• Главная
• Избранное
• Популярное
• Новые добавления
• Случайная статья

Участок набора зенитного угла

Для определения осевой нагрузки рассмотрим участок набора угла скважины с зенитными углами α_ни α_кна концах его и с радиусом кривизны R отрезок колонны штанг. Отрезок колонны штанг, представляет собой гибкую нить, на которую действуют распределенные силы от веса колонны q, силы трения F_тр и реакции опоры N (рисунок 4).

Условие равновесия такой гибкой нити представляет собой известное дифференциальное уравнение [12]:

(32)

где Т – растягивающая сила;

F_тр = f∙N – сила трения;

N – реакция стенки НКТ;

– знак (-) на участке скважины с увеличением зенитного угла, знак (+) на участке скважины с уменьшением зенитного угла.

Рисунок 5. Действие сил на участке набора кривизны

(33)

Подставляя N из нижнего уравнения системы 33 в верхнее уравнение системы 33, получаем:

(34)

Заменяя dS на

(35)

В результате решения данного дифференциального уравнения получаем две зависимости для определения растягивающей силы на участке с локальным искривлением.

На участке с увеличением зенитного угла:

(36)

На участке с уменьшением зенитного угла:

(37)

При T(α_к) = T_н, α = α_к, определив «с» получаем две зависимости для определения растягивающей силы.

На участке с увеличением зенитного угла:

(38)

На участке с уменьшением зенитного угла:

(39)

Общая осевая нагрузка для колонны штанг равна:

(40)

Общая осевая нагрузка для колонны с участком увеличения зенитного угла равна:

(41)

Общая осевая нагрузка для колонны с участком уменьшения зенитного угла равна:

(42)

Значение коэффициентов трения штанг о трубы и других пар трения представлены в работе [4]. Коэффициент трения зависит от числа So и для пары трения штанг о трубы выглядит как:

(43)

При эксплуатации скважин с высоковязкой нефтью, следует учесть также силу гидродинамического сопротивления для участка колонны штанг, погруженных под статический уровень жидкости в скважине, при спускоподъемных операциях. Множество формул для определения гидродинамических сил сопротивления приведены в работе [13]. Наиболее простая формула, которую допустимо использовать для расчетов, выглядит как:

(44)

где L_ж – длина колонны штанг, погруженных под статический уровень жидкости в скважине в начальный момент подъема;

v_спо – скорость подъема колонны штанг;

m – отношение радиуса штанг, к радиусу насосно-компрессорных труб.

Наибольшие напряжения могут возникать либо на устье скважины от осевого растяжения или на криволинейном участке от совместного действия растяжения и изгиба, поэтому в первом случае, расчет на прочность следует проводить по формуле:

(45)

где Q – осевая растягивающая сила, Н;

S_ш – площадь сечения штанговой колонны, м².

Во втором случае, при совместном действии растяжения и изгиба, эквивалентные напряжения определяются из суммы изгибающих и растягивающих напряжений:

(46)

После получения числовых значений напряжений, производится их сопоставление и выбор максимального, по которому будет осуществляться проектирование колонны штанг.

При невыполнении условий прочности, необходимо выполнить следующие рекомендации для усиления характеристик штанговой колонны:

- подбор материала штанг с повышенными прочностными характеристиками;

- увеличение диаметра штанг;

- уменьшение длинны штанговой колонны;

- установка менее производительного насоса.

Поиск по сайту: