Определение напряжений кручения в штангах

РАСЧЕТ ШТАНГОВЫХ КОЛОНН ДЛЯ Винтообразных

НАСОСНЫХ УСТАНОВОК

Учебно-методическое пособие по дисциплине «Проектирование и расчет оборудования для добычи и подготовки нефти и газа» и «Оборудование для эксплуатации нефтяных и газовых скважин» для студентов, обучающихся по направлению подготовки «Технологические машины и оборудование» по профилю «Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов» (151000)

Уфа Определение напряжений кручения в штангах 2015

В учебно-методическом пособии изложена методика расчета, включающая в себя определение осевой, вращающей и изгибающих нагрузок действующих на колонну насосных штанг, при добыче нефти, также при их подъеме, во время спускоподъемных операций при обслуживании скважины.

Пособие предназначено длястудентов, обучающихся по направлению подготовки «Технологические машины и оборудование» по профилю «Машины и оборудование нефтяных Определение напряжений кручения в штангах и газовых промыслов» (151000)

Составители: Уразаков К.Р., проф., д-р.техн. наук

Латыпов Б.М., канд. техн. наук

Исмагилов Р. Р.

Рецензент: Топольников А.С., к.ф.-м.н., Начальник отдела механизированной добычи нефти РН-Уфанипинефть

Сидоркин Д. И., канд. техн. наук, доцент кафедры НПМО

ФГБОУ ВПО УГНТУ в г Определение напряжений кручения в штангах. Октябрьский

ВВЕДЕНИЕ

В процессе использования установок штанговых винтообразных насосов (УШВН), штанговая колонна испытывает значимые вращающие нагрузки при работе установки, и растягивающие нагрузки при подъеме колонны во время подземного ремонта. В этой связи нужно высчитать напряжения в штанговой колонне, возникающие при кручении и от осевых усилий, для оценки обоснованности выбора типоразмера и черт Определение напряжений кручения в штангах насосных штанг.

Расчет колонны штанг винтообразной насосной установки при их подъеме аналогичен расчету для штанг установок штанговых скважинных насосов (УШСН). Различием является только дополнительная нагрузка, нужная для извлечения винта насоса из статора [1].

При работе УШВН колонны штанг на участках локального искривления ствола из-за вращения по линии движения “вокруг собственной Определение напряжений кручения в штангах оси” испытывают огромные, по сопоставлению с колоннами для плунжерных насосов, знакопеременные нагрузки. Не считая того, при вращении колонны штанг, появляются значимые вращающие моменты на преодоление сил трения в подземной части УШВН. В итоге, эксплуатационный ресурс штанг понижается, а возможность появления аварии, соответственно, увеличивается.

Отсутствие в узнаваемых методиках расчета штанговых Определение напряжений кручения в штангах колонн для винтообразных насосов поэлементного учета коэффициента трения (для тела штанг, муфт и штанговых центраторов) значительно понижает их точность. В данной работе предлагается методика расчета напряжений в металле штанг на базе экспериментально, приобретенной зависимости совместного воздействия вязкости нефти, относительной скорости движения трущихся тел и удельной обычной нагрузки в итоге Определение напряжений кручения в штангах исследовательских работ пар трения частей штанговой насосной установки [2,16].

Методика расчета, из-за громоздкости, показана только для трехинтервальных скважин, включающих вертикальный, прямолинейный наклонный, вогнутый и выпуклый участки ствола. Для других типов профилей — методика схожа.

Расчет штанговой колонны с учетом нагрузок, возникающих в при добыче нефти установками штанговых винтообразных Определение напряжений кручения в штангах насосов.

При вращении, штанговая колонна УШВН испытывает сразу вращающие, осевые и изгибающие нагрузки. Ниже приведена методика расчета всех составляющих нагрузок и условие прочности.

Определение напряжений кручения в штангах

Напряжения кручения обоснованы наличием момента на преодоление сил трения, возникающих при вращении колонны штанг. Нужный момент – это сумма сил вязкого трения колонны штанг о Определение напряжений кручения в штангах жидкость; сил граничного трения частей штанговой колонны о внутреннюю стену насосно-компрессорных труб (НКТ); сил трения ротора насоса, о резиновый статор и момента, нужного для подъема воды (Набросок 1).

Напряжения кручения определяются как отношение вращающего момента , возникающего при вращении штанговой колонны к полярному моменту сопротивления поперечного сечения штанги :

(1)

Набросок Определение напряжений кручения в штангах 1. Рассредотачивание вращающих моментов, действующих на штанговую колонну

Вращающий момент при вращении штанговой колонны, можно высчитать по формуле [3]:

(2)

где – момент на вязкое трение колонны штанг о жидкость, Н·м;

– момент на граничное трение колонны штанг о стены НКТ, Н·м;

– момент на вращение ротора насоса, Н·м.

Расчет вращающего момента на преодоление гидравлического Определение напряжений кручения в штангах сопротивления при вращении колонны штанг в кольцевом пространстве с учетом вязкости воды, проводят по формуле [14]:

, (3)

(4)

где – радиусы штанг и внутренней поверхности лифтовых труб, м

(5)

где v – скорость течения в воды в кольцевом пространстве, м/с;

D – внутренний поперечник лифтовых труб, м;

d – поперечник штанг, м;

– плотность воды, кг/м Определение напряжений кручения в штангах3;

– динамическая вязкость воды, Па·с;

– угловая скорость вращения колонны штанг, с-1;

L – длина колонны штанг, м.

Момент на граничное трение штанговой колонны о стены НКТ складываются из 2-ух составляющих: на трение на участке набора кривизны и на наклонном участке.

(6)

На участке набора зенитного угла утраты на трение Определение напряжений кручения в штангах будут рассчитываться как:

(7)

где Dм – поперечник штанговой муфты, м;

l0i – расстояние от муфты до точки касания тела штанги с нижней образующей внутренней стены НКТ (при наличии центраторов расстояние от центратора, до внутренней стены НКТ), м;

f – коэффициент трения меж НКТ и штанговыми муфтами либо штанг о центраторы (при Определение напряжений кручения в штангах наличии центраторов);

lш – длина одной штанги, м;

q – вес 1-го метра штанг, Н/м.

На наклонном участке утраты на трение будут рассчитываться как:

(8)

где Lн – длина наклонного участка, м.

Для определения коэффициента трения, предлагается использовать зависимости коэффициента трения f от числа Зоммерфельда So [4]. Ниже приведена зависимость для разных пар трения Определение напряжений кручения в штангах.

f=exp (a+b∙ln( )) (9)

В таблице 1 приведены значения коэффициентов к зависимости 9.

Таблица 1 – Значения коэффициентов для разных пар трения

Наименование коэффициента Пара трения Центратор-труба Пара трения Муфта-труба Пара трения Штанга-труба
а -1,921 -1,920 -1,099
b -0,422 -0,218 -0,180

Расчет для участка спада зенитного угла, проводится по аналогии с участком набора.

При вращении Определение напряжений кручения в штангах железного ротора о резиновый статор винтообразного насоса, вращающий момент складывается из 2-ух составляющих: на подъем воды; на трение ротора о статор.

Момент затрачиваемый на вращение ротора насоса рассчитывается как:

(10)

где Мп – момент, затрачиваемый на подъем воды, Н·м;

Мтр – утраты момента на трение в паре винт-статор, Н·м.

(11)

где P Определение напряжений кручения в штангах – давление развиваемое насосом, Па;

Q – подача насоса, м3/с;

– гидромеханический КПД.

(12)

где fн – коэффициент трения винта о резиновый статор;

NH – составляющая прижимающей силы от натяга, Н;

NГ – составляющая прижимающей силы, возникающая при работе насоса, Н.

(13)

где PН – давление статора на ротор, вызванное натягом, Па;

Lв – длина винта Определение напряжений кручения в штангах, м;

– натяг винта, м;

e – эксцентриситет, м;

– радиус винта, м;

– шаг обоймы, м.

Давление статора на ротор, определяется известной зависимостью напряжения от деформации эластомера статора (натяга):

(14)

где B, С – коэффициенты, характеризующие соответственно очень вероятное относительное сжатие и наибольшее достижимое усилие при сжатии эластомера.

h – толщина эластомера.

(15)

Зависимость коэффициента трения Определение напряжений кручения в штангах винта о резиновый статор также подчиняется ранее приведенной закономерности от числа Зоммерфельда и для насоса 40-Т-025 имеет вид [6]:

, (14)

где So – число Зоммерфельда.

, (15)

где μ – динамическая вязкость воды (смазки),Па∙с;

V – окружная скорость вращения ротора, м/с;

Rоб – реакция обоймы (прижимная нагрузка статора к ротору), Н/м.

(16)

где k – твердость Определение напряжений кручения в штангах эластомера статора;

δ – натяг.

Наибольшее значение коэффициента трения достигается на малых частотах вращения штанговой колонны.

Коэффициент трения покоя больше, чем трения скольжения, потому при пуске насоса, момент на преодоление сил трения будет больше, в то же время, в исходный момент времени составляющая момента трения на подъем воды близок к нулю Определение напряжений кручения в штангах. В данном случае пусковой момент незначителен, потому для расчетов допустимо внедрение зависимости f от числа Sо при установившемся вращении колонны штанг.


opredelenie-parametrov-v-harakternih-tochkah.html
opredelenie-parametrov-vrasheniya-valov-privoda.html
opredelenie-patologoanatomicheskih-izmenenij-v-organah-i-tkanyah.html