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:
Qдоп= 
, [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 QT, при котором в теле трубы возникает напряжение, равное пределу текучести, определяется по формуле:
|
|
=π 
σт, [Н] (7)
где 
)/2, [м] (8)