Главная Переработка нефти и газа бание той же частоты и амплитуды, что и первое, то при совпадении фаз этих колебаний амплитуда результирующего колебания увеличится вдвое по сравнению с первоначальной, и это явление называется резонансом. Если сдвиг по фазе между первым и вторым колебаниями одинаковой частоты и амплитуды составляет 180°, то колебания взаимно гасятся. Соверщенно очевидно, что асинхронные колебания являются желательными с целью снижения нагрузки на щтанги. Рассматривая условия работы колонны штанг, можно выделить два вида колебаний: 1. Естественные (собственные, свободные). 2. Вынужденные (возбуждаемые работой наземного оборудования). Частота собственных колебаний стальной колонны штанг Д может быть рассчитана по следующей формуле: Д =72230/L, (9.140) где L - длина колонны штанг, м; Д - частота собственных колебаний, 1/мин; 72230 - размерный числовой коэффициент, зависящий от скорости звука в материале колонны штанг, м/мин. Период собственных колебаний : с=,[с], (9.141) где а - скорость звука в материале штанг, м/с; а период вынужденных колебаний : [с], (9.142) где п - частота откачки (число двойных качаний балансира), 1/мин. В зависимости от интервалов времени, через которые на систему, имеющую собственные колебания, накладьшаются вынужденные колебания, различают колебание первого, второго и т.д. порядков. Колебание первого порядка - это такие колебания, при которых на систему, под действием собственных колебаний, накладываются вынужденные колебания через интервалы, равные частоте собственных колебаний. Колебания второго порядка - это такие колебания, при которых на систему с собственными колебаниями накладываются вынужденные колебания через интервалы, равные половине частоты собственных колебаний. Для колебаний третьего порядка эти интервалы равны одной трети частоты собственных колебаний и т.д. На рис. 9.8 представлены взаимосвязи частоты откачки «и» и длины колонны штанг «L» при синхронных (пунктирные линии) и асинхронных (сплошные линии) колебаниях первого, второго, третьего, четвертого и т.д. порядков (обозначены соответствующими цифрами на кривых). Совершенно очевидно, что наиболее желательными являются асинхронные колебания более высокого порядка, при которых снижается число двойных ходов «и» для заданной длины колонны штанг и снижаются динамические нагрузки на штанги. 800 1200 1600 Длина колонны L, м Рис. 9.8. Зависимость частоты откачки от длины штангоаой колонны для колебаний различных порядков: 1,2,3,4,5,6,7 - соответственно для колебаний первого, второго, третьего и т.д. порядков; - синхронные колебания; - асинхрон- ные колебания Колебательные процессы в штангах связаны не только с работой поверхностного оборудования, но и с работой клапанов глубинного насоса. Влияние колебаний, связанных с работой клапанов глубинного насоса, в значительной степени зависит от откачиваемой продукции скважины. При откачке насосом газожидкостной смеси передача нагрузки от штанг к трубам происходит достаточно медленно вследствие сжатия газожидкостной смеси в начале хода плунжера вниз и не приводит к возникновению колебаний. В этом случае колебания возникают только в момент начала хода плунжера вверх (в момент приложения нагрузки от веса продукции скважины). Вибрационные нагрузки распределяются по колонне штанг приблизительно равномерно. Не следует упускать из вида, что колонна штанг работает в сложной взаимосвязанной системе, состоящей из упругих столбов продукции скважины и колонны НКТ. Взаимодействие этих упругих элементов системы достаточно сложно, что отражается на виде уравнений соответствующих элементов. Вибрационные нагрузки определенным образом влияют на вид динамограмм, фиксируемых у полированного штока (в ТПШ). На практике часто поломки штанг происходят, казалось бы, без видимых причин; при этом замена штанг на новые не приводит к желаемым результатам - штанги ломаются вновь. Изменение частоты откачки в этом случае может привести к прекращению поломок. В ряде случаев изменение частоты откачки не приводит к прекращению поломок; по-видимому, в этих случаях превалирующее значение имеют другие факторы, действующие наряду с колебаниями. 9.3.13. ФОРМУЛЫ для РАСЧЕТА ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ НАГРУЗОК К экстремальным будем относить нагрузки, действующие в ТПШ при ходе полированного штока вверх-максимальная нагрузка G и при ходе полированного штока вниз-минимальная нагрузка G: Смаке = GI + G„ +G + G„,, + G3„5., (9.143) G„„„ = G - G - G„„ „ - G„„g „. (9.144) Следует отметить, что все известные формулы для расчета экстремальных нагрузок являются приближенными, т.к. получены при определенных допущениях и упрощении реальной физики сложных процессов, происходящих при откачке СШНУ продукции скважины. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 [ 206 ] 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 |
||