Практическое занятие №3. Исходные данные № вар. D НКТ , мм δ, мм 7,0 6,5 8,0 6,5

Исходные данные

№ вар.	D НКТ, мм	δ, мм
		7,0
		6,5
		8,0
		6,5
		7,0
		6,5
		8,0
		6,5
		7,0
		6,5
		8,0
		6,5
		7,0
		6,5
		8,0
		6,5
		7,0
		6,5
		8,0
		6,5
		7,0
		6,5
		8,0
		6,5
		7,0
		6,5
		8,0
		6,5
		6,5
		8,0

«Определение длины хода плунжера штангового насоса»

Цель: определение основных параметров ШГН

1. Теоретическая часть

При работе УШГН принято условно выделять два режима — статический и динамический.

Статический режим работы УШНГ подразумевает работу колонны насосных штанг, без вибраций и колебаний. При данном режиме работы вибрационные нагрузки отсутствуют или пренебрежительно малы.

Динамический режим работы УШНГ характеризуется наличием заметных знакопеременных перемещений колонны насосных штанг и труб. В этом случае вибрационными нагрузками пренебрегать уже нельзя.

Границу перехода от одного режима к другому определяют с помощью критерия Коши:

(1)

где: — угловая скорость кривошипа, 1/с;

= 4600…5300 м/с — скорость распространения звука в колонне насосных штанг;

— время, за которое упругие возмущения в колонне штанг достигают плунжера насоса, с.

Таким образом, параметр Коши характеризует величину угла, на который успевает повернуться кривошип станка-качалки от начала упругого возмущения в колонне штанг, вызванного изменением направления движения головки балансира станка-качалки.

В случае, когда значение критерия Коши меньше или равно 0.4, режим работы УШНГ считают статическим, если больше — динамическим.

Длина хода плунжера с учетом действия статических сил определяется по формуле:

, (2)

где: S_А - длина хода точки подвеса штанг (полированного штока);

λ - сумма статических деформаций;

λ_ш - деформация штанг под действием перепада давления над и под плунжером при ходе вверх,

(3)

где: ΔР_ж - вес столба жидкости над плунжером,

, (4)

где: F - площадь проходного сечения цилиндра;

Р_ст - давление столба жидкости над плунжером;

Р_б - буферное давление в выкидной линии;

Р_г - потери давления, обусловленного сопротивлением потоку жидкости в трубах;

Р_с - давление под плунжером, определяемое глубиной погружения насоса под динамический уровень и сопротивлением потоку жидкости в клапанах насоса и в фильтре

Е_ш - модуль упругости материала штанг;

L - глубина подвески насоса;

f_ш - площадь поперечного сечения штанг.

Деформация труб при ходе штанг вниз

. (5)

где: ΔР_ж - вес столба жидкости над плунжером;

Е_т - модуль упругости материала труб;

f_т - площадь поперечного сечения труб (по металлу).

При ходе штанг вниз на них действует осевая сила, направленная вверх Р_с. Эта сила вызвана сопротивлением потоку Жидкости в нагнетательном клапане и трением плунжера о цилиндр. Сила Р_с вызывает сжатие и продольный изгиб нижней части колонны штанг.

Если эти силы не уравновешиваются утяжеленным низом штанг, то соответствующая деформация, уменьшающая длину хода плунжера, будет:

; (6)

(7)

где: L_сж - длина сжатой части колонны;

R_с - радиус спирали, по которой изогнута сжатая часть колонны,

; (8)

где: D_т - внутренний диаметр труб;

d_ш - диаметр штанг;

I - момент инерции поперечного сечения штанг;

q_ш - вес 1 м длины штанг в жидкости.

Если осевая сила Р_с < 10 кН, то можно использовать более простую формулу А. Лубинского для определения λиз:

. (9)

При двухступенчатой колонне штанг с учетом сопротивлеления движению штанг в вязкой жидкости А. С. Вирновским получена зависимость:

(10)

где: b - константа трения, обычно равна 0,2 - 1,0 c^-1;

μ1 - критерий Коши;

f_ш - площадь сечения штанг;

- гиперболический синус.

Без учета сопротивления движению штанг в вязкой жидкости

(11)

Если колонна штанг одноступенчатая, в вязкой жидкости

(12)

без учета вязкости (β = 0)

(13)

Индексы 1 и 2 соответствуют верхней и нижней ступеням колонны.

2. Практическая часть

Определить длину хода плунжера по статической и динамической теории.

Исходные данные: диаметр плунжера D_пл, мм; диаметр насосных штанг d, мм; диаметр НКТ d_т, мм; глубина спуска насоса L, м; длина хода сальникого штока S, м; динамический уровень h_д, м; число качаний в минуту n; плотность жидкости ρ_ж, кг/м³; сила сопротивления движению плунжера Р_с, кН; буферное давление в выкидной линии P_б, МПа; кинематическая вязкость нефти ν, см²/с при 80°С.

Решение

1. Определим параметр Коши по формуле

(1)

где: а - скорость звука в штангах = 5100 м/с;

ω - угловая скорость в 1/с, ω = π·n / 30;

Режим откачки находится в области статических (динамических) режимов.

2. Давление столба жидкости над плунжером

, Н/м² (МПа) (2)

3. Потери давления за счет сопротивления потоку жидкости в трубах определим по соотношению

, Н/м² (МПа) (3)

где: V_ср - средняя скорость в подъемных трубах

, м/с (4)

Число Рейнольдса

(5)

Коэффициент гидравлического сопротивления

(6)

4. Давление под плунжером (сопротивлением клапанов пренебрегаем)

, МПа (7)

Тогда вес столба жидкости над плунжером

(8)

где: F - площадь проходного сечения цилиндра;

Р_ст - давление столба жидкости над плунжером;

Р_б - буферное давление в выкидной линии;

Р_г - потери давления, обусловленного сопротивлением потоку жидкости в трубах;

Р_с - давление под плунжером, определяемое глубиной погружения насоса под динамический уровень и сопротивлением потоку жидкости в клапанах насоса и в фильтре

5.Удлинение штанг

(9)

где: Е_ш - модуль упругости материала штанг = 2,1×10¹¹;

L - глубина подвески насоса;

f_ш - площадь поперечного сечения штанг.

где площадь поперечного сечения штанг

, м²

6. Удлинение труб при ходе штанг вниз

(10)

где: ΔР_ж - вес столба жидкости над плунжером;

Е_т =2,1×10¹¹ - модуль упругости материала труб;

f_т - площадь поперечного сечения труб (по металлу).

, м²

7. Деформация штанг за счет силы сопротивления при ходе штанг вниз

, м (11)

8. Потери хода за счет изгиба штанг определим по формуле, так как Р_с < 10 кН. Предварительно определим:

, м (12)

где: D_т - внутренний диаметр труб;

d_ш - диаметр штанг;

, м (13)

Осевой момент инерции для штанг

, м⁴ (14)

, м (15)

9. Длина хода плунжера при действии статических сил P_пл

, м (16)

Для режима откачки, находящегося в области динамических режимов.

Так как колонна штанг одноступенчатая, а жидкость вязкая, то определим параметр β1, выбирая b = 0,6:

(17)

(18)

Параметр μ в градусах

;

Длина хода плунжера определяется по формуле

, м (20)

Дата добавления: 2014-12-16