Материал: Технологические процессы и технические средства для глубинно-насосной эксплуатации нефтяных скважин

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

Назовем факторы, приводящие к появлению усилий Fмн и Fмв поршневым эффектом муфты (муфтового соединения). Как уже отмечалось, кроме усилий от поршневого эффекта на муфту действует усилие от жидкостного трения по ее поверхности при перемещении со скоростью ν. Такие же усилия действуют на центраторы и скребки. Расчет усилий от жидкостного трения, на наш взгляд, применительно кданным рассуждениям требует дополнительного рассмотрения и здесь не затрагивается. По аналогии с выражениями (4.3) и (4.4) усилия от

поршневого эффекта для центратора 2 (см. рис. 4.1):

–

при движении штанги вниз

Fцн =

ρж (ν+ uн )2

+ ∆Рц

(Dц2 − dшт2

);

(4.5)

–

при движении вверх

Fцв =

ρж (ν − uв )2

+ ∆Рц

(Dц2 − dшт2

) ,

(4.6)

где ∆Рц – повышение давления перед центратором; Dц –

наружный

диаметр центратора.

Для скребка 1 (см. рис. 4.1):

–

при движении штанги вниз

Fсн =

ρж (ν + uн )2

+ ∆Рс

(Dс2. ср − dшт2

);

(4.7)

–

при движении вверх

Fсв =

ρж (ν− uв )2

+ ∆Рс

(Dс2. ср − dшт2

) ,

(4.8)

где ∆Рс – повышение давления перед скребком; Dс.ср – диаметр скребка, средний по канавкам (рис. 4.3).

211

Рис. 4.3. К расчету поршневого эффекта скребка

Если скребки расположены пакетом из двух или трех, то при перемещении штанги гидродинамическое давление действует только на крайние торцевые поверхности пакета. В то же время гидравлическое сопротивление перетоку жидкости через щель между НКТ и скребками возрастает, соответственно увеличивается и ∆Рс.

Обозначим повышение давления перед или за пакетом из двух скребков через ∆Рс2, из трех ∆Рс3. Тогда для расчета усилий от поршневого эффекта пакета скребков в выражения (4.7) и (4.8) необходимо подставить эти значения повышения давления. Первое слагаемое сохранится тем же, что и для одиночного скребка. Усилие от поршневого эффекта подвижных в осевом направлении скребков приближенно можно считать как для неподвижных, так как, дойдя до упора или в случае заклинивания, они становятся неподвижными.

Число центраторов, скребков или пакетов на них, установленных на отдельной штанге, обычно таково, что расстояние между ними и расстояния от них до соединительных муфт превышает 5–8 диаметров НКТ. В этих условиях можно пренебречь взаимным влиянием при взаимодействии указанных устройств с жидкостью и применить так называемый принцип суперпозиции. Проще говоря, суммарные усилия от поршневого эффекта по всей колонне штанг определяются путем сложения усилий по отдельным элементам.

Рассмотрим определение величин, входящих в формулы (4.3), (4.8). Примем, как это сделано при проведении подобных расчетов в [116, 117], что взаимодействие колонны штанг и установленных на

212

ней устройств с жидкостью в НКТ соответствует установившемуся движению. Такое допущение вполне правомерно, если принять во внимание незначительность, по сравнению с другими, инерционных сил, возникающих в жидкости в реальных условиях работы. Учитывая, что при расчете колонны штанг на прочность важное значение имеют пиковые нагрузки, определение усилий от поршневого эффекта будем вести исходя из максимальных мгновенных скоростей. Жидкость считаем однофазной с нулевым газосодержанием.

Максимальная скорость движения штанги, а следовательно, центратора и скребка

V = πSNс,

(4.9)

где S – длина хода штанги, принимаемая одинаковой с длиной хода плунжера насоса; Nс – число ходов плунжера в 1 с, равное числу качаний балансира.

Пусть средняя подача насоса по жидкости составляет Qж. Тогда среднее значение той части подачи, которая соответствует ходу плунжера вниз,

d	шт	2
Qжн = Qж		,	(4.10)

Dпл
где dшт – диаметр шточка насоса,	принимаемый равным диаметру
штанги; Dпл – диаметр плунжера.

Среднее значение части подачи при ходе плунжера вверх составляет

	= Q	D2	− d 2
Q		пл	шт	.	(4.11)

жв	ж	D2
			пл

Максимальная мгновенная подача для рассматриваемого типа насоса в том и другом случае больше средней в π/2 раз. Тогда, умножая выражения (4.10) и (4.11) на эту величину и поделив на площадь кольцевого пространства между НКТ и штангой, получим:

213

			d		шт	2
					шт

uв = 2Qж			Dпл				;	(4.12)
uв = 2Qж		D2			− d 2		;	(4.12)
				пл		шт
		D2			− d 2
uв = 2Qж				пл		шт			(4.13)
uв = 2Qж	D2			(D2		− d	2	)	(4.13)
	пл				тв	шт

Повышение давления ∆Рм перед муфтовым соединением определим по формуле [116]:

∆Рм = λм	Aмр			ρжνм2	,	(4.14)
	4R	гм	2

где νм – средняя скорость в щели между НКТ и муфтой; 4Rгм – учетверенный гидравлический радиус; Aмр – расчетная длина щели для

муфтового соединения (рис. 2); λм – коэффициент гидравлического трения для щели.

Расход, вызываемый поршневым эффектом муфтового соединения,

Qм =	π	(Dм2 – dшт2)ν,	(4.15)

4

где ν – максимальная мгновенная скорость, определяемая по (9). Скорость νм находим по расходу Qм и площади щели между

НКТ и муфтой:

νм =	D2	− d 2	ν.
	м	шт		(4.16)
	D2	− D2		(4.16)
	D2	− D2
	тв	м
Учетверенный гидравлический радиус для щели между НКТ
и муфтой
4Rгм = Dтв – Dм.				(4.17)

214

Число Рейнольдса для ламинарного режима течения в указанной щели

Re =

4Rгмνм

(4.18)

νж

где νж – кинематическая вязкость добываемой жидкости.

Как показывают расчеты, течение в щели для муфтового соединения, центратора и скребка соответствует ламинарному режиму, для которого согласно [116]

λм =	96			.		(4.19)
λм =		R eм		.		(4.19)
		R eм
Для центратора
∆Рц = λц		Aцр	ρжνц2		.	(4.20)
∆Рц = λц	4Rгц		2		.	(4.20)
	4Rгц		2

Величины νц, 4Rгц, число Рейнольдса Reц и λц рассчитываются аналогично предыдущему случаю. В формулы (4.14), (4.16) и (4.17) необходимо подставить вместо диаметра муфты Dм наружный диаметр центратора Dц. Расчетную длину скребка центратора принимаем без учета конусных участков по торцам (рис. 4.1).

Для скребка

∆Рс = λс	Aср		ρжνс2	,	(4.21)
∆Рс = λс	4R	2		,	(4.21)
	4R	2
	гс

где νс; 4Rгс; λс – то же, что и в формулах (4.14) и (4.20), но применительно к скребку; Aср – расчетная длина скребка, соответствующая

середине выступов на диаметре Dс.ср (рис. 4.3).

Расход жидкости, вызываемый поршневым эффектом скребка,

Qс =	π	(D2	− d 2	) ν	(4.22)

	4	с.ср	шт

215

Смотрите также:


«ДОХОДЫ, РАСХОДЫ И ПРИБЫЛЬ КОММЕРЧЕСКОГО БАНКА.»
«ДОХОДЫ, РАСХОДЫ И ПРИБЫЛЬ КОММЕРЧЕСКОГО БАНКА.»
Значение, сущность и содержание социально — педагогической деятельности в организации для детей-сирот и детей, оставшихся без попечения родителей
Проактивные методы PR-деятельности российских авиационных компаний «Россия», «Азимут»
__RGR2
__RGR2
_11_А. Франс для эл версии
_индив анализ данных
- Интерфейс 485 и оптопорт 11