- •«Уфимский государственный нефтяной технический университет»
- •Оглавление
- •1 Арматура устьевая скважинная и пакеры
- •1.1 Расчет фланцевого соединения на прочность.
- •1.2 Расчет деталей запорных устройств арматуры на прочность
- •1.3 Расчет оптимальной величины нагрузки на уплотнительные элементы пакеров с механическим управлением
- •2 Насосно-компрессорные трубы
- •2.1 Расчет труб на прочность при фонтанном и компрессорном способах эксплуатации
- •2.2 Расчет труб на прочность при эксплуатации скважины установками штанговых насосов
- •2.3 Расчет резьбовых соединений труб нефтяного сортамента на прочность
- •3 Балансирный станок-качалка
- •3.1. Определение нагрузки на штоке в точке подвеса штанг.
- •3.2. Расчет балансира станка-качалки на прочность
- •3.3. Расчет уравновешивания станка-качалки
- •3.3.2. Кривошипное уравновешивание
- •3.3.3. Комбинированное уравновешивание
- •3.4 Определение усилий в шатунах станка-качалки при разных способах уравновешивания
- •4 Насосные штанги
- •4.1 Расчет на прочность насосных штанг
- •4.2 Конструирование многоступенчатых штанговых колонн
- •5 Насосы скважинные штанговые
- •5.1 Расчет деталей насоса на прочность
- •5.2. Определение утечек в плунжерной паре насоса
- •6. Установка электроцентробежного насоса
- •6.1 Подбор основного оборудования установки электроцентробежного насоса на скважине
- •6.1.1.Определяют ориентировочный дебит скважины
- •6.2. Расчет корпуса электроцентробежного погружного насоса на прочность
- •Литература
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Уфимский государственный нефтяной технический университет»
Филиал в г. Октябрьском
Кафедра НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫЕ МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЯ
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ
по курсам: "Техника и технология добычи, подготовки нефти, газа и воды",
"Нефтегазопромысловое оборудование"
Методические указания к решению задач на прочность оборудования для добычи нефти и газа для студентов специальности "Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов", "Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений", "Нефтегазовое дело"
Уфа 2010
В методических указаниях к решению задач и выполнению контрольных работ в систематизированном виде приводятся в последовательности решения наиболее часто встречаемых практических задач и исходные данные по вариантам, касающихся всех разделов Курсов «Машины и оборудование для добычи нефти и газа», «Техника и технология добычи, подготовки и сбора нефти, газа и воды», «Нефтепромысловое оборудовании», «Машины и оборудование нефтегазовых объектов»
Составитель Хабибуллин М.Я., доц., канд. техн. наук
Рецензент Арсланов И.Г., проф., д-р техн. наук
©Уфимский государственный нефтяной технический университет,2010
Оглавление
Оглавление 3
1 АРМАТУРА УСТЬЕВАЯ СКВАЖИННАЯ И ПАКЕРЫ 3
1.1 Расчет фланцевого соединения на прочность. 3
1.2 Расчет деталей запорных устройств арматуры на прочность 8
1.3 Расчет оптимальной величины нагрузки на уплотнительные элементы пакеров с механическим управлением 11
2 НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫЕ ТРУБЫ 16
2.1 Расчет труб на прочность при фонтанном и компрессорном способах эксплуатации 16
2.2 Расчет труб на прочность при эксплуатации скважины установками штанговых насосов 20
2.3 Расчет резьбовых соединений труб нефтяного сортамента на прочность 23
3 БАЛАНСИРНЫЙ СТАНОК-КАЧАЛКА 24
3.1. Определение нагрузки на штоке в точке подвеса штанг. 24
3.2. Расчет балансира станка-качалки на прочность 28
3.3. Расчет уравновешивания станка-качалки 31
3.4 Определение усилий в шатунах станка-качалки при разных способах уравновешивания 33
4 НАСОСНЫЕ ШТАНГИ 36
4.1 Расчет на прочность насосных штанг 36
4.2 Конструирование многоступенчатых штанговых колонн 39
5 НАСОСЫ СКВАЖИННЫЕ ШТАНГОВЫЕ 41
5.1 Расчет деталей насоса на прочность 41
5.2. Определение утечек в плунжерной паре насоса 44
6. УСТАНОВКА ЭЛЕКТРОЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА 47
6.1 Подбор основного оборудования установки электроцентробежного насоса на скважине 47
6.2. Расчет корпуса электроцентробежного погружного насоса на прочность 51
ЛИТЕРАТУРА 54
1 Арматура устьевая скважинная и пакеры
1.1 Расчет фланцевого соединения на прочность.
Соединение узлов и деталей устьевой арматуры осуществляется с помощью фланцев. При этом уплотнение фланцевого соединения производится с помощью металлических колец овального или восьмигранного сечения. Эластичные, неметаллические уплотнения широко применяются в поверхностных соединениях системы сбора и подготовки нефти. В устьевой арматуре усилие, действующее на кольцо, не должно приводить к его остаточной деформациям. Общее усилие, действующее на фланцевое соединение при эксплуатации арматуры определяется:
-
(1)
где Рдав - усилие от действия давления, разжимающего фланцы, кН;
(2)
где Дср - средний диаметр уплотнительного кольца, мм;
Р- рабочее давление среды, МПа;
- остаточное усилие предварительной затяжки, которое должно быть достаточным для уплотнения соединения, кН;
(3)
где - эффективная ширина прокладки, мм;
т - прокладочный коэффициент, зависящий от упругих свойств материала прокладки;
- усилие, учитывающее влияние температуры, кН;
(4)
где Δt - разность температур фланца и шпилек, °С;
-для растягиваемой части шпильки, мм;
а - коэффициент теплового расширения материала фланца, 1/°С
Ешп, Епр - модули упругости материалов соответственно шпилек и прокладки, МПа;
- площади горизонтального сечения соответственно суммарная шпилек и прокладки, мм2;
hpaб - высота прокладки между поверхностями ее опоры о соседние фланцы, мм;
, (5)
где обозначения hm и R0 см. на рисунке 1.
Рисунок 1. - Схема фланцевого соединения устьевой арматуры
Рман - усилие от массы отводящих манифольдов, кН; (6)
где Мизг - изгибающий момент, равный произведению тяжести отвода до оси устьевой арматуры, кН-мм, (см. рис. 2);
Дб - диаметр окружности, проведенной через оси болтов, мм;
Рисунок 2 - Схема нагрузки на устьевую арматуру
Усилие, действующее на наиболее нагруженную шпильку фланцевого соединения при эксплуатации арматуры
(7)
а растягивающее напряжение
(8)
где Z - количество шпилек фланцевого соединения;
[σР] - допускаемое напряжение материала шпилек, МПа.
Фланцевое соединение арматуры рассчитывают по наиболее опасному сечению АС(см. рис. 1). При расчете фланца его можно представить в виде консольной балки с заделкой в сечении АС. Изгибающий момент, действующий в этом сечении будет определяться:
(10)
а полярный момент сопротивления прямоугольного сечения, в виде которого можно представить сечение АС:
(11)
где а - основание прямоугольника, мм;
b - его высота, мм.
Изгибающие напряжения в опасном сечении:
(12)
Задача 1 Рассчитать на прочность фланцевое соединение по известным выражениям. Исходные данные по вариантам представлены в таблице 1 (общие исходные данные Дб, Дпр, Дср, hn,Ro, ,b)
Таблица 1. - Расчет фланцевого соединения
№ вар |
Р, МПа |
bэф, мм |
m |
Δt, °С |
мм |
Z |
, мм |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
1 |
10 |
2 |
4,8 |
1 |
60 |
6 |
16 |
2 |
11 |
2,1 |
4,81 |
1,1 |
60,1 |
7 |
18 |
3 |
12 |
2,2 |
4,82 |
1,2 |
60,2 |
8 |
20 |
4 |
13 |
2,3 |
4.83 |
1,3 |
60,3 |
9 |
22 |
5 |
14 |
2,4 |
4,84 |
1,4 |
60,4 |
10 |
20 |
6 |
15 |
2,5 |
4,85 |
1,5 |
60,5 |
11 |
18 |
7 |
16 |
2,6 |
4,86 |
1,6 |
60,6 |
12 |
16 |
8 |
17 |
2,7 |
4,87 |
1,7 |
60,7 |
13 |
18 |
9 |
18 |
2,8 |
4,88 |
1,8 |
60,8 |
14 |
20 |
10 |
19 |
2,9 |
4,89 |
1,9 |
60,9 |
13 |
22 |
11 |
20 |
3,0 |
4,9 |
2,0 |
61 |
12 |
20 |
12 |
21 |
3,1 |
5,0 |
2,1 |
62 |
11 |
18 |
13 |
22 |
3,2 |
5,1 |
2,2 |
63 |
10 |
16 |
14 |
23 |
3,3 |
5,2 |
2,3 |
64 |
9 |
18
|
15 |
24 |
3,4 |
5,3 |
2,4 |
65 |
8 |
20 |
16 |
25 |
3,5 |
5,4 |
2,5 |
66 |
7 |
22 |
17 |
24 |
3,6 |
5,5 |
2,6 |
67 |
6 |
20 |
18 |
23 |
3,5 |
5,6 |
2,7 |
68 |
7 |
18 |
19 |
22 |
3,4 |
5,7 |
2,8 |
69 |
8 |
16 |
20 |
21 |
3,3 |
5,8 |
2,9 |
70 |
9 |
18 |
21 |
20 |
3,2 |
5.9 |
3,0 |
69 |
10 |
20 |
22 |
19 |
3,1 |
6,0 |
3,1 |
68 |
11 |
18 |
23 |
18 |
3,0 |
6,1 |
3.2 |
67 |
12 |
16 |
24 |
17 |
2,9 |
6,2 |
3,3 |
66 |
10 |
18 |
5 |
16 |
2,8 |
6,3 |
3,4 |
65 |
8 |
20 |