Курсовая работа: Установление режима работы ШСНУ с учетом влияния деформации штанг и труб для скважины №796 Серафимовского месторождения

Рассмотрим природу возникновения и влияние их на длину хода плунжера. После закрытия нагнетательного клапана статическая нагрузка от столба жидкости над плунжером перед началом его хода вверх передается на штанги, вызывая их растяжение на λ_шт . При этом трубы разгружаются и сокращаются на λ_т . Плунжер остается неподвижным относительно труб, и полезный ход его начинается лишь после растяжения штанг и сокращения труб. Всасывающий клапан закрывается, вес жидкости со штанг передается на трубы, нагнетательный клапан открывается, и плунжер движется вниз. При этом статическая (постоянно действующая) нагрузка на головку балансира будет равна весу штанг в жидкости. Так как головка балансира с подвешенной к ней колонной штанг движется неравномерно (скорость изменяется от нуля в верхней и нижней точках до некоторого максимального значения в середине хода вниз и вверх), возникают ускорения и соответствующие инерционные и другие динамические нагрузки. Кроме того, в начале хода плунжера вверх, когда скорость его движения равна нулю, головка балансира уже движется с некоторой скоростью, которую она набрала в процессе растяжения штанг и сокращения труб. Вследствие этого следует удар плунжера о жидкость, в результате на штанги и головку балансира действуют динамические нагрузки. Очевидно, что максимальная нагрузка на штанги будет при движении плунжера вверх, а минимальная – при ходе вниз /5/.

К постоянным или статическим нагрузкам принято относить вес колонны насосных штанг в жидкости Р^’ _шт , гидростатическую нагрузку Р _ж , обусловленную разницей давлений жидкости над и под плунжером при ходе его вверх, а также нагрузки от трения штанг о стенки подъемных труб Р _{тр пл} /6/.

К переменным нагрузкам относятся:

инерционная нагрузка Р _ин , обусловленная переменной по величине и направлению скоростью движения системы “штанги-плунжер”;

вибрационная нагрузка Р _виб , обусловленная колебательными процессами, возникающими в колонне штанг под действием ударного приложения и снятия гидростатической нагрузки на плунжер;

нагрузка от трения штанг в жидкости Р _{тр г} ;

сила гидростатического сопротивления Р _{кл н} , вызванная перепадом давления в нагнетательном клапане при движении жидкости.

Учитывая перечисленные нагрузки, можно записать общие формулы для определения усилия в точке подвеса штанг при ходе штанг вверх Р _в и вниз Р_н :

Р_в =Р^’ _шт +Р_ж +Р_{ин в} +Р_{виб в} +Р_{тр м} +Р_{тр г} +Р_{тр пл} ,

Р_н =Р^’ _шт -(Р_{ин н} +Р_{виб н} +Р_{тр м} +Р_трг +Р_{кл н} ).

Вес колонны штанг в воздухе Р_шт и вес ее в жидкости В_шт , заполняющей подъемные трубы, а также гидростатическая нагрузка на плунжер вычисляются по формулам:

или

где q _{шт i} – вес 1 м штанг данного диаметра в воздухе, Н; К _арх =(ρ_шт -ρ_{см т} )/ρ_шт – коэффициент плавучести штанг; ρ_шт – плотность материала штанг, кг/м³ ; ρ_{см меж} , ρ_{см т} – средняя плотность жидкости (смеси), находящейся соответственно в пространстве между обсадной колонной и колонной насосно-компрессорных труб, кг/м; ρ_меж – давление газа в этом пространстве на устье скважины, Па.

Расчет максимальных нагрузок на штанги:

При статическом режиме работы ШСНУ, т.е. при значениях параметра динамического подобия μ_д ≤(0,3÷0,4), достаточно для практики точность обеспечивают приведенные ниже зависимости.

Формула И. М. Муравьева:

где n = N ∙ 60 – число ходов плунжера в минуту.

Формула И. А. Чарного:

Формула Дж. С. Слоннеджера:

Формула Кемлера:

Формула К. Н. Милса: