Особенности исследования скв оборуд ушсн

68. ВИДЫ НАГРУЗОК:

Динамика работы УШСН очень сложна, поэтому существует несколько приближенных теорий ее описания. Считается что в точке подвеса штанг действуют нагрузки:

а) постоянные или СТАТИЧЕСКИЕ (Pст)

б) ПЕРЕМЕННЫЕ – инерционные Pин, вибрационные Pизб нагрузки и силы трения Pтр. В общем виде нагрузки в точке подвеса штанг при ее ходе вверх (В) и вниз (Н) будут:

Pв=Pст(в)+(Pин(в)+Pвиб(в)+Pтр(в))

Pн=Pст(н)+(Pин(н)+Pвиб(н)+Pтр(н))

СТАТИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ:

Статические нагрузки обусловлены весом штанг в жидкости P’шт и весом поднимаемого столба жидкости Pж. Примем, что в точке подвеса штанг действуют только статические нагрузки. Это допустимо при очень медленном движении точки подвеса штанг.

При ходе вверх статическая нагрузка: Pст(в)=P’шт+Pж

При ходе вниз нагнетательный клапан открывается, нагрузка Pж снимается со штанг и передается на трубы, так как связанный с ними всасывающий клапан закрыт. Тогда статическая нагрузка при ходе вниз Pст(н)=P’шт

Штанги при работе УШСН постоянно находятся в жидкости. На верхний торец штанг действует атмосферное давление P0, а на нижний – давление над плунжером Pт (поскольку штанги конструктивно сочленены с плунжером с помощью архимедовой силы) P’шт=Pшт-fш(Pт-P0)

Pшт – вес штанг в воздухе

fш – площадь сечения штанг

ИНЕРЦИОННЫЕ НАГРУЗКИ

Инерционная сила равна произведению массы тела на его ускорение. Движущиеся массы – это колона штанг и жидкость в трубах. Поэтому инерционные нагрузки включают нагрузки, обусловленные ускорением колонны штанг в верхней и нижней мертвых точках и инерцией столба жидкости в момент начала ее движения.

Колонна штанг представляет собой упругий стержень. Импульс силы прикладывается в точке подвеса при переходе через мертвую точку. Вдоль колонны он распространяется не мгновенно, а со скоростью звука в металле Vм и достигает нижнего конца штанг с опозданием. За это время кривошип успевает повернуться на некоторый угол и вызывает в точке подвеса ускорение, меньшее максимального, которое возникает в мертвой точке.

Плунжер создает импульс силы на столб жидкости, находящийся над ним. В столбе жидкости этот импульс силы распространяется как в упругой системе со скоростью звука в жидкости Vж. Поскольку Vм ~=5000м/с, Vж~=1400м/с (негазированная вода), то действие силы инерции жидкости очень запаздывает. Ввиду сложности учета этих упругих процессов обычно принимают, что масса штанг сосредоточена у головки балансира (завышается Pин), и отбрасывают инерцию столба жидкости (занижается Pин). Предполагается, что эти две неточности компенсируют друг друга.

Pин(в,н)=(Pшт/g)*a’в(н)

a’в(н) – максимальное ускорение точки подвеса штанг в начале хода вверх(вниз).

ВИБРАЦИОННЫЕ НАГРУЗКИ

Колонна насосных штанг совершает вынужденные колебания, которые придает ей станок-качалка, с периодом Tв=60/n с/цикл. В штангах возникают также собственные колебания под действием ударного приложения и снятия гидростатической нагрузки Pж на плунжер.

В течении двойного хода на штанги действуют два импульса нагрузки Pж. 1) при начале хода плунжера вверх, когда нагнетательный клапан закрывается и нагрузка Pж воспринимается штангами; 2) при начале хода вниз, когда нагнетательный клапан открывается и нагрузка Pж передается на колонну НКТ. От этих импульсов по штангам траспространяется волна напряжений со скоростью звука в металле. Волна напряжений при ходе штанг вверх, распространяясь снизу вверх и достигая точки подвеса, увеличивает нагрузку. Отражаясь от концов колонны штанг, волны периодически возвращаются к точке подвеса. Дополнительная нагрузка, обусловленная ими, вследствие рассеивания их энергии (трение штанг о жидкость, внутреннюю поверхность НКТ) со временем убывает. Аналогичный процесс происходит при ходе штанг вниз. Последующие импульсы нагрузки Pж также вызывают затухающие волны напряжений. Такие колебания, называемые ВИБРАЦИОННЫМИ, вызывают дополнительные нагрузки на штанги.

ИНЕРЦИОННЫЕ+ВИБРАЦИОННЫЕ=ДИНАМИЧЕСКИЕ (обычно динамические нагрузки не превышают 10% от P’шт+Pж)

СИЛЫ ТРЕНИЯ

Выделяют следующие силы трения:

1. Силы механического трения штанг и труб Pтр.м. Сила трения направленная вдоль поверхности соприкосновения в сторону, противоположную движению.

Pтрм(в)=Cш(P’шт+Pж)sin(альфа3)

Pтрм(н)=Cш*P’шт*sin(альфа3)

Альфа3-средний зенитный угол отклонения ствола скважины от вертикали (угол искривления скважины)

Cш – коэффициент трения штанг о трубы

2. Сила трения плунжера о стенки цилиндра насоса Pтр.пл.

3. Сила гидродинамического трения штанг в жидкости Pтр.г. Она обусловлена потерями давления на трение за счет относительного движения штанг и жидкости.

4. Сила гидравлического сопротивления в нагнетательном клапане Pкл.н. Она обусловлена перепадом давлений возникающим при движении добываемой жидкости через нагнетательные клапаны насоса: Pкл.н=дельта(P.кл.н)*F

5. Сила трения, обусловленная гидравлическими сопротивлениями при движении жидкости в трубах Pтр.т

70. Расчет нагрузок на головку балансира.

При ходе верх Р=(Р_шт +Р_ж); при ходе вниз Р=Р_шт. – при статистическом режиме…

При ходе верх Р=(Р_шт +Р_ж)+Р_дин; при ходе вниз Р=(Р_шт) – Р_дин.

Р_шт= Lqg;

Р_ж = L(ро_ж)Fg

Дата добавления: 2015-07-20