Расчёт насосно-компрессорных труб на растяжение

Практическое занятие № 16

Расчет насосно – компрессорных труб

Цель работы: Для колонны НКТ условным диаметром d и толщиной стенки s определить растягивающую критическую нагрузку, нарушающую работоспособность колонны для случаев неравнопрочной колонны и равнопрочной колонны. Проверить возможность применения НКТ указанного диаметра для гидравлического разрыва пласта с давлением на устье скважины 29 МПа. Определить прочность колонны на совместное действие нагрузок в искривленной скважине глубиной L и радиусом искривления R.

Теоретическая часть.

Рисунок 1 - Резьба неравнопрочной насосно-компрессорной трубы

1 - конец сбега резьбы; 2 - нитки со срезанными вершинами; 3 - основная
плоскость; 4 - линия среднего диаметра

Исходные данные.

Данные, для НКТ, взятые из ГОСТ 633-80, необходимые для расчета. Таблица 1. Механические свойства материала насосно-компрессорных труб

Наименование показателя	Норма механических свойств для стали групп прочности
Д	К	Е	Л	М	Р	Т
исполнение	исполнение Б
А	Б
Временное сопротивление σ8. не менее. МПа (кгс/см2)	(66,8)	(65,0)	(70,0)	(70,3)	(77,3)	(87,9)	(101,9)	(112,5)
Предел текуче­сти σ1 не менее, МПа (кгс/мм2)	(38,7)	(38,0)	(50,0)	(56,2)	(66,8)	(77,3)	(94,9)	(105,5)
не более, МПа (кгс/мм2)	(56,2)	-	-	(77,3)	(87,9)	(98,4)	(116,0)	(126,5)
Относительное удлинение σ3,% не менее	14,3	16,0	12,0	13,0	12,3	10,8	9,5	8,5

Примечание: Для труб из стали группы прочности Д исполнения Б максимальное значение предела текучести не ограничено.

Таблица 2

Трубы с высаженными наружу концами и муфты к ним - В

 

Условный диаметр трубы	Труба	Муфта
Наружный диаметр D	Толщина стенки s	Внутренний диаметр d	Наружный диаметр высаженный части Ds пред.откл.+1,5)	Длина высаженной части Ismin	Масса 1 м гладкой трубы кг	Увеличение массы трубы вследствие высадки обоих концов, кг	Наружный диаметр Dм	Длина Lм	Масса, кг
	26,7 33,4 42,2 48,3 60,3	3,0 3,5 3,5 4,0 5,0	20,7 26,4 35,2 40,3 50,3	33,4 37,3 46,0 53,2 65,9		1,8 2,6 3,3 4,4 6,8	0,1 0,1 0,2 0,4 0,7	42,2 48,3 55,9 63,5 77,8		0,4 0,5 0,7 0,8 1,5
	73,0	5,5	62,0	78,6		9,2	0,9	93,2		2,8
7,0	59,0	11,4
	88,9	6,5	75,9	95,2		13,2	1,3	114,3		4,2
8,0	72,9	16,0
	101,6 114,3	6,5 7,0	88,6 100,3	108,0 120,6		15,2 18,5	1,4 1,6	127,0 1 141,3		5,0 6,3

 

Примечание: Навнутренней полости трубы на расстоянии (/_8гош+25) мм от торца допускается технологическая конусность не более 1:50.

Таблица 3

Резьбовые соединения труб с высаженными наружу концами и муфт

 

Условный диаметр трубы	Наружный диаметр высаженный части D, пред.откл.+1,6)	Шаг резьбы P	Средний диаметр резьбы в основной плоскости d*ср	Диаметр резьбы в плоскости торца трубы	Длина резьбы трубы	Внутренний диаметр резьбы в плоскости торца муфты d*3	Диаметр цилиндрической выточки муфты dc (пред.откл.+0,8)	Глубина выточки муфты Iс (пред.откл. )	Ширина торцовой плоскости муфты В	Расстояние от торца муфты до конца сбега резьбы на трубе при свинчивании вручную (натяг) А
наружный d*1	внутренний d*2	общая (до конца сбега) I.	до основной плоскости (с полным профилем) I*	сбег I1, м
номин.	пред.откл.
	33,4 37,3 46,0 53,2	2,540	32,065 35,970 44,701 51,845	32,383 36,100 44,643 51,662	29,568 33,276 41,819 48,833		±2,5	16,3 19,3 22,3 24,3		31,210 35,115 43,846 50,990	35,0 38,9 47,6 54,8	8,0	2,0 3,0 2,5 2,5	5,0
	65,9 78,6 95,2 108,0 120,6	3,175	64,148 76,148 93,516 106,206 118,916	63,551 76,001 92,294 104,744 117,256	59,931 72,381 88,674 101,124 113,636		± 3,2	37,3 41,3 47,3 51,3 54,3		62,801 75,501 92,169 104,369 117,569	67,5 80,2 96,9 109,6 122,3	9,5	3,5 4,5 6,5 6,5 7,5	6,5

 

Расчёт насосно-компрессорных труб на растяжение

Сопротивление труб осевым растягивающим нагрузкам определяется по формуле Яковлева-Шумилова, по которой можно вычислить нагрузку, создающую в расчетном сечении резьбы ниппельного конца трубы напряжения, равные пределу текучести.

Для неравнопрочной колонны за расчетное сечение принимается сечение по основной плоскости резьбы, т.е. место, где нарезана первая полная нитка резьбы:

Q_{доп= ,} [Н] (1)

где – допускаемое напряжение ( наименьшее из табл.1);

- для труб с условным диаметром до 102мм, - для труб с условным диаметром 114мм);

– угол трения;

(L*, табл.3); трубы в расчетной плоскости, мм;

Толщина стенки трубы в расчетной плоскости определяется по формуле:

h/2, [м] (2)

где

[м] (3)

где диаметр трубы, мм (табл.2);

Коэффициент разгрузки определяется:

(4)

Средний диаметр в основной плоскости определяется:

, [м] (5)

где

- )/2, [м] (6)

где , – соответственно наружный и внутренний диаметр резьбы в плоскости торца трубы, мм (табл.3).

Трубы с высаженными наружу концами (тип В) являются равнопрочными с резьбовыми соединениями и поэтому расчет на прочность ведут по телу трубы. Растягивающее усилие Q_T, при котором в теле трубы возникает напряжение, равное пределу текучести, определяется по формуле:

=π σ_т, [Н] (7)

где

)/2, [м] (8)