Определение напряжений кручения в штангах
Для определения напряжений кручения в штангах, определяем необходимый крутящий момент из нескольких составляющих.
Крутящий момент на преодоление гидравлического сопротивления при вращении колонны штанг в кольцевом пространстве с учетом вязкости жидкости:
,
Для его определения необходимо вычисление коэффициента , а также чисел Рейнольдса для осевого и окружного движений жидкости.
Момент на граничное трение штанговой колонны о стенки НКТ складываются из двух составляющих: на трение на участке набора кривизны и на наклонном участке.
На участке набора зенитного угла потери на трение будут рассчитываться как:
На наклонном участке потери на трение будут рассчитываться как:
Для определения момента на граничное трение необходимо выполнить расчет коэффициента трения для муфт, который зависит от числа Зоммерфельда (So):
f=exp (a+b∙ln( ))=exp(-1,920-0,218∙(3,25))=0,11
f=exp (a+b∙ln( ))=exp(-1,099-0,18∙(2,57))=0,27
В таблице 1 приведены значения коэффициентов к зависимости 9.
Таблица 1 – Значения коэффициентов для различных пар трения
Наименование коэффициента | Пара трения Штанга-центратор | Пара трения Муфта-труба | Пара трения Штанга-труба |
а | -1,921 | -1,920 | -1,099 |
b | -0,422 | -0,218 | -0,180 |
Суммируя два составляющих получаем момент на граничное трение штанговой колонны о стенки НКТ:
Момент затрачиваемый на вращение ротора насоса рассчитывается как сумма момента необходимого на подъем жидкости и момента затрачиваемого на преодоление сил трения ротора о статор:
Крутящий момент необходимый для подъема жидкости определяется как:
Для расчет момента необходимого для преодоление сил трения ротора о статор, необходимого вычислить коэффициент трения, зависящий от числа Зоммерфельда, и силу прижатия статора к ротору.
|
Зависимость коэффициента трения винта о резиновый статор для насоса 40-Т-025 имеет вид [6]:
,
,
Сила прижатия ротора к статору складывается из двух составляющих: гидравлическая сила и сила прижатия возникающая от натяга между ротором и статором.
Гидравлическая сила определяется зависимостью:
Сила от натяга определяется зависимостью:
Давление статора на ротор , определяется известной зависимостью напряжения от деформации эластомера статора (натяга):
Определив составляющие, получаем момент необходимый для преодоления сил трения:
Суммарный крутящий момент возникающий в насосе:
Суммарный крутящий момент при вращении штанговой колонны:
Напряжения кручения в штанговой колонне:
Определение напряжений, вызванных осевым растяжением
Колонны штанг при добыче нефти
Напряжения вызванных осевым растяжением определяются как отношения осевой нагрузки к площади сечения насосных штанг:
Осевая нагрузка определяется суммой сил возникающих в роторе насоса и веса колонны штанг в наклонном, вертикальном участках и на участке набора кривизны:
Нагрузка на ротор насоса при работе УШВН:
Tр = Tн + Tz =7730+6400= 14130Н
;
Для однозаходного винта – .