Забезпечення втомної міцності.
ВИБІР КОНСТРУКЦІЇ КОЛОНИ НАСОСНИХ ШТАНГ.
РОЗРАХУНОК НАВАНТАЖЕНЬ В ТОЧЦІ ПІДВІСУ ШТАНГ
Загальні положення
Конструювання штангової колони полягає у визначенні необхідного числа ступенів, діаметру і довжини штанг кожному ступені і марки штанг. Вибрана конструкція повинна забезпечити безаварійну роботу насосної установки із запланованою продуктивністю і при мінімальних витратах. Необхідно враховувати наступні вимоги при конструюванні штангових колон:
1. Колона штанг повинна задовольняти умові достатньою втомної міцності.
2. Вага колони повинна бути по можливості мінімальною.
3. Втрати ходу плунжера від пружних здовжень колони штанг не повинні бути великими, так як це призводить до зниження продуктивності і к. п. д. установки.
4. Вартість колони не повинна бути завищеною, що слід враховувати при виборі марки штанг, оскільки штанги з легованої сталі і термооброблені, дорожче штанг з вуглецевої сталі.
Деякі з цих положень суперечать один одному, тому при конструюванні колони штанг слід шукати оптимальний варіант.
При конструюванні штангових колон застосовуються спеціальні таблиці, номограми, а також аналітичні методики.
Найбільш простий і оперативний спосіб - підбір конструкції штанговой колони по таблицях. Таблиці, розроблені інститутом АзНИИДН, найбільш популярні [1]. Але їх розраховували при конкретних умовах: щільність рідині в колоні НКТ
|
|
|
900 кг/м3, наведені напруги розраховуються за формулою А. Одінга. При складанні таблиць був прийнятий режим відкачування з довжиною ходу s = l,8 м і числом гойдань п= 12 хв-1. Тому використання наведених таблиць для умов експлуатації, значно відрізняються від тих, які були передбачені в них, обумовлює великі похибки.
Найбільш точно визначити конструкцію колони штанг можна, використовуючи аналітичні залежності.
Одна з перших таких методик була заснована на роботі А. С. Вирновского для розрахунку одноступінчатої колони штанг. Для двоступеневої колони формули А.С. Вирновского були перетворені К.В.Гаврилкевичем. У методиці, розробленої МІНХ і ДП, враховані не тільки залежності міцності ко-лонны від статичних і динамічних навантажень, а також від осьовий стискують сили, що діє на плунжер, і сили гідродинамічного тертя.
Вибір конструкції колони насосних штанг
У дипломної роботи для вибору конструкції колони штанг використовується методика МІНХ і ДП, описана в роботі [1].
Для обраного діаметра НКТ і заданих стандартних діаметрів штанг перевіряється використання одноступінчатої колони при наступних умовах:
- забезпечення руху штанг вниз без зависання;
|
|
|
- забезпечення втомної міцності штанг у точці підвісу.
Забезпечення руху штанг вниз без зависання
Умова має вигляд:
Р'шт ≥ (Ртр.г+Ркл.н+Ртр.пл), (3.1.)
де Р'шт - гідродинамічний вага колони штанг, Н;
Ртр.г - гідродинамічна сила тертя гладких штанг у рідини, Н;
Ркл.н - сила опору в напірному клапані, Н;
Ртр.пл - сила тертя плунжера про стінки циліндра, Н.
Якщо сила тертя велика і не забезпечується нормальний спадний хід, то слід збільшити діаметр і знову перевірити умову (3.1).
Вагу колони штанг у рідини визначають відповідно за формулою:
, (3.2.)
де 
– вага колони штанг у повітрі, ;
qшт - вага 1м штанг даного діаметра в повітрі, Н;
; k – кількість ступенів колони штанг;
– коефіцієнт плавучості штанг у суміші рідини в між трубному просторі, 
;
, 
– - щільність матеріалу штанг і суміші рідини, кг/м3
Величину гідродинамічного тертя гладких штанг у рідини визначимо за формулою Пирвердяна:
, (3.3)
де Lн - глибина установки насоса, м; - в'язкість суміші рідини, м2/с;
s - хід полірованого штока, м; N - число гойдань, с-1;
|
|
|
; 
,
де Dт.в. - внутрішній діаметр НКТ , мм; dшт - діаметр штанг, мм;
Величину сили опору в напірному клапані обчислимо за формулою: 
(3.4)
де 
– перепад тиску в напірному клапані, Па; 
– площа плунжера, м2.
Величину сил тертя плунжера про стінки циліндра насоса визначимо за емпіричної формулою В.И.Сердюка для безводних свердловин (В=0):
(3.5)
где 
– диаметр плунжера, мм; d – зазор, мм;
У дипломної роботи перевірка забезпечення умови (3.1) виконується з допомогою ЕОМ.
Результати розрахунку представлені на рис. 3.1.
Рисунок 3.1.– Вихідні дані та результати розрахунку на ЕОМ
Забезпечення втомної міцності.
Умова має вигляд:
, (3.6)
де sпрi – напруга в будь-якому довільному перетині штанг, МПа;
[sпр] – гранично допустиме значення напруги для вибраного матеріалу штанг, МПа.
Досвід експлуатації насосних установок показує, що руйнування штангових колон звичайно обумовлено втомою металу, викликаної тривалою дією циклічних змінних навантажень. Втомних знос штанг посилюється і прискорює під впливом корозійно-активних компонентів, що містяться в відкачуваної газорідинної суміші (сероводород, мінералізована вода і т. д.).
|
|
|
Наведене напруга в точці підвісу штанг sпр розраховується за формулою М. П. Марковця:
(3.7)
або за формулою И.А.Одинга:
(3.8)
где 
– амплітудні напруги циклу, МПа, 
;
, 
– максимальне і мінімальне значення напруги циклу, МПа.
Максимальну напругу циклу визначають за формулою:
, (3. 9 )
где 
– максимальная нагрузка в точке підвісу штанг, Па;
– площа штока, м2.
Мінімальну напругу циклу –
, (3.10)
где 
– мінімальне навантаження в точці підвісу штанг, Па.
Якщо не виконується умова забезпечення втомної міцності, то
слід перейти до розрахунку рівнопрочної двоступеневої колони штанг.
3.2.3. Визначення довжини двоступеневої колони штанг.
Задаємося діаметрами штанг кожної із ступенів, після чого довжина першої (від плунжера) ступені визначається за такою формулою [1]:
(3.11)
де 
, 
– характеристики штанг i-й ступені, відповідно: пло-
ща поперечного перерізу, вага 1 м штанг, сила тертя гідродинамічного
штанги на довжині 1 м;
Рт н– вага "важкого низу", який прийнятий дорівнює сумі сил опорів в напірному клапані і сил тертя плунжера про стінки циліндра, 
.
Довжина "важкого низу", що запобігає поздовжній вигин нижній
частини штангової колони, визначається за формулою
(3.12)
де q'т н – вага (рідини) 1 м "важкого низу", в якості якого можуть використовувати штанги діаметром 25 мм.
Довжина другої ступені
(3.13)
Отримана конструкція перевіряється за умовами (3.1) і (3.6) і, якщо вони не на-ряются, то проводиться розрахунок двоступеневої колони з штанг більшого діаметра. У ді-ломной роботі даний етап розрахунку також виконаний з допомогою ЕОМ. Окремі етапи розрахунків представлені на рис. 3.2.
Рисунок 3.2 – Результати розрахунку конструкції колони штанг на ЕОМ
Дата добавления: 2020-12-12; просмотров: 50; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!