2.3 Расчет резьбовых соединений труб нефтяного сортамента на прочность

Как нефтепромысловые трубы, так и другие узлы нефтепромыслового оборудования имеют метрические или трапецеидальные резьбы, причем как ко­нические, так и прямые. Расчет на прочность всех резьбовых соединений сво­дится к определению возникающих напряжений и сравнение полученных зна­чений с допускаемыми. В нагруженном состоянии резьбовые соединения испы­тывают следующие напряжения: изгибающие, среза и смятия.

Изгибающие напряжения, возникающие в резьбе определяются

(51)

где - изгибающий момент, действующий в резьбе, Н·мм;

,

W - полярный момент сопротивления сечения у основания одного гре­бешка резьбы, мм³; для прямоугольного сечения

(а - основание, b - высота),

Z - количество витков резьбы в зацеплении;

- допускаемые изгибающие напряжения; =(0,45...0,5), МПа.

Напряжения среза, возникающие у основания резьбы, определяются

(52)

где - площадь среза у основания одного гребшка резьбы (образующая цилиндра), мм²;

-допускаемое напряжение на срез, =(0,45...0,5), МПа.

Напряжения смятия, возникающие на рабочих поверхностях витков резь­бы, определяется

, (53)

где - площадь смятия одного витка резьбы, мм²;

- допускаемое напряжение на смятие, ==(0,65 … 0,7), МПа

Задача 6. Рассчитать на прочность резьбовое соединение труб НКТ исходя из исходных данных по вариантам пред­ставленным в таблице 5 (общие исходных данные Z).

3 Балансирный станок-качалка

3.1. Определение нагрузки на штоке в точке подвеса штанг.

При работе УСШН в точке подвеса штанг возникают максимальные (при ходе вверх) и минимальные (при ходе вниз) нагрузки. Общая нагрузка при ра­боте установки слагается из следующих составляющих:

-статические (усилия от массы колонны штанг, столба жидкости внутри колонны НКТ; сил трения плунжера в цилиндре насоса и штанг о трубы и жид­кость) ;

-динамические (силы инерции движения колонны штанг, столба жидко­сти; колебания колонны штанг).

При расчете максимальной нагрузки в точке подвеса штанг существует две теории: статическая и динамическая. По исследованиям А.Н. Адонина гра­ница между статическими и динамическими режимами зависит от режима от­качки жидкости, характеризующийся параметрами ц, определяемый

(54)

где - угловая скорость вращения кривошипа , рад/с;

L- длина колонны штанг, м;

а- скорость распространения звука в материале штанг, м/с.

Если 0,45 - режим считается статическим ,а при >0,45-динамический.

3.1.1 Максимальная нагрузка в ТПШ по элементарной теории

(55)

где Р_ж- усилие от массы столба жидкости внутри колонны НКТ, соответст­вующий динамическому уровню в скважине, н;

Р_ш- усилие от массы колонны насосных штанг, н;

в - коэффициент, характеризующий потерю массы колонны насосных штанг в жидкости

(56)

, - плотность соответственно материала штанг и жидкости, кг/м³;

ш - коэффициент, характеризующий фактор динамичности

(57)

S - длина хода ТПШ, м;

n - число двойных ходов ТПШ, мин^-1.

3.1.2. Максимальная нагрузка на основе динамической теории А.С.Вирновского с учетом колебаний колонны насосных штанг (для <0,785 и n<19мин^-1)

,(58)

где а - коэффициент, характеризующий отношение угла π/2 к углу поворота кривошипа, считая от начального неподвижного положения, при котором ско­рость достигает максимума (для 7СК8 а=1,15).

- диаметр плунжера насоса, мм;

- средневзвешенный диаметр штанг (для многоступенчатых штанговых колонн), мм ;

- коэффициент, характеризующий отношение площадей просвета

, (59)

, - площади поперечного сечения соответственно плунжера, штанг(средневзвешенная) и внутри колонны НКТ, мм²;

- коэффициент, характеризующийся отношением

, (60)

- площадь поперечного сечения НКТ по металлу, мм²;

- удлинение колонны насосных штанг от усилия массы столба жидко­сти внутри НКТ

, (61)

Е - модуль упругости материала штанг, МПа;

а₁ - коэффициент, зависящий от кинематики станка-качалки

, (62)

- радиус кривошипа, м.

3.1.3. Максимальная нагрузка на основе динамической теории по формуле И. А. Чарного

, (63)

где - коэффициент, характеризующий вибрацию колонн штанг.

3.1.4. Максимальная нагрузка на основе динамической теории по эмпирической формуле А.Н. Адонина

, (64)

где т - кинематический коэффициент, определяемый

, (65)

l_Ш - длина шатуна, м

Задача 7 Определить максимальную нагрузку в ТПШ по известным выражениям и выделить наибольшую. Ис­ходные данные приводятся в таблице 6.

Таблица 6. - Определение максимальной нагрузки в ТПШ

№ вар	L, м	Днл мм	d нкт (t)! мм	S, м	dш2 мм	dш1 мм	n, мин-1	, кг/м3	r, м
1	1200	28	60(5)	1,50	16	19	6,0	830	0,75
2	1220	32	73(5,5)	1,52	16	19	6,5	840	0,76
3	1240	38	73(7)	1,54	19	22	7,0	850	0,77
4	1260	44	89(6,5)	1,56	22	25	7,5	860	0,78
5	1280	38	73(7)	1,58	19	22	8,0	870	0,79
6	1300	32	73(5,5)	1,6	16	19	8,5	880	0,80
7	1325	28	60(5)	1,65	16	19	9,0	890	0,81
8	1350	32	73(5,5)	1,7	19	22	9,5	900	0,82
9	1375	38	73(7)	1,75	19	22	10,0	910	0,83
10	1400	44	89(6,5)	1,80	19	22	10,5	920	0,84
11	1425	38	73(7)	1,85	16	19	11,0	930	0,85
12	1450	32	73(5,5)	1,90	16	19	11,5 ;	940	0,86
13	1475	28	60(5)	1,95	16	19	12,0	950	0,87
14	1500	32	73(5,5)	2,00	16	19	12,5	960	0,88
15	1525	38	73(7)	2,05	19	22	13,0	950	0,89
16	1550	44	89(6,5)	2,10	22	25	13,5	940	0,90
17	1575	38	73(7)	2,15	19	22	14,0	930	0,91
18	1600	32	73(5,5)	2,20	19	22	13,5	920	0,92
19	1625	28	60(5)	2,25	16	19	13,0	910	0,93
20	1650	32	73(5,5)	2,30	19	22	12,5	900	0,94
21	1675	38	73(7)	2,35	19	22	12,0	890	0,95
22	1700	44	89(6,5)	2,40	22	25	11,5	880	0,96
23	1725	38	73(7)	2,45	19	22	11.0	870	0,97
24	1750	32	73(5,5)	2,50	19	22	10,5	860	0,98
25	1775	38	73(7)	2,55	16	19	10,0	850	0,99