контрольная эксплуатация зо
.pdfштанг. |
|
|
НИ |
||
∙ приведенное напряжение σ пр = |
σ max ·σ a |
. |
(4) |
|
|
Расчетное приведенное напряжение сравнивают с предельно допустимым |
|||||
|
|
|
|
АГ |
|
и по результатам сравнения уточняют конструкцию и выбирают материал |
|||||
Наиболее существенное влияние на |
силовые и энергетические |
||||
|
|
|
ека |
|
|
показатели, а также надежность работы установки оказывают в искривленных и наклонно-направленных скважинах — силы механического трения колонны штанг о стенки НКТ, в скважинах с высоковязкими нефтями — силы
гидродинамического трения штанг и силы гидравлич ского сопротивления от |
||
перепада давления в нагнетательном клапане насоса. |
т |
|
При эксплуатации штанговыми насосами |
о |
выс кодебитных скважин |
и |
|
|
особенно важно обеспечить движение штанг вниз без зависания. Для такой категории скважин рекомендуется применен е тяжелого низа. Колонна штанг в
|
|
б |
|
|
этом случае получается трехступенчатой. Вес утяжеленных штанг в нижней |
||||
|
и |
|
|
|
части колонны принимается равнымл |
сумме сил |
сопротивлений, |
||
сосредоточенных у плунжера, что для условий ОАО «Татнефть» составляет |
||||
б |
|
|
|
предотвращающая |
порядка 2000 — 3000 Н. Длина утяжеленных штанг, |
продольный изгиб нижней части штанговой колонны, находится по формуле: |
||||||||||
|
L |
|
= |
Pт.шт |
, |
|
ая |
|
( 5 ) |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
т.шт |
|
qт.шт |
|
нн |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
где Pт.шт — общий вес утяжеленных штанг в жидкости, Н; |
|||||||||
|
|
|
qт.шт — вес в жидкости 1 м утяжеленных штанг (в качестве |
|||||||
|
|
|
|
|
о |
|
которых допускается применение штанг диаметром |
|||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
25 мм). |
|
|
|
|
В скважинах, осложненных АСПО, рекомендуется применение штанг с |
|||||||||
|
к |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пластинча ымир |
скребками (в вертикальных |
скважинах и |
вертикальных |
|||||||
е |
|
тнаклонно-направленных скважин), а |
в интервалах |
искривления — |
||||||
участ ах |
штанг со скребками-центраторами. В искривленных скважинах без АСПО Эл
рекомендуется применение штанг с центраторами. В случае применения колонн
21
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
НИ |
штанг с упомянутыми устройствами следует учитывать их добавочный вес и |
|||||||||||||||||||
поршневой эффект, которые влияют на продолжительность безотказной работы |
|||||||||||||||||||
штанг. В подвеске обязательно применение штанговращателя. |
|
АГ |
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В обводненных скважинах по мере образования в стволе скважины |
|||||||||||||||||
эмульсии и роста ее вязкости происходит значительное увеличение амплитуды |
|||||||||||||||||||
нагрузок на |
штанги |
|
и снижение коэффициента асимметрии |
цикла. Опыт |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ека |
|
|
|
эксплуатации таких скважин показал, что конструирование колонны штанг |
|||||||||||||||||||
только по критерию приведенного напряжения связано с существенной |
|||||||||||||||||||
погрешностью, |
которая приводит к обрывам колонны. Аналогичное явление |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
т |
|
|
|
|
имеет место при увеличении диаметра насоса, когда наблюдается повышение |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
аварийности штанг при неизменных приведенных напряжениях в металле. |
|
||||||||||||||||||
|
|
Большие |
силы |
|
|
гидродинамического |
трения |
|
колонны |
о |
жидкость |
||||||||
уменьшают |
коэффициент асимметрии |
|
л |
|
увеличивают |
амплитуду |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б |
|
|
|
|
|
|
|
напряжения в теле штанг. Уменьшение коэффициентаи |
асимметрии цикла при |
||||||||||||||||||
сохранении значений приведенных напряжений постоянными приводит к росту |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и |
|
является причиной роста количества |
||||||
фактических напряжений в металле, что |
|
||||||||||||||||||
обрывов. |
|
|
|
|
|
|
|
б |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
При конструировании штанговой колонны, для обеспечения ее прочности |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ая |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в условиях образования стойких эмульсий необходимо выполнение критерия |
|||||||||||||||||||
постоянства амплитуды напр жения. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
нн |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Для существующих ди п зонов изменения среднего напряжения цикла в |
|||||||||||||||||
штангах значение предель ой |
амплитуды σа.пред примерно в 2 раза меньше |
||||||||||||||||||
приведенного |
апряжения, |
рассчитанного |
по |
И.А. Одингу. Поэтому |
|||||||||||||||
обязательным условием прочности штанг должно быть: |
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
р |
о |
[σ пр |
]доп |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
σ a ≤ [σ a ]доп = |
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
( 6 ) |
|
|||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
к |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
е |
где т[σпр]доп — допустимое приведенное напряжение. При выборе ее |
|
||||||||||||||||
Эл |
|
|
|
величины можно пользоваться таблицей ГОСТ 13877-80 и |
|||||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
ГОСТ 13877-96 с корректировкой на новые марки сталей |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
штанг.
