Практическое занятие №6

Исходные данные

№ вар.	Тип СК	Dпл, мм	ρж, кг/м^3
	СКД3-1.5-710
	СКД4-2.1-1400
	СКД6-2.5-2800
	СКД8-3-4000
	СКД10-3.5-5600
	СКД12-3-5600
	2СК2-0.6-250
	3СК3-0.75-400
	4СК3-1.2-700
	6СК4-3-2500
	5СК6-1.5-1600
	6СК6-2.1-2500
	7СК8-3.5-4000
	7СК12-2.5-4000
	8СК12-3.5-8000
	9СК20-4.2-12000
	1СК1-0.6-100
	2СК1.25-0.9-250
	3СК2-1.05-400
	4СК2-1.8-700
	5СК4-2.1-1600
	7СК12-2.5-6000
	7СК8-3.5-6000
	СК3-1.2-630
	СК5-3-2500
	СК6-2.1-2500
	СК8-3.5-4000
	СК8-3.5-5600
	СК10-3-5600
	СК12-2.5-4000

«Расчет НКТ по аварийной нагрузке при эксплуатации ШГНУ»

Цель: изучение методики расчета нагрузок на НКТ

1. Теоретическая часть

Аварийная нагрузка на НКТ возникает в случае обрыва шганг в процессе работы или спуска насоса в скважину:

, (1)

где: Р_т - вес труб без учета погружения их в жидкость;

Р_ш.ж - вес штанг с учетом погружения их в жидкость;

Р_ж - вес столба жидкости в трубах;

Р_{i ш} - сила инерция от массы оборвавшейся колонны штанг.

Вес колонны НКТ определяется по формуле

, (2)

где: L_т - длина колонны НКТ;

q_т - масса 1 п.м НКТ с учетом муфт;

g - ускорение свободного падения.

Если предусматривается большое заглубление насоса под динамический уровень, то следует учесть облегчение в жидкости:

, (3)

где: L_т2 - длина участка колонны НКТ ниже динамического уровня.

Вес штанг в жидкости

, (4)

где: L_ш - длина колонны штанг;

q_ш - масса 1 п.м колонны штанг,

ρ_шт - плотность материала штанг.

Вес столба жидкости в трубах

, (5)

где: d - внутренний диаметр НКТ.

Сила инерции от массы оборвавшейся колонны штанг определяется по ускорению падения

, (6)

где: f_ш - площадь поперечного сечения штанг;

g_п - ускорение падения штанг (g_п = 3 ÷ 6 м/с²).

Для определения ускорения падения штанг в трубах рассмотрим две ситуации:

1) обрыв штанг в процессе работы насоса, который чаще всего и происходит. Максимальная длина хода плунжера наcoca у обычных СК - 3 м, у длинноходовых СК - 6 м. Учитывая, что падение происходит в столбе жидкости, ускорение падения не превысит 3 ÷ 6 м/с²;

2) обрыв штанг в процессе спуска плунжера (насоса НГН или насоса НГВ редкий случай).

В этом случае ускорение падения может достигнуть 9,81 м/с², однако установившийся в НКТ статический уровень жидкости самортизирует усилие от падающих штанг, погасив ускорение. Кроме того, в этом случае на трубы не действует вес столба жидкости, что снижает общую нагрузку на НКТ. Таким образом, целесообразно принимать ускорение падения штанг в пределах 3 ÷ 6 м/с² в соответствии с длиной хода насоса.

Полученную аварийную нагрузку сопоставляют с расчетной (страгивающей или предельной нагрузкой):

, (7)

где: n = 1,1 ÷ 1,15.

2. Практическая часть

Рассчитать аварийную нагрузку на гладкие НКТ D_нкт с толщиной δ стенки мм длиной 1400 м при спущенном в них насосе НГН на штангах диаметром 16 мм на глубину 1200 м. Динамический уровень - 1150 м, ρ_ж кг/м³.

Решение

Определим вес труб по формуле (3):

,

где: L_т2 - длина участка колонны НКТ ниже динамического уровня.

Вес штанг в жидкости определим по формуле (4).

Штанги диаметром 16 мм; f_ш = 2,01 см²; q_ш = l,67 кг/м; D_м = 38 мм; диаметр муфты меньше внутреннего диаметра НКТ на 12 мм:

,

где: L_ш - длина колонны штанг;

q_ш - масса 1 п.м колонны штанг,

ρ_шт - плотность материала штанг.

Вес столба жидкости в трубах (формула (5))

,

где: d - внутренний диаметр НКТ.

Сила инерции от оборвавшихся штанг по формуле (6)

,

где: f_ш - площадь поперечного сечения штанг;

g_п - ускорение падения штанг (g_п = 3 ÷ 6 м/с²).

Аварийная нагрузка на НКТ (формула (1))

,

где: Р_т - вес труб без учета погружения их в жидкость;

Р_ш.ж - вес штанг с учетом погружения их в жидкость;

Р_ж - вес столба жидкости в трубах;

Р_{i ш} - сила инерция от массы оборвавшейся колонны штанг.

Страгивающую нагрузку на гладкие НКТ мм (для НКТ q = кг/м; Lp мм; h₁ мм – таблица 6.1) определим по формуле:

,

где: b - толщина тела трубы под резьбой в основной плоскости;

h₁ - высота профиля резьбы;

D_ср - средний диаметр тела трубы под резьбой;

d - внутренний диаметр трубы;

η - поправка Шумилова;

α - угол наклона несущей поверхности резьбы к оси трубы;

φ - угол трения в резьбе (φ = 7° - 9°);

L - длина резьбы с полным профилем;

σ_т - предел текучести материала трубы.

Недостающие данные возьмем из табл. 6.1.

Найдем:

, мм

, мм

, мм

, H

Коэффициент запаса по страгивающей нагрузке из формулы (7)

,

где: n = 1,1 ÷ 1,15.

Трубы выдерживают аварийную нагрузку с запасом _____.

Таблица 6. 1 Трубы гладкие с треугольной резьбой

Условный диаметр трубы	Наружный диаметр D, мм	Толщина стенки δ, мм	Наружный диаметр муфты Dм, мм	Масса 1 п.м, кг	Высота резьбы, h, мм	Длина резьбы до основной плоскости L, мм
	33,4	3,5	42,2	2,65	1,412	16,3
	42,2	3,5	52,2	3,37	»	19,3
	48,3	4,0	55,9	4,46	»	22,3
	60,3	5,0	73,0	6,96	»	29,3
	73,0	5,5; 7,0	88,9	9,5; 11,7	»	40,3
	88,0	6,5	108,0	13,65	»	47,3
	101,6	6,5	120,6	15,76	1,81	49,3
	114,3	7,0	132,1	19,1	»	52,3

Дата добавления: 2014-12-16