РАСЧЁТ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ НАГРУЗОК, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА КОЛОННУ ШТАНГ

РАСЧЁТ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ НАГРУЗОК, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА КОЛОННУ ШТАНГ

Расчёт наибольшей нагрузки можно провести по формуле И.М. Муравьёва

Pmax = Pж + Ршт · (Кapx + Sпл n2/1440). (9)

Расчёт малой нагрузки проводим по последующей формуле:

Рmin = Pшт (Kapx – Sпл·n2/2400), (10)

где Рж – гидростатическая нагрузка на плунжер насоса от веса столба воды (консистенции) в НКТ, кН.

Рж = (Рвых – Рпн) · Fпл, (11)

Рвых – давление на РАСЧЁТ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ НАГРУЗОК, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА КОЛОННУ ШТАНГ выходе из насоса (давление на выкиде), Па; Рпн – давление у приёма насоса, Па; Ршт – вес колонны штанг в воздухе,

Ршт = Нн(Sqшт i·Ei), (12)

qшт i –вес 1-го метра штанг с муфтами в воздухе (табл. 3), Н; Еi – толика штанг данного размера в ступенчатой колонне, толики единицы; Кapx – коэффициент, учитывающий утрату веса РАСЧЁТ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ НАГРУЗОК, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА КОЛОННУ ШТАНГ штанг, помещенных в жидкость

Кapx = (rшт – rж)/rшт , (13)

где rшт и rж – соответственно, плотность материала (rшт = 7850 кг/м3) и воды.

Таблица 3 – Весовые свойства штанг с муфтами

Поперечник штанг, мм
Вес 1-го метра штанг с муфтами в воздухе, Н 9,1 16,3 23,0 30,8 40,1 51,5

3. 5. РАСЧЁТ НАПРЯЖЕНИЙ В ШТАНГАХ

При обычной работе насосной установки самые большие напряжения действуют в РАСЧЁТ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ НАГРУЗОК, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА КОЛОННУ ШТАНГ точке подвеса штанг. Различают последующие напряжения:

наибольшее напряжение цикла:

smax = Рmax/fшт, (14)

где fшт – площадь поперечного сечения штанг в точке подвеса, м2.

малое напряжение цикла:

smin = Pmin/fшт. (15)

амплитудное напряжение цикла:

sа = (smax smin)/2. (16)

приведённое напряжение цикла:

sпр = (smax · sа)1/2. (17)

В каждом определенном случае нужно высчитать приведённое напряжение цикла РАСЧЁТ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ НАГРУЗОК, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА КОЛОННУ ШТАНГ и сопоставить его с допускаемым приведённым напряжением [sпр] для различного материала штанг (приложения А – Ж).

Колонна штанг считается верно избранной, если

sпр ≤ [sпр]. (18)

3. 6. РАСЧЁТ Вращающего МОМЕНТА НА ВАЛУ РЕДУКТОРА И УТОЧНЕНИЕ ВЫБОРА ТИПОРАЗМЕРА СТАНКА-КАЧАЛКИ

Наибольший вращающий момент (в Н·м) на кривошипном валу редуктора станка-качалки вычисляем по формуле Р РАСЧЁТ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ НАГРУЗОК, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА КОЛОННУ ШТАНГ.А. Рамазанова [2]

Мкр max = 1,2 [300 · S + 0,236 · S · (Рmax – Pmin)], (19)

где S – длина хода полированного штока, м; 1,2 – коэффициент припаса (20%).

По приобретенным величинам вращающего момента на выходном валу избираем из табл. 4 редуктора для станков-качалок.

Таблица 4 – Техно черта редукторов

Редуктор Ц2НШ-315 Ц2НШ-450 Ц2НШ-750Б Ц2НШ-560
Вращающий РАСЧЁТ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ НАГРУЗОК, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА КОЛОННУ ШТАНГ момент на ведомом валу редуктора, кН·м 6,3
Межосевое расстояние тихоходной ступени, мм

По расчетным чертам Pmax, Мкр max, S и n совсем избираем согласно приложению З базисный и измененный типы станка-качалки.

3. 7. ВЫБОР Других Частей УСШН

Подвески устьевого штока созданы для соединения устьевого штока с приводом штангового скважинного насоса, они выпускаются трёх РАСЧЁТ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ НАГРУЗОК, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА КОЛОННУ ШТАНГ типоразмеров (табл. 5).

Таблица 5 – Типоразмеры подвесок устьевого штока

Типоразмер ПСШ-3 ПСШ-6 ПСШ-15
Большая допустимая нагрузка, кН
Поперечник устьевого штока, мм

Штоки сальниковые устьевые созданы для соединения колонны насосных штанг с канатной подвеской станка-качалки. Они выпускаются трёх типов (табл. 6).

Таблица 6 – Типоразмеры штоков сальниковых устьевых

Типоразмер ШСУ 31-2600 ШСУ 31-4600 ШСУ 36-5600
Большая нагрузка на РАСЧЁТ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ НАГРУЗОК, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА КОЛОННУ ШТАНГ шток, кН
Поперечник штока, мм
Длина штока, мм

Сальники устьевые созданы для уплотнения сальникового штока, они бывают 2-ух типов СУС1А-73-31 и СУС2А-73-31, соответственно обозначающие сальники устьевые с самоустанавливающейся головкой с одинарным и двойным уплотнением (табл. 7).

Таблица 7 – Типоразмеры сальников устьевых

Типоразмер СУС1А-73-31 СУС2А-73-31
Поперечник штока, мм
Присоединительная РАСЧЁТ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ НАГРУЗОК, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА КОЛОННУ ШТАНГ резьба НКТ, мм
Рабочее давление, МПа

По результатам расчета приводят окончательный список избранного по каждому варианту оборудования и подготавливают спецификацию для его заказа.

После выбора всего комплекта оборудования следует изобразить всю установку скважинного штангового насоса в виде подробного наброска и спецификации с указанием шифров и типоразмеров всех частей установки для РАСЧЁТ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ НАГРУЗОК, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА КОЛОННУ ШТАНГ всех вариантов избранного оборудования (приложение И).

3. 8. ПРИМЕР ВЫБОРА ШТАНГОВОЙ НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ

Избрать сборку УСШН для последующих критерий:

глубина скважины Lс = 1677 м; забойное давление Рзаб = 13,3 МПа; ожидаемый дебит нефти Qнд = 10 м3/сут; обводнённость продукции В = 0,75; давление насыщения Рнас = 9,2 МПа; давление на устье Ру = 1,5 МПа; объёмный коэффициент нефти bн = 1,16; динамический уровень РАСЧЁТ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ НАГРУЗОК, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА КОЛОННУ ШТАНГ Нд = 570 м; плотность воды rж = 1016 кг/м3.

Для соответственных начальных данных рассчитывается рассредотачивание давления в скважине (рис. 4, линия 1) и в колонне НКТ (рис. 4, линия 2).


Рассчитаем давление у приёма насоса Рпн

Рпн = 0,5 + 0,3 · 9,2 (1 – 0,75) = 1,2 МПа.

Набросок 4 – Кривые рассредотачивания давления

По рассчитанному давлению Рпн на приёме насоса определяем (рис. 4) глубину спуска насоса Нн = 640 м РАСЧЁТ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ НАГРУЗОК, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА КОЛОННУ ШТАНГ.

До того как высчитать дебит скважины при Рпн, вычисляем большой коэффициент нефти при Рпн по (4):

bн(Рпн) = 1 + (1,16 – 1) · ((1,2 – 0,1)/(9,2 – 0,1))0,25 = 1,094,

По формуле (3) рассчитываем большой коэффициент воды

bж(Рпн) = 1,094(1 – 0,75) + 1 · 0,75 = 1,023,

а потом по формуле (2) – дебит скважины по воды в критериях приема

Qж (Рпн) = 10 · 1,023/(1 – 0,75) = 41 м3/сут.

