Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

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

Полученные уравнения (9.172), (9.173) и (9.174) являются общими рещениями задачи о потере колонной щтанг статической устойчивости под действием сжимающей силы, приложенной к колонне щтанг со стороны плунжера в пределах тех допущений, которые обычно принимаются при рещении такого класса задач.

Из рещения (9.173) при {P?GJ1E])«X получаем зависимость

A. Любинского для колонны насосно-компрессорных труб:

и=--, (9.175)

Чип. ж

где /„ - проекция длины спирально изогнутой части колонно-компрессорных труб под действием осевой сжимающей силы на ось Z (расстояние от плунжера насоса до нейтрального сечения колонны, в котором нет ни сжимающих, ни растягивающих усилий).

Принимая в (9.174) находящееся под корнем слагаемое {RGJ1EJ)<\., получаем известную зависимость А. Любинского,

B. Альтхауза и Ж. Логэна:

Зависимость (9.176) с точностью до постоянного числового множителя совпадает с аналогичной зависимостью П.В. Балицкого для бурильной колонны.

Используя зависимость (9.175), перепищем выражения (9.174) и (9.176) в виде:

(9.177)

А/,».. (9.178)

Таким образом, зависимости (9.172), (9.173), (9.174), (9.177) и (9.178) могут быть использованы для расчета длины сжатого и спирального изогнутого участка колонны щтанг (труб).

Избежать изгиба насосно-компрессорных труб можно использованием растягивающего якоря, устанавливаемого на нижнем конце колонны НКТ.

9.3.15. ОСНОВЫ РАСЧЕТА ШТАНГОВОЙ КОЛОННЫ

Опыт эксплуатации СШНУ показывает, что в значительном количестве случаев разрушение штанговьгх колонн обусловлено усталостью металла, вызванной продолжительным действием циклических, переменньгх по величине (а иногда и по знаку!) нагрузок. Усталостному разрушению штанг способствует и сама продукция скважины, содержащая коррозионно-активные компоненты. Усилия и напряжения в произвольном сечении штанговой колонны являются циклически изменяющимися. Характеристиками циклического изменения напряжения в произвольном сечении являются:

- максимальное напряжение цикла а

"махе г Juir

- минимальное напряжение цикла а, "мин г ;

- амплитудное напряжение цикла ст 1

(9.179) (9.180)

= Какс-о„„„); (9.181)

- среднее напряжение цикла а

аер=Кахе+а«и„). (9.182)

При работе штанговых колонн цикл изменения напряжения в произвольном поперечном сечении является, как правило, несимметричным, т.е. аО.В этом случае надежность колонны штанг определяется не только величиной максимального напряжения, но и амплитудой его изменения. Необходимость учитывать две величины при сравнении напряженности штанговьгх колонн при различных режимах откачки и в разньгх скважинах вызывает существенные затруднения. Поэтому в качестве единой характеристики цикла изменения напряжения используется величина, называемая приведенным напряжением ар, которая определенным образом рассчитывается по

* И.Т.Мищенко, Г.И.Богомольный. Выбор оптимальных тапоразмера и режима работы штанговой глубиннонасосной установки. - М.: МИНХ и ГП им. И.М. Губкина, 1981.

значениям фактических напряжений цикла. Для расчета ст предложены различные формулы, некоторыми из которых являются:

- формула И.А. Одинга

Опр=л&; (9.183)

- формула М.П. Марковца

а„р=а,-Ю,2а,р, (9.184)

- формула Б.Б. Крумана, полученная на основе модифицированной диаграммы Гудмена

ст =ст -0,56ст . (9.185)

пр макс "мин у.л.-J

Многочисленные расчеты показали, что для широкого диапазона режимов откачки конструкции равнопрочных многоступенчатых колонн (значения ст ), рассчитанные по формуле (9.183) и по каждой из формул (9.184) и (9.185), различаются не более, чем на 5 -10%. При расчете конструкций штанговых колонн необходимо знать предельно допустимые значения приведенного напряжения для различных марок стали [ст], которые указываются в специальной литературе.

Расчет штанговой колонны состоит в определении необходимого числа ступеней, диаметра и длины штанг каждой ступени, а также марки стали. Выбранная конструкция должна обеспечить безаварийную работу насосной установки с запланированной подачей и при минимальных затратах.

При расчете штанговых колонн необходимо руководствоваться следующими требованиями:

1. Колонна должна иметь достаточную усталостную прочность.

2. Иметь минимальный вес.

3. Обладать небольшой деформацией (минимальные потери хода плунжера от упругих деформаций).

4. Обладать минимально возможной стоимостью (при выборе марки стали для штанг следует учитывать, что штанги из легированной стали и термообработанные дороже, чем из углеродистой стали).

Известно несколько методов расчета штанговой колонны, простейший из которых базируется на вычислении фактического напряжения в штангах Стф (как правило, в точке подвеса штанг) и сравнении его с максимально допустимым для данных штанг [о] (диаметр и марка стали). Этот метод можно применять для небольших глубин спуска насоса при использовании одноступенчатой колонны штанг. Практическое применение этого метода ограничено.