Силы трения штанговой колонны о трубы и жидкость (в наклонно направленных скважинах и при откачке высоковязких жидкостей их значение может быть соизмерено с весом колонны).
При ходе плунжера вверх колонна нагружена максимально:
-=
где Рш - вес колонны штанг;
Рж - вес столба жидкости;
Рiш - инерционные нагрузки от движущейся массы колонны штанг;
Рiж - инерционные нагрузки от движущегося столба жидкости;
R - силы трения.
При ходе вниз нагрузка минимальная:
.
Силы трения и инерционные силы при ходе вверх увеличивают нагрузку, а при ходе вниз – уменьшают её, поэтому в этом случае их берут со знаком «минус».
Наибольшие растягивающие напряжения действуют в верхней части колонны, наименьшие — в нижней. Так как нижняя часть колонны разгружена от растягивающих усилий, то при наличии трения между плунжером и цилиндром насоса (при откачке вязких жидкостей, особенно в насосах больших диаметров) в нижней части колонны при ходе вниз могут возникнуть сжимающие усилия, что приводит к изгибу нижней части колонны штанг.
Это отрицательно влияет на долговечность работы штанговой колонны, поэтому в этих условиях данный участок усиливают, т.е. применяют тяжелые штанги или штанги большего диаметра. Утяжелённый низ колонны штанг собирается из 2-6 штанг
большого диаметра – 40 мм, общим весом – 80-360 кг.
Таким образом, нагрузка на штанги зависит от глубины спуска и диаметра насоса, а также от удельного веса жидкости.
Для увеличения предельной глубины спуска штанг и уменьшения нагрузок на штанги и станок-качалку применяют ступенчатые колонны штанг, т. е. составленные из штанг неодинакового диаметра. Применяются одно- двух- и, при очень больших глубинах, трёхступенчатые колонны.
Разрушение штанговой колонны носит усталостный характер. Промысловый опыт показал, что чаще всего штанга обрывается на участках 25—35 см, прилегающих к головкам, т.е. там, где максимальные концентраторы напряжений и где может возникнуть изгибающий момент от возможной несоосности тела и головки штанги.
Расчет и подбор колонны штанг
Расчёт колонны штанг на прочность заключается в определении приведенного напряжения σприв (формула Вирновского), величина которого зависит от глубины спуска насоса, его диаметра, числа качаний, длины хода и др.
σприв = ≤ [σпp] ,
где σmax = Рmax/fшт – напряжение в штанге от максимальной нагрузки;
σа = (Рmax - Рmin)/(2fшт) – амплитуда напряжения за цикл нагружения;
Рmax , Рmin – максимальная и минимальная нагрузки соответственно;
fшт – площадь сечения штанг.
Затем сравнивают полученный результат с допускаемым приведенным напряжением [σпp] (даётся в таблицах для различного материала штанг). Например, для стали марки 40, подвергнутой нормализации - [σпp] = 70 МПа, а для той же марки стали, но кроме прочего, подвергнутой поверхностной обработке нагревом ТВЧ [σпp] = 100 МПа.
На усталостную прочность большое влияние оказывает рабочая среда, т.е. свойства откачиваемых жидкости и газа. Особенно сильное коррозионное воздействие оказывает водный раствор сероводорода. Поэтому при расчете штанг необходимо учитывать коррозионный предел усталости.
Причина преждевременного выхода штанг из строя – износ муфт. В искривленных скважинах штанговые муфты истираются о насосные трубы, бывают случаи истирания насосных труб. В таких случаях применяются закаленные шлифованные штанговые муфты. В местах резкого искривления скважин на насосных штангах ставят роликовые фонари.
Дата добавления: 2017-05-18; просмотров: 905;