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

к меньшему - в конце хода его вверх. Отсюда под влиянием сил инерции плунжер проходит большее расстояние по сравнению с ходом, который он имел бы при отсутствии динамических нагрузок: таким образом, ход плунжера удлиняется. Это явление известно под названием удлинения хода.

Удлинение хода под действием веса колонны штанг и динамических нагрузок в конце хода плунжера вниз определяется по формулам (4.1-5), (4.1-11) и (4.1-12):

AL,.

Удлинение в конце хода вверх составит

AL2 - ALjjj, ALm,„„2>

••де

-ШТ.ДИН2 - 2SuiTEg

Разница в удлинении в конце нижнего и верхнего ходов составит

Подставив 0шт/5шт = 8,5X10 Н/м, r = S/2 м, т=(пя)/30, £ = 2,06Х X 10" Н/м2 и я = 9,81 м/с2, получим

ALi-AL2=-2,3xlO-i«L%2s. (4.1-34)

Формула Коберли (Заба и Догерти, 1956), отличающаяся от приведенной только коэффициентом, была, вероятно, получена тем же способом:

Y =2,1x10-1в (Ln)\

Отсюда, считая, что изменения ускорения полированного штока приняты за гармонические колебания, а также учитывая последующие изменения динамической нагрузки, длина хода плунжера составит

=s (1 -f 2,3 X lO-ieLrt")-As.

Выражение в скобках, называемое коэффициентом Догерти, обозначим буквой К. Тогда

s,=sK-As. (4.1-35)

В большинстве случаев по формуле (4.1-35) длину хода плунжера можно определить только приближенно. Основными причинами, вызывающими отклонение от фактических данных, являются: 1) непостоянство угловой скорости кривошипа м; 2) движение верхней части шатуна

происходит по дуге окружности, а не по строго вертикальной линии; 3) возникают сложной формы вибрации, вызываемые интерференцией, небольшими ударами и торможением.

5пл легко определяется, если динамограмма близка к идеальной (которая получается так в том случае, если частота вращения вала кривошипа низкая). Ее можно определить непосредственно по рис. 4.1-4. Фактическую длину хода плунжера можно определить по динамограм-ме. Имеется несколько методов, один из которых известен как метод

Рис. 4.1-4. Общий вид динамо-граммы, близкой к идеальной

Рис. 4.1-5. Определение длины хода плунжера (по Фалку)

Фалка (Силаш, 1969). По этому методу вероятный ход плунжера выражается через длину хода полированного штока. Удлинение колонны штанг под нагрузкой можно рассчитать по формуле (4.1-7). Строим это соотношение в масштабе динамограммы (на рис. 4.1-5 линия /). Затем проводим линию параллельную линии /, через начальную точку диаграммы, соответствующей весу колонны штанг в жидкости Ршт в-Отрезок линии а, параллельной оси абсцисс и проведенной через любую точку на диаграмме, дает величину удлинения хода под нагрузкой в этой точке. Необходимо откалибровать ось ординаты в том же масштабе, что и ось абсцисс, и построить кривую зависимости хода плунжера от хода полированного штока. Если не происходит удлинение колонны штанг, диаграмма будет выражена в виде прямой линии с постоянным уклоном (линия II). Добавив к каждой точке этой линии соответствующее значение а с правильным знаком, получим диаграмму, иллюстрирующую вероятный ход плунжера. По разнице ординат между наинизшей и наивысшей точками диаграммы получают длину хода плунжера. По описанному методу рекомендуется проверить поинтервально расчетное значение длины хода плунжера.

При добыче высоковязких нефтей нефть, окружающая верхние секции колонны штанг, может охладиться и застыть. Такая нефть какое-то время удерживает колонну штанг, хотя полированный шток начинает движение вверх: нагрузка будет сильно увеличиваться до того момента, пока плунжер не начнет двигаться. Верхние муфтовые соединения штанг прорезают застывшую над ними нефть. Для этого необходимо прило-

жить силу, превышающую статическую силу сдвига нефти. Отсюда в течение короткого времени нагрузка не будет распределяться по всей длине, а сконцентрируется на определенном участке колонны штанг. В этом случае, конечно, известные методы определения длины хода плунжера результатов не дадут. С другой стороны, трение между жидкостью и стенками НКТ сами по себе не ограничивают применимость этих методов.

Влияние способа закапчивания скважин. Если нижняя труба НКТ закреплена в обсадной колонне, НКТ не будут периодически удлиняться. Длина хода плунжера в этом случае увеличится. Если колонна штанг ступенчатая, изменения размера штанг нужно принимать во внимание при определении их удлинения. Поэтому рекомендуется применять уравнение (4.1-10) в более общем виде:

As=sw, (4.1-36)

где W - коэффициент, учитывающий конструкцию низа НКТ. В общем случае

Эта величина действительна для ступенчатой подвески колонны штанг в том случае, когда НКТ не закреплены. Если колонна штанг ступенчатая, а НКТ закреплены, то - =0 и

. а+ЬС, + сС,

Если колонна штанг не ступенчатая, НКТ не закреплены, то

1 , 1

и, наконец, если колонна штанг не ступенчатая и НКТ закреплены,

Здесь a = li/L; b = l2lL; с = 1з/Ц С] = 5шт/5шт г", Сз = 5шт i/Smr з-

а.5) Изгиб насосно-компрессорных труб. Исследования последних лет показали, что переменные нагрузки вызывают в незакрепленных НКТ не только удлинения, но и изгиб при движении плунжера вверх (рис. 4.1-6,а). Это может вызвать несколько видов осложнений. Например, могут появляться значительные силы трения между изогнутыми НКТ и штангами, находящимися в напряженном состоянии под действием веса столба жидкости; штанги и трубы могут подвергнуться чрезмерному износу и сломаться или «прохудиться». Причины образования многочисленных изгибов в НКТ были даны Любин-