Расчет колонны насосно - компрессорных труб

Цель работы: научиться производить расчет колонны НКТ при эксплуатации скважин ШСН

­1. Общие сведения

При штанговой эксплуатации каналом для подъема жидкости от насоса на поверхность служат насосно-компрессорные трубы. Условия работы труб при штанговой эксплуатации наиболее тяжелые: нагрузка на трубы определяется не только собственным весом колонны, но и циклической нагрузкой, обусловленной весом откачиваемой жидкости, а также силами трения.

Кроме того, колонна труб должна выдержать дополнительную нагрузку - вес штанг в случае их обрыва. Помимо этого они подвергаются изгибу при искривленном стволе скважины и воздействию коррозионной среды.

Тяжелые условия работы труб предопределяют их материал и технологию производства: их изготовляют методом горячей прокатки из углеродистых или легированных сталей двух ти­пов: гладкие и с высаженными концами. На обоих концах труб имеется резьба для соединения их друг с другом при помощи муфт (рис. 1.30). Насосно - компрессорные трубы выпускаются из сталей марок Д, К, Е, Л, М.

Рис. 1.30. Муфта (6) и насосно-компрессорные трубы: а ­- неравнопрочные; в - ­ равнопрочные

Расчет колонны насосно - компрессорных труб

В процессе работы скважинного насоса при ходе штанг вверх вес поднимаемого ствола жидкости воздействует на штанги, а при ходе вниз ­ переносится на трубы. Наиболее нагружаемой трубой в подвешенной колонне является верхняя. Максимальная нагрузка, действующая на нее, при обрыве колонны штанг определяется из выражения

           

где Р _ТР ­ сила тяжести (вес) труб;

  Р _Ж ­ - сила тяжести жидкости в трубах;

  Р _ШТ ­ - сила тяжести колонны штанг.

С учетом глубины спуска насоса L формула будет иметь вид

      

где q_TP ­ - сила тяжести 1 м труб с учетом муфт;

   q_Ж ­ - сила тяжести 1 м кольцевого столба жидкости;

   q_ШТ. - сила тяжести 1 м штанг с учетом муфт.

Отсюда можно определить максимальную глубину спуска

       

где Fо ­ - площадь поперечного сечения по основанию первого витка полной нарезки;

   п ­ - запас прочности, обычно принимаемый ­ 1,5.

Зная запас прочности и напряжение, соответствующее пределу текучести труб, можно определить максимальную нагрузку на трубы

      

Эти формулы позволяют рассчитывать трубы на прочность при растяжении. Трубы при этом разрываются по основанию первого витка полной нарезки.  Помимо этого возможен выход нарезанной части трубы из муфты. Прочность резьбового соединения характеризуется страгивающей нагрузкой и определяется по формуле

­ ­

где D_cp ­ -средний диаметр трубы по первой нитке резьбы, см;

  b - ­ толщина стенки трубы по впадине первой полной нитки нарезки, см;

  σ_тр ­ - предел текучести материала труб, Па;

  ­l - длина нарезки с нитками полного профиля, см;

  α - угол подъe­ма трубы;

  β ­ - угол трения металла по металлу.

Износ насосно-компрессорных труб обусловлен двумя фактоpa­ми: циклическим приложением нагрузки от веса столба откачиваемой жидкости и продольным изгибом нижней части колонны труб.

 В результате трубы изнашиваются как на внутренней поверхности - в результате соприкосновения со штангами, так и на внешнем ­ - в результате контакта с эксплуатационной колонной.