По (9.78) можно с достаточной для практики точностью оценить силу трения плунжера в поверхностных условиях.
Однако в реальных условиях эксплуатации сила трения в насосе, работающем в скважине, может оказаться больше рассчитанной по (9.78) вследствие наличия песка в откачиваемой жидкости, отложения парафино-смолистых веществ в зазоре плунжерной пары и др.
Сила гидравлического сопротивления Ркл„ обусловлена перепадом давления ApKJ1H, возникающем при движении добываемой жидкости через нагнетательные клапаны насоса и может быть определена по формуле
Т’кл н = АРкл н'^лл* (9.79)
Потери давления в клапане Арклн рассчитываются в задаче 9.4.
Силы сопротивления при определении экстремальных нагрузок в точке подвеса штанг учитывают следующим образом.
Сосредоточенные у плунжера силы Ртр пл и Ркл н не влияют на динамические нагрузки и поэтому могут входить как отдельные слагаемые с соответствующим знаком в формулы для расчета экстремальных нагрузок.
Силу механического трения Ятр „ех также можно учитывать в этих формулах как отдельное слагаемое, хотя она распределена по длине колонны штанг и, очевидно, влияет на динамические нагрузки, несколько уменьшая их.
Формулы для расчета экстремальных нагрузок в точке подвеса штанг с учетом сил сопротивления при откачивании маловязкой жидкости имеют следующий вид:
^тах ^*шт “Т Рук ”Ь ^дин в “Ь ^*тр мех Н" пл’
р — р' р р р р
min шт дин и 1 тр мех 1 тр пл кл н*
(9.80)
При подъеме из скважин высоковязких жидкостей действие гидродинамического трения штанг приводит к изменению отдельных составляющих нагрузок на них и соответствующему изменению экстремальных нагрузок в точке подвеса штанг Ртах и Ят1„.
Так, при откачке высоковязких жидкостей наблюдается быстрое
207
затухание колебаний нагрузки, возникающих при смене направлений движения плунжера. При ходе штанг вверх нагрузка от гидродинамического трения последних максимальна приблизительно в середине хода и может превысить динамические нагрузки, возникающие в начале хода.
Усилия от гидродинамического трения штанг в средней части хода вниз существенно превышают динамическую нагрузку, возникающую в начале этого хода. В некоторых случаях сила гидродинамического трения штанг оказывается настолько большой, что происходит отставание движения полированного штока от движения головки балансира с последующим резким ударом, что приводит к обрыву канатной подвески или штанговой колонны.
Максимальная и минимальная нагрузки в точке подвеса штанг при откачке жидкости высокой вязкости могут быть приближенно оценены по следующим формулам:
^тах = ^ШТ + + Ртр гв + Ртр пл> (9.81)
Р . — р' — Р — р _ Р
min шт »р гн кл н 1 тр пл1
где нагрузки гидродинамического трения штанг при ходе вверх Ртр гв и вниз Ятр гн рассчитываются по (9.74) — (9.76).
В (9.81) принято, что нагрузки от гидродинамического трения штанг в середине хода превышают динамические нагрузки, возникающие в начальные периоды хода.
В настоящее время отсутствуют расчетные формулы, которые позволили бы учесть одновременно влияние колебательных процессов в штангах и гидродинамического трения на величины экстремальных нагрузок. Поэтому при отсутствии фактических промысловых данных об их величинах можно рассчитать для заданных условий эксплуатации скважины динамические нагрузки
Phин =
Рвиб + Ран (9.82)для ходов вверх и вниз, например по (9.58) — (9.59), и сравнить с нагрузкой от сил гидродинамического трения, вычисленной по одной из формул настоящей главы.В зависимости от того, какая из нагрузок окажется большей — динамическая или гидродинамического трения, расчет экстремальных величин усилия в точке подвеса следует проводить по (9.64), (9.65) и (9.80) или (9.81).Задача 9.9. Рассчитать нагрузки на штанги.Решение. Нагрузки на штанги определяют в следующем порядке. -
Определяют статические и динамические нагрузки соответственно по (9.53) — (9.57), (9.58) — (9.66) для 1-го расчетного варианта:
Ршх = 1200(0,6-31,4 + 0,4-41,0) =42,3 кН;Рж = (8,3 - 3,98)-106-2,376-10“3 = 10,3 кН;Рем т — (8,3 — 1,5)- 10в/(1200-9,81) = 578 кг/м3*Карх = 1 -578/7850 = 0,93; Ршт = 42,3-0,93 = 39,3 кН. 208
При расчетах динамических нагрузок по формулам А. С. Вир- новского принимают:
4
) — 127 = 0,34 кН.Сила гидравлического сопротивления в клапане Ркл н = 0,025-106-14,5-10-4 = 0,04 кН.Перед окончательным расчетом экстремальных нагрузок сравним динамические нагрузки и силы гидродинамического трения штанг: 211
формулу И. А. Одинга
|
|
Опр О = 1 Отах ‘ Оа ’
|
(9.86)
|
формулу М. П. Марковца
|
|
Опр м - оа + 0,2аср;
|
(9.87)
|
формулу, полученную на основе
|
модифицированной диаграммы
|
Г удмена
|
|
Опр Г = Отах — 0,56Cmin*
|
(9.88)
|
Следует отметить, что использование последних двух формул позволяет разработать достаточно простые методики расчета конструкции штанговой колонны.
При расчете конструкций штанговых колонн используются предельно допускаемые значения приведенного напряжения для различных марок штанг (табл. 9.7).
Задача 9. 10. Рассчитать приведенные напряжения в точке подвеса штанг.