22
|
|
|
|
|
|
|
3. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ |
|
|
|
|
НИ |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
По |
|
|
фактическим |
данным |
выполнить |
проверочный |
расчёт |
|||||||||||
конструкции колонны штанг. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
АГ |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
При работе ШСНУ колонны штанг и труб периодически подвергаются |
||||||||||||||||||
упругим деформациям от веса жидкости, действующей на плунжер. Кроме |
||||||||||||||||||||
того, на |
|
колонну штанг |
действуют |
динамические нагрузки |
и силы |
трения, |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ека |
|
|
|
|
вследствие чего длина хода плунжера может существенно отлич ться от длины |
||||||||||||||||||||
хода полированного штока. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
Режим работы ШСНУ принято делить на статич ский и динамический по |
||||||||||||||||||
критерию динамического подобия (критерий Коши) |
т |
|
|
|
|
|
||||||||||||||
μд = ω× Lн |
/ а , |
|
|
|
|
|
|
|
и |
о |
|
|
(7) |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
л |
|
|
|
|
|
|
|
|
где а – скорость звука в штанговой колонне, м/с; |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а = 4600 м/с – для одноразмерной колонны штанг; |
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а = 4900 м/с – для двух ступенчатой колонны штанг; |
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а = 5300 м/с – для трехступенчатой колонны штанг. |
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
w=2πN – частота вращения вала кривошипа, с-1; |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ая |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N – число двойных ходов, с-1; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
Lн - длина колонны штанг, м. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
нн |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Определим частоту вращения вала кривошипа w и параметр динамического |
||||||||||||||||||||
подобия μд: |
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(8) |
|
|
|
w=2πN=2·3,14·0,0824=0,517 с-1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
μд=wLн/а |
т |
р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
к |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
μд=0,517·750/4900=0,08 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Эл |
е |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где а=4900м/с – скорость звука в двухступенчатой штанговой колонне. |
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
23 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
При μд ≤ 0,3–0,4 режим работы установки считается статическим, при больших μд – динамическим. Для статических режимов силы инерции не
оказывают практического влияния на длину хода плунжера. |
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
В течение цикла работы скважинного насоса на колонну насосных штангНИ |
|||||||||||||||
действуют нагрузки как постоянные по величине и направлению на |
||||||||||||||||||
протяжении всего цикла или значительной части его, так и переменные. |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
АГ |
|
|
|
К постоянным или статическим нагрузкам принято относить собственный |
|||||||||||||||
вес колонны штанг в жидкости |
′ |
|
и в воздухе, Pшт и |
гидростатическую |
||||||||||||||
Pшт |
|
|||||||||||||||||
нагрузку, обусловленную разницей давлений жидкости над и под плунжером |
||||||||||||||||||
при ходе его вверх Рж. |
|
|
|
|
|
|
|
ека |
|
|||||||||
|
|
|
К переменным нагрузкам относятся следующие:т |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
инерционная, |
|
вызванная |
переменной по величине |
и направлению |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
скоростью движения системы штанга—п унжер Рин; |
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
вибрационная, |
обусловленная |
|
|
|
и |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
ко ебате ьными процессами в колонне |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
л |
|
|
|
|
|
штанг вследствие приложения и снятия гидростатической нагрузки на плунжер |
||||||||||||||||||
Рвиб; |
|
|
|
|
|
|
|
|
и |
б |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
При статическом режиме работы насосной установки, т. е. при μд ≤ |
||||||||||||||||||
(0,30— 0,40), расчёт проводится поб следующим зависимостям |
|
|||||||||||||||||
формула И. М. Муравьева |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Рmах = Ршт (А + m) + РЖ, |
|
|
|
|
|
|
( 9 ) |
|
|
|
||||||||
где п=N × 60 — число ходов плунжера, мин -1; |
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ая |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А-коэффициент плавучести штанг; |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
А=(ρшт- ρж)\ ρшт |
|
нн |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
ρшт-плотность материала штанг; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ρж-пло нос ь жидкости в НКТ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m-динамический фактор; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m=Sn2/1440 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
к |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
формула Д. С. Слоннеджера |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
е |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( 10 ), где |
|
|||
Рmах |
= (Ршт+ РЖ)(1+ Sn/137). |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
Эл |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
24 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
При значительном увеличении глубины спуска насоса и скорости откачки , т.е. при μ>0,3, применяют динамическую теорию расчёта
штанг, учитывающую силы инерции, трения и вибрации. |
АГ |
|
В данном случае для расчёта максимальной нагрузки используются следующие наиболее простые зависимости:
Формула А.Н. Адонина: |
|
|
|
|
|
о |
т |
ека |
||||||||||||||||
Рmax = Pшт/ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
rn2 |
|
|
|
|
||||||||||
+ Рж + (Ршт + εРж ) |
900 m0 + 250S , |
|
и |
(11) |
||||||||||||||||||||
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Р /шт=АРшт; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(12) |
|||||||||
ε-отношение площадей просвета плунжера, штангл |
и труб; |
|||||||||||||||||||||||
ε = |
|
Fпл − fшт |
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
и |
б |
|
|
|
(13) |
|||||||
|
Fт |
− fшт |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
fшт-средневзвешенная площадь поперечного сечения штанг, |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б |
|
|
|
|
|
|
fшт=0,785d2шт; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(14) |
||||||||||
Fт-площадь просвета подъёмных труб. |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
dшт-средний диаметр коло |
ая |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
ы штанг; |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
dшт = |
d1l1 + d2l2 + d3l3 |
; |
|
|
|
|
|
|
|
(15) |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
L |
|
|
|
нн |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
d1, d2, d3-диамет ы ступеней колонны штанг; или |
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f |
1 |
l |
1 |
+ f |
l |
+ f |
3 |
l |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
fшт = |
|
|
|
|
2р2 |
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
(16) |
|||||||
|
|
|
|
|
т |
L |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f1, f2, f3-площади поперечного сечения ступеней клоны штанг; |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
к |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
m0-кинематический коэффициент станка-качалки |
|
|
|
|||||||||||||||||||||
Эл |
е |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
НИ
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
НИ |
m0 = (1 + r \ lшт ) / |
|
1 − (r \ lшт)2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(17) |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
r-радиус кривошипа; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
АГ |
|
||||||||||||
lшт-длина шатуна. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
Формула В.П.Грабовича: |
|
|
|
|
|
|
|
ека |
|
|
|||||||||||||||||
Рmax=Рж+Р/шт+Ртрм+Рвиб+Ри, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
(18) |
|
|
||||||||||||||||||
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ртрм=0.003 Р/шт |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
т |
(19) |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рвиб = Ржm |
|
S \ l cosm - 1 |
|
|
|
|
|
|
|
о |
(20) |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
λ-деформация штанг и труб |
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
РжL |
|
( |
1 |
|
|
1 |
) |
|
|
|
|
|
|
л |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
l = |
2.1×10 |
5 |
fшт |
+ |
f |
т |
|
|
|
|
|
б |
|
|
|
(21) |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Силы инерции по рекомендациям многочисленных исследователей можно |
|
||||||||||||||||||||||||||
принять равными 1,5 кН. |
|
|
б |
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Упрощенные формулы для определения минимальной нагрузки: |
|
|
|||||||||||||||||||||||||
формула А.С. Вирновского |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
Рmin =Р´шт-Рдн |
|
|
|
|
нн |
ая |
|
|
|
|
|
|
|
(22) |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
формула К. Милса |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
Рmin = Ршт (1 – Sn2/1790); |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(23) |
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
формула Д. Джонс на |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
р |
– Sn2/1790). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(24) |
|
|
|||||||
Рmin = Ршт (Ка х |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
к |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
е |
При работе штанговой насосной установки возникают различные |
|
||||||||||||||||||||||||
силы |
сопротивленият |
. Наиболее |
существенное влияние на cиловые и |
|
|||||||||||||||||||||||
эн ргетические показатели и надежность установки оказывают следующие |
|
||||||||||||||||||||||||||
Эл |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
си ы: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
26 |
|
|
|
|
|
|
|
|
механического трения колонны штанг о стенки НКТ Ртр мех, |
|
НИ |
||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||
гидродинамического трения штанг Pтр г, |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
трения плунжера о стенки цилиндра Ртр пл, |
|
|
|
|
|
АГ |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
гидравлического сопротивления от перепада давления в |
|
|||||||||||||||
нагнетательном клапане насоса Ркл н. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Абсолютная величина каждой из этих сил, а также энергия, которую |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ека |
|
|
|
необходимо затратить на их преодоление, и степень относительного их |
|
|||||||||||||||
влияния на показатели эксплуатации ШСНУ сильно зависят от физических |
|
|||||||||||||||
свойств добываемой продукции, |
конструкции скважины, |
компоновки и |
|
|||||||||||||
режима работы оборудования. |
|
|
|
|
о |
т |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Ниже приведены зависимости, используемые для расчета сил |
|
|||||||||||||||
сопротивления. |
|
|
|
|
|
|
л |
|
|
|
|
|
|
|
||
Механическое трение штанг |
|
|
|
|
тем, что вследствие |
|
||||||||||
обусловлено |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
б |
|
|
|
|
|
|
|
|
отклонения ствола скважины от вертика и, ко оннаи |
штанг с определенной |
|
||||||||||||||
силой прижимается к стенкам колонны НКТ. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
В большинстве |
|
случаев |
|
и |
|
|
скважины |
может |
быть |
|
||||||
схематизирован |
плоской |
|
б |
меющей |
несколько |
интервалов с |
|
|||||||||
кривой, |
|
|||||||||||||||
различными |
(но |
постоянными в |
пределах данного интервала) |
углами |
|
|||||||||||
|
|
|
|
/ |
ая |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
наклона. В этом случае для расчета силы механического трения штанг |
|
|||||||||||||||
может быть использована зависимость, предложенная А. А. Песляком и |
|
|||||||||||||||
|
|
|
нн |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
упрощенная А. X. Шариповым |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Pтр мех = Сштαmax (Рж + Р шт ) , |
|
|
(25) |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где Сшт — коэффицие т трения штанг о трубы; |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
αmax — максимальный угол отклонения ствола скважины от вертикали, рад; |
|
|||||||||||||||
|
т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициент трения Сшт, по данным ряда авторов, колеблется в широких |
||||||||||||||||
пределах: от |
р0,1 до 0,7 и зависит от свойств жидкости, заполняющей подъемные |
|||||||||||||||
е |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
трубы, в первую очередь от ее вязкости и содержания воды. |
|
|
|
|||||||||||||
Вк. М. Троицкий рекомендует принимать при расчетах следующие |
||||||||||||||||
Эл |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
средние значения коэффициента трения Сшт: |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
27 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
для обводненной нефти с вязкостью 10-6—10-5 м2/с Сшт = 0,25,
для легкой нефти с вязкостью менее 3´10-5 м2/с
для легкой нефти с вязкостью более 3´10-5 м2/с |
Сшт =0,16. |
|
|
Для расчета силы сопротивления движению штанговой колонны в потокеНИ |
|||
вязкой жидкости, т. е. силы гидродинамического трения Ртр г предложено |
|||
большое число приближенных формул, отличающихся друг от друга |
АГ |
||
упрощающими допущениями и степенью учета различных ф кторов. |
|||
|
А. М. Пирвердян получил формулу для расчета Ртр г для гладкой, т. е. безмуфтовой, штанговой колонны и при отсутствии потока жидкости в
подъемных трубах, т. е. когда трубы заглушены на нижнем конце |
|||||
Ртр г=2p2Lн×nж×rж×SNMшт, |
|
|
о |
(26)т |
ека |
|
|
|
|||
где Mшт=1 /[(m2+1) ×ln m/(m2 – 1) – 1], m=Dт/dшт. |
(27) |
|
|||
|
|
|
|
|
|
Рассчитать Ртр г с учетом движения ж дкости в насосно-компрессорных |
|||||
трубах можно по следующей формуле: |
л |
и |
|
|
|
|
|
|
|
||
Ртр г = 2pnжrжLн ( ± pNS×A1 – UB1), |
|
|
(28) |
||
где знак + соответствует ходу штанг вверхб, а знак – ходу вниз; |
А1, В1 — числовые коэффициенты, зависящие от размеров кольцевого сечения |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и |
|
между штангами и подъемными трубами; |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
(m2 |
-1) + 4ln m /(m2 |
-1) - 2 |
|
б |
|
|
|||||||||
A = |
|
; |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
1 |
|
|
|
(m2 |
+1) ln m - (m2 |
-1) |
ая |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
A1 |
= |
|
|
(m2 |
-1) - 2ln m |
|
; |
|
|
(29) |
||||||||
|
(m2 |
+1) ln m - (m2 -1) |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
U = 8Q /[π (1- β |
в |
)(D2 |
- d |
2 )]. |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
нд |
|
|
|
|
тв |
|
шт |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
Общую |
|
силу гидродинамического трения для ступенчатой колонны |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
нн |
|
|
|
|
|
||
определяют суммир ванием величин, полученных для каждой из ступеней. |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сила т ения плунжера о стенки цилиндра согласно рекомендациям |
||||||||||||||
А. |
|
|
|
|
|
|
р |
|
|
|
|
|
|
быть приближенно оценена по эмпирическим |
||||
|
Н. Адонина может |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
формулам В. И. Сердюка. |
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
Прик |
смазке водой |
|
|
|
|
(30) |
||||||||
Pтр пл = 0,92 × Dпл / δ -137. |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
Эл |
е |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
При смазке трансформаторным маслом
28
Pтр пл = 0,82 × Dпл / δ -127. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(31) |
|
|
|
|
||||||
|
|
Однако в реальных условиях эксплуатации сила трения в насосе, |
||||||||||||||||||
работающем в скважине, может оказаться больше рассчитанной вследствие |
||||||||||||||||||||
наличия |
песка |
в откачиваемой жидкости, |
отложения парафино-смолистых |
|||||||||||||||||
веществ в зазоре плунжерной пары и др. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
НИ |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
Сила |
гидравлического |
сопротивления |
|
Ркл н |
обусловлена |
перепадом |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
АГ |
|
|
давления ркл н, возникающем при движении добываемой жидкости через |
||||||||||||||||||||
нагнетательные клапаны насоса и может быть определена по формуле |
|
|
||||||||||||||||||
|
|
Pкл н |
= Dpкл н × Fпл . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(32) |
|
|
|
|
|||
|
ркл н – потери давления в клапане; |
|
|
|
|
|
|
|
ека |
|
|
|
||||||||
Fпл – площадь сечения плунжера. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
Силы сопротивления при определении экстремальныхт |
нагрузок в точке |
|||||||||||||||||
подвеса штанг учитывают следующим образом. |
|
о |
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сосредоточенные у |
плунжера |
си ы |
Ртр |
пл и |
Ркл н |
не |
влияют на |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
динамические нагрузки и поэтому могут входить как отдельные слагаемые с |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
л |
|
|
|
|
|
|
|
|
соответствующим знаком в формулы для расчета экстремальных нагрузок |
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б |
также можно учитывать в этих |
|||||||||
|
|
Силу механического трен я Ртр мех |
||||||||||||||||||
формулах как отдельное слагаемое, хотяи |
она распределена по длине колонны |
|||||||||||||||||||
штанг и, очевидно, влияет на динамические нагрузки, несколько уменьшая их. |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
б |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Формулы для расчета экстремальных нагрузок в точке подвеса штанг с |
||||||||||||||||||
учетом сил сопротивления при откачивании маловязкой жидкости имеют |
||||||||||||||||||||
следующий вид: |
|
|
ая |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
′ |
+ Рж + Рдин в + Ртр мех + Ртр пл, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Рmax = Pшт |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
′ |
- Рдин в |
- Ртр мех - Ртр пл – Ркл н. |
|
|
|
|
|
|
(33) |
|
|
|
|
|||||
Рmax = Pшт |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
При |
подъеменниз |
скважин |
высоковязких |
жидкостей |
действие |
|||||||||||||
гидродинамическогоо |
трения штанг приводит к изменению отдельных |
|||||||||||||||||||
составляющих нагрузок на них и соответствующему изменению экстремальных |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
нагрузок в точке подвеса штанг Р |
и Р . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
т |
|
|
|
|
max |
|
min |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Так, |
при |
откачке |
высоковязких |
жидкостей |
наблюдается |
быстрое |
||||||||||||
|
|
к |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
затухание колебаний нагрузки, возникающих при смене направлений движения |
||||||||||||||||||||
|
е |
|
|
При |
ходе |
штанг |
вверх |
нагрузка |
от |
гидродинамического |
трения |
|||||||||
п унжера. |
||||||||||||||||||||
Эл |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
29 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
последних максимальна приблизительно в середине хода и может превысить динамические нагрузки, возникающие в начале хода.
|
|
Усилия от гидродинамического трения штанг в средней части хода вниз |
|||||||||||||||||||
существенно превышают динамическую нагрузку, возникающую в начале этого |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
НИ |
|
хода. В некоторых случаях сила гидродинамического трения штанг оказывается |
|||||||||||||||||||||
настолько |
|
большой, |
что |
происходит |
отставание движения |
полированного |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
АГ |
|
|
штока от движения головки балансира с последующим резким ударом, что |
|||||||||||||||||||||
приводит к обрыву канатной подвески или штанговой колонны. |
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
Максимальная и минимальная нагрузки в точке подвеса штанг при |
|||||||||||||||||||
откачке |
жидкости высокой вязкости |
могут быть |
|
приближ нно оценены |
по |
||||||||||||||||
следующим формулам: |
|
|
|
и |
о |
т |
ека |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
Рmax = |
′ |
|
+ Рж + Ртр гв + Ртр пл; |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
(34 |
) |
|
|
|
|
|||||||||||||
Pшт |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
Рmin = |
′ |
- Ртр гн – Pкл н - Ртр пл, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Pшт |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Расчет напряженийлв штангах |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Усилия и напряжения, действующ е в произвольном поперечном сечении |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
штанговой колонны, циклически изменяются. Для характеристики цикла |
|||||||||||||||||||||
изменения напряжения используютсяб |
следующие величины: |
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
максимальное напр жение цикла |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
σ max |
= Pmax i / fшт i |
; |
|
|
|
|
(35) |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
минимальное |
|
|
апряжение цикла |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
σ min |
= Pmin i |
/ fшт i |
; |
|
ая |
|
|
|
(36) |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
амплитуд ое и среднее напряжения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
σ а |
= (σ max |
− σ min ) / 2 ; σ ср = (σ max + σ min ) / 2 |
|
(37) |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
нн |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Здесь индекс |
i |
означает, |
что |
напряжения |
|
рассчитывают |
|
для |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
произвольного поперечного сечения колонны. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
При |
|
р |
|
|
|
штанговых колонн, |
цикл |
изменения |
напряжения |
в |
|||||||||
|
|
|
работе |
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
произвольном поперечном сечении, как правило, несимметричен, т. е. sа ¹ 0. В |
|||||||||||||||||||||
Эл |
е |
к |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
этом случае надежность работы колонны определяют не только максимальным напряжением, но и амплитудой его изменения.
30