Пример расчета штанговой колонны в процессе эксплуатации

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

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:

T_р = T_н + T_z =7730+6400= 14130Н

;

Для однозаходного винта – .