Рассчитываем высоту подъема продукции L по (5):

L = 640 – 102(1,2 – 1,5) = 691 м.

По рис. 4 определяем давление на выходе РАСЧЁТ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ НАГРУЗОК, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА КОЛОННУ ШТАНГ из насоса Рвых = 9,1 МПа.

По диаграммам А. Н. Адонина (рис. 2, 3) избираем поперечник скважинного насоса Dпл и типоразмер станков-качалок.

Для приобретенных данных Qж = 41 м3/сут и L = 691 м избираем:

– для базисных станков-качалок по рис. 2 Dпл = 55 мм и 5СК6-1,5-1600;

– для измененных станков-качалок по рис. 3 Dпл = 43 мм и 5СК РАСЧЁТ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ НАГРУЗОК, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА КОЛОННУ ШТАНГ4-2,1-1600.

По табл. 2 избираем насос НН1С: при поперечнике насоса 55 мм условный поперечник НКТ 73 мм, при поперечнике насоса 43 мм условный поперечник НКТ 60 мм.

Дальше расчет ведем для поперечника плунжера насоса Dпл = 55 мм (для Dпл = 43 мм расчет аналогичен).

Рассчитываем подачу насоса по формуле (6)

Qнас = 41/(86400 · 0,725) = 0,000655 м3/с.

До того как найти требуемую РАСЧЁТ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ НАГРУЗОК, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА КОЛОННУ ШТАНГ скорость откачки, рассчитаем площадь поперечного сечения плунжера

Fпл = 3,14 · 0,0552/4 = 0,0024 м2.

Тогда требуемая скорость откачки составит

Sпл · Nc = 0,000655/0,0024 = 0,276 м/с = 22,5 м/мин.

В согласовании с решением задачки 3.1 для 5СК6-1,5-1600 избираем наивысшую длину хода S = 1,5 м.

Тогда Nc = 0,276/1,5 = 0,184 с-1 либо

n = Nc · 60 = 0,184 · 60 = 11,04 кач/мин.

В согласовании с приложением Б можно использовать одноступенчатую колонну штанг поперечником РАСЧЁТ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ НАГРУЗОК, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА КОЛОННУ ШТАНГ 19 мм (штанги из углеродистой стали, нормализованные при [s] = 70 МПа).

Коэффициент, учитывающий утрату веса штанг

Кapx = (7850 – 1016)/7850 = 0,87.

Вес колонны штанг в воздухе

Ршт = 640 · 23 = 14720 (Н) = 14,72 кН.

Гидростатическая нагрузка на плунжер насоса от веса столба воды

Рж = (9,1 – 1,2) · 106 · 0,0024 = 18960 Н = 18,96 кН.

Критическая нагрузка

Рmax = 18,96 + 14,72 · (0,87 + 1,5 · (11,04)2/1440) = 33,6 кН,

малая нагрузка по (10)

Рmin = 14,72 · (0,87 + 1,5 · (11,04)2/2400) = 13,9 кН.

Наибольшее напряжение цикла

smax = 33600/0,00028 = 118566614 Н/м2 = 118,6 МПа.

Малое напряжение РАСЧЁТ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ НАГРУЗОК, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА КОЛОННУ ШТАНГ цикла

smin = 13900/0,00028 = 49049879 Н/м2 = 49,05 МПа.

По формуле (16) вычисляем амплитудное напряжение цикла

sа = (118,6 – 49,05)/2 = 34,775 МПа.

По формуле (17) вычисляем приведённое напряжение цикла

sпр = (118,6 · 34,775)1/2 = 64,2 МПа.

Потому что допускаемое приведённое напряжение цикла для принятой колонны штанг из углеродистой стали, нормализованной при [s] = 70 МПа, а расчетное sпр = 64,2 МПа, то производится условие (18)

64,2 МПа < 70 МПа

Колонна штанг по прочности РАСЧЁТ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ НАГРУЗОК, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА КОЛОННУ ШТАНГ выбрана верно.

Наибольший вращающий момент на кривошипном валу редуктора станка-качалки

Мкр max = 1,2 · (300 · 1,5 + 0,236 · 1,5 · (33600 – 13900)) = 8908,6 Н·м.

По приобретенной величине вращающего момента на выходном валу избираем по табл. 4 редуктор для станка-качалки – Ц2НШ-450, имеющий номинальный вращающий момент на ведомом валу редуктора 25 кН·м и 450 мм межосевое расстояние тихоходной ступени.

Как проявили результаты расчёта РАСЧЁТ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ НАГРУЗОК, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА КОЛОННУ ШТАНГ, требуется УСШН со последующими чертами:

– критическая нагрузка Рmax = 33,6 кН;

– наибольший вращающий момент на кривошипном валу редуктора станка-качалки Мкр max =8,91 кН·м;

– принятая длина хода плунжера Sпл = 1,5 м;

– число ходов балансира за минуту n = 11,04 кач/мин.

Соответственно паспортные свойства станка-качалки 5СК6-1,5-1600 по приложению З последующие:

– критическая нагрузка Рmax РАСЧЁТ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ НАГРУЗОК, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА КОЛОННУ ШТАНГ = 60 кН;

– номинальная длина хода точки подвеса штанг Sш = 1,5 м;

– больший вращающий момент на валу редуктора Мкр = 16 кН·м;

– число ходов балансира за минуту n = 5 – 15 кач/мин.

Таким макаром, все расчётные характеристики меньше либо равны паспортным и можно утверждать, что станок-качалка избран верно.

По критической нагрузке Рmax РАСЧЁТ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ НАГРУЗОК, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА КОЛОННУ ШТАНГ = 33,6 кН из табл. 5 принимаем подвеску устьевого штока типоразмера ПСШ-6.

Для наибольшей нагрузки 33,6 кН, поперечника штока 31 мм при длине хода 1,5 м из табл. 6 избираем шток сальниковый устьевой ШСУ 31-2600. Из табл. 7 избираем сальник устьевой СУС1А-73-31.

Спецификация для заказа оборудования установки скважинных штанговых насосов.

Базисный станок-качалка 5СК6-1,5-1600

– критическая нагрузка в точке подвеса РАСЧЁТ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ НАГРУЗОК, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА КОЛОННУ ШТАНГ штанг Рmax = 60 кН;

– номинальная длина хода точки подвеса штанг S = 1,5 м;

– больший вращающий момент на валу редуктора Мкр = 16 кН·м.

Скважинный штанговый невставной насос с захватным штоком и с составным цилиндром НН1С –55 -9-12:

– условный поперечник плунжера Dпл = 55 мм;

– безупречная подача при 10 двойных ходах за минуту Q10 = 33 м3/сут;

– большая длина РАСЧЁТ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ НАГРУЗОК, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА КОЛОННУ ШТАНГ хода плунжера Sпл = 900 мм;

– напор Н = 1200 м;

– условный поперечник НКТ Dнкт = 73 мм.

Штанги насосные ШН19 с одноступенчатой конструкцией колонны.

Подвеска устьевого штока ПСШ-6.

Шток сальниковый устьевой ШСУ 31-2600.

Сальник устьевой с самоустанавливающейся головкой с одинарным уплотнением СУС1А-73-31.

После составления спецификации установки скважинного штангового насоса делается набросок с нанесением РАСЧЁТ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ НАГРУЗОК, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА КОЛОННУ ШТАНГ всех шифров оборудования.

Аналогично делается расчет для измененного станка-качалки 5СК4-2,1-1600.

Перечень РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


raschet-zubev-po-izgibnoj-prochnosti.html
raschet-zvukopoglosheniya-referat.html
rascheta-na-otdelnie-vidi-rabot.html