Определение сил, действующих в точке подвеса штанг

В схеме установки можно выделить сечения Fт (полное сечение внутренней полости труб), fш (сечение тела штанг), F (полное сечение плунжера).

Наибольшее значение нагрузки в точке подвеса штанг при ходе вверх будет

Рх.в = Ршт + ΔРж + Piш + Рiж + Pf   (4.19)

где Ршт - вес штанг в жидкости; ΔРж - разность давлений жидкости на полное сечение плунжера сверху и снизу; Piш и Рiж - сила инерции массы штанг и жидкости соответственно; Pf - силы трения штанг о жидкость и трубы, плунжера о цилиндр.

Наименьшая сила, действующая в точке подвеса штанг, при ходе точки А вниз будет определяться по формуле

Рхн= Ршт - Piш-Piж- Pf    (4.20)

Сила от давления столба жидкости в это время действует на всасывающий клапан, цилиндр насоса и колонну НКТ.

Как видно, силы делятся на статические (Ршт, ΔРж , Pf) и динамические (Piш, Рiж).

Обозначим плотность материала штанг рш, жидкости рж.

Статические силы определяются следующим образом. Вес штанг в жидкости определялся с учетом ее плотности. При этом наличием газа в жидкости, влияние которого было невозможно учесть, полностью пренебрегали: 

где L - глубина подвески насоса; КАрх = рш / рж - коэффициент Архимеда.

Результирующая сила давления жидкости на плунжер сверху и снизу определяется по формуле

где рн - давление жидкости на плунжер насоса сверху; родавление жидкости под плунжером насоса в его всасывающей камере.

Сила трения штанг Pf обычно не учитывается, так как глубина спуска насоса небольшая и скважины считается вертикальной. Поэтому сила трения штанг составляет всего 2-5 % от веса штанг в воздухе. В глубоких, наклонно-направленных скважинах или при большой вязкости жидкости сила трения должна учитываться и определяться расчетом (будет рассмотрен далее).

Динамические силы определяются следующим образом.

Силы инерции от массы штанг

где Рш- вес штанг в воздухе, который равен Рш= f ш L рш g.

При определении сил инерции от массы жидкости следует учесть, что основная масса жидкости находится в трубах, где ускорение ее меньше, чем ускорение жидкости в цилиндре насоса. В нашем случае вопрос стоит о силах, действующих не на все сечение труб, а только на плунжер.

Определим ускорение жидкости в трубах

и массу жидкости в трубах

Силу инерции массы жидкости в трубах определяем по формуле

Действие сил инерции массы жидкости на плунжер определяем по формуле

Или

где Ржт - вес жидкости, находящейся в трубах (с учетом наличия в трубах штанг).

Теория работы установки, приближенная к реальным условиям

Основные положения

Подвеска штанговых насосов на значительную глубину (1000— 1800 м), большие нагрузки на плунжер насоса, увеличение отборов жидкости, эксплуатация наклонных, искривленных скважин, случаи отбора высоковязких жидкостей требуют новых методов расчета, а также учета других, существенных факторов, влияющих на режим работы установки.

Теория работы установки, приближенная к реальным условиям, была разработана А. С. Вирновским. Эта теория не учитывает ряда факторов работы установки, но широко используется при практических расчетах. Результаты расчетов довольно близко совпадают с опытными данными.

Рассмотрим методы расчета параметров установки по этой теории. В данном параграфе по отношению к исследованиям А. С. Вирновского сделаны наиболее простые уточнения, учитывающие некоторые современные условия эксплуатации и новые исследовательские работы. Теория работы установки ШСН, приближенная к реальным условиям, учитывает следующие факторы:

точную кинематику станка-качалки (точки А и В совершают негармоничные колебания и движутся по дугам, а не по прямой); упругость штанг и НКТ; упругие колебания, возникающие в штангах. В этой теории приняты следующие допущения: силами трения пренебрегают;

принято, что скорость точек колонны штанг при ее деформации под действием статических усилий и деформация распределяются по длине колонны штанг по линейному закону; упругостью жидкости пренебрегают; колебательным процессом в трубах пренебрегают; считается, что упругие колебания штанг затухают за время хода вверх и за время хода вниз;

динамическая нагрузка определяется для момента, предшествующего началу движения плунжера, а вибрационная нагрузка - с момента начала хода плунжера; при определении наибольших нагрузок эти величины складываются, т. е. условно совмещаются два различных момента времени.

В последние годы в связи с использованием ЭВМ появилась возможность уточнить расчеты, исключив некоторые допущения, используя более точные теории А. Г. Бабукова, И. А. Чарного и др.

⇐ Предыдущая44454647484950515253Следующая ⇒

Поделиться: