 3 600) = 20,6 килоуатт-часов. Коэффициент полезного действия тартания как способа подъема жидкости будет: 20,6/276 = 7,5% Коэффициент же полезного действия тартания как способа подъема нефти, т.е. когда работа подъема воды считается вредным сопротивлением, будет: 7,5 х 16 380/(16 380 + 37 350) = 2,3% Последнее значение коэффициента полезного действия тартания может быть взято при сравнении тартания желонкой с тартанием сжатым воздухом, где количество удаляемой из скважины воды нельзя регулировать. Полученные выше величины для коэффициента полезного действия, конечно, не могут претендовать на какое-либо универсальное значение. Несомненно, его значение сильно изменяется при изменении различных обстоятельств работы даже в одной и той же скважине; еще более может измениться его величина при переходе к скважине иного диаметра и глубины. Но для данного случая выведенные выше величины сохраняют полное значение; и так как этот случай, вообще говоря, соответствует средним условиям промысловой работы, то полученные цифровые величины коэффициента полезного действия заставляют сделать очень неутешительный вывод относительно экономичности существующего способа добычи нефти. В заключение перечислим те средства, которые, как это видно из произведенных опы-тов, позволяют уменьшить расход энергии на единицу добываемой нефти:
1) Употребление желонки наибольшей длины. Шестилистовая желонка (длиною около 13 мт.) изредка употребляется на промыслах теперь при скоростях [вращения тартального барабана] около 110 оборотов в минуту, при уменьшенной же скорости (приблизительно до 65-80 оборотов) употребление ее не представит, вероятно, никаких затруднений.
2) Употребление желонки наивыгоднейшего диаметра (в данном случае в 12-дюймовой скважине желонки в 8,5?, или половина сечения скважины должна быть равна сечению желонки).
3) Уменьшение числа оборотов тартального барабана до 60-70 в минуту. Труды Бакинского Отделения ИРТО, 1904 г., выпуск 2 (февраль) Из Журнала Общего Собрания Бакинского Отделения ИРТО 14 февраля 1904 г. Председатель К.И. Хатисов.
Теперь, господа, перейдем к первому вопросу повестки.
Роберт Эдуардович, прошу Вас приступить к Вашему докладу. Р.Э. Классон читает доклад о ?Применении электричества к исследованию наиболее рациональных условий тартания?, составленный по наблюдениям и выводам А.Б. Краси-на. Председатель. Прошу присутствующих высказаться по поводу сделанного доклада. Пирбудагов. Делать желонку очень длинной нельзя, так как придется делать очень вы-сокие вышки, что непрактично.
г. Манчо. Я не согласен с мнением г. Пирбудагова; можно значительно удлинить желонку при теперешней высоте вышек; имеются на Биби-Эйбате вышки до 15 сажен высоты.
Тер-Крикорьян. Длинные желонки не представляют никакого неудобства. Но я должен заметить, что количество поднимаемой желонкой жидкости не увеличивается пропорционально длине; коэффициент наполнения желонки меньше у длинных желонок, чем у коротких. Увеличение расхода энергии при входе желонки в нефть нельзя объяснить гидравлическим сопротивлением; он зависит от количества газов в скважине и коэффициента наполнения желонки.
г. Классон. Главные сопротивления, встречаемые желонкой при движении вверх, следующие:
1) торцовое,
2) трение жидкости о стенки желонки,
3) движение жидкости в кольцевом пространстве между стенками скважины и желонки. Относительно коэффициента наполнения желонки я должен заметить, что при всех наших опытах он одинаков и равен . емкости желонки.
г. Дурнев. Я согласен с г. Тер-Крикорьяном относительно коэффициента наполнения желонки. Что же касается торцевого сопротивления, то размер торца играет большую роль; при одном и том же диаметре желонки, но при перемене торца, меняется сопро-тивление. Весьма интересно было бы проделать опыты в этом направлении.
г. Бардский. Один только опыт был сделан, получилась довольно большая разница в расходе энергии. г. Тер-Крикорьян приводит цифры своих опытов, при которых весь расход энергии при тартании распределяется следующим образом: на подъем желонки с жидкостью 30 KW на подъем каната 15 - на торцевое сопротивление 7 - на вредную работу трения 6-7 - на холостой ход мотора 5 - на силу инерции 15 - Всего 78-80 KW г.
Классон. Я не знаю, как г. Тер-Крикорьян измерил работу на сопротивление торцев и на сопротивление, создаваемое стенками желонки.
г. Манчо. В практике мы придерживаемся размеров диаметров желонок, указываемых г. Классоном, а именно отношением диаметров 1:3/4.
г. Троп. Мне кажется, что указание наивыгоднейшего диаметров скважины и желонки, данное докладчиком, поспешно. Возможно, что здесь важно не отношение диаметров, а разница диаметров; может быть, необходимо, чтобы кольцевое пространство между стенками скважины и желонки было бы не меньше известной величины 3-4 дюйма. В этом направлении следовало бы сделать опыты.
г. Гухман. Я полагаю, что при этих опытах недостает одной величины, а именно коэффициента трения. Дело в том, что коэффициент трения нефти гораздо больше коэффици-ента трения воды. При переходе желонки из воды в нефть трение должно увеличиться, от этого должен увеличиться и расход энергии, что и видно из диаграммы. Наоборот, в скважине Каспийского Товарищества, где высота жидкости в скважине была только 40 сажен, где, следовательно, слой воды надо полагать очень малым, там этого явления нельзя было ожидать; это и видно из диаграммы.
г. Душкин. Выводы докладчика вполне верны. Затем излагает элемент сопротивления, создаваемого при движении желонки в жидкости при разных диаметрах желонки, но при постоянном диаметре скважины. Собрание благодарило докладчика. Труды Бакинского Отделения ИРТО, 1904 г., выпуск 3 (март)
Ссылки: