Практическая работа 1 (2). Изучение конструкции и расчет насоснокомпрессорных труб по дисциплине Техника и технология добычи и подготовки нефти и газа

• Название: Изучение конструкции и расчет насоснокомпрессорных труб по дисциплине Техника и технология добычи и подготовки нефти и газа
• Анкор: Практическая работа 1 (2
• Дата: 18.01.2023
• Размер: 258.77 Kb.
• Имя файла: Практическая работа 1 (2).docx
• Тип: Практическая работа; #893308

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЯ НЕФТЕГАЗОВЫХ ПРОМЫСЛОВ

Практическая работа

Тема: Изучение конструкции и расчет насосно-компрессорных труб

по дисциплине «Техника и технология добычи и подготовки нефти и газа»

Вариант 3

Выполнил: студент группы МПсз-19-01 А.В. Засыпкин

Проверил: доцент к. н. Е.Б. Думлер

Уфа, 2022
Исходные данные:

Вариант	Длина колонны труб L, м	Направление скважины	Диаметр трубы D, мм	Толщина стенки трубы S, мм	Длина одной трубы lт ,м
1	2400	Вертикальные	60	5,0	5,5
2	2000		73	5,5	6,0
3	2900		73	7,0	7,0
4	3100		89	6,5	7,5
5	4000		102	6,5	8,0
6	1600		114	7,0	8,5

1. Заданная глубина спуска, м –L= 2900 м;

2. Направление скважины − вертикальное;

3. Наружный диаметр труб, мм –D = 73 мм;

4. Толщина стенки труб, мм –S= 7,0 мм;

5. Длина одной трубы, м –l_Т= 7,0 м

Прочностной расчет колонны НКТ

1. Расчет гладких труб

Трубы типа гладкие – муфтовые, с треугольным профилем резьбы, относятся к неравнопрочным.



Рисунок 1. Гладкая труба с треугольной резьбой и муфта к ней

Таблица 1 Размеры гладких труб и муфт к ним, мм

Условный диаметр трубы	Наружный диаметр D	Труба			Муфта
		Толщина стенки S	Внутренний диаметр d	Масса 1м mr, кг	Наружный диаметр Dм	Длина Lм	Масса муфты mм, кг
33	33,4	3,5	26,4	2,6	42,2	84	0,4
42	42,2	3,5	35,2	3,3	52,2	90	0,6
48	48,3	4,0	40,3	4,4	55,9	96	0,5
60	60,3	5,0	50,3	6,8	73,0	110	1,3
73	73,0	5,5	62,0	9,2	88,9	132	2,4
		7,0	59,0	11,4
89	88,9	6,5	75,9	13,2	108,0	146	3,6
102	101,6	6,5	83,6	15,2	120,6	150	4,5
114	114,3	7,0	100,3	18,5	132,1	156	5,1

Расчет гладких труб производится по резьбовой части на страгивающую нагрузку.

Страгивающей называется растягивающая нагрузка, при которой напряжение, возникающее в резьбовой части, достигает предела текучести материала трубы. При страгивании труба стремится выйти из муфты за счет смятия и среза витков резьбы. Страгивающая нагрузка учитывает несущую способность только полноценных витков резьбы, имеющих полный профиль(см. рис.2).



Рисунок 2. Резьбовая часть гладких труб и муфт к ним и труб с высадкой типа В и муфт к ним

По страгивающей нагрузке

Под страгивающей нагрузкой резьбового соединения понимают начало разъединения резьбы трубы и муфты. При осевой нагрузке напряжение в трубе достигает предела текучести материала, затем труба несколько сжимается, муфта расширяется и резьбовая часть трубы выходит из муфты со смятыми и срезанными верхушками витков резьбы, но без разрыва трубы в её поперечном сечении и без среза резьбы в её основании.







где

D_ср - средний диаметр тела трубы под резьбой в её основной плоскости, м

σ_т – предел текучести для материала труб, Па

D_внр – внутренний диаметр трубы под резьбой, м

В – толщина тела трубы под резьбой, м

S - номинальная толщина трубы, м

α – угол профиля резьбы для НКТ по ГОСТ 633-80 α = 60º

φ – угол трения, для стальных труб = 9º

l – длина резьбы, м.

Максимальная растягивающая нагрузка при подвеске оборудования массой М на колонне НКТ составляет

Р_max = gLq + Mg



где

q – масса погонного метра трубы с муфтами, кг/м.

Если Р_ст< Р_max, то рассчитывают ступенчатую колонну.

Глубину спуска для различных колонн определяют из зависимости



Для равнопрочных (высаженных наружу) труб вместо Р_стi определяется предельная нагрузка Р_пр



n₁ – запас прочности (для НКТ допускается n₁ = 1,3 – 1,4)

D_н, D_вн – наружный и внутренний диаметр трубы.



Где n₁ – запас прочности = 1,50

Вывод

Максимально возможная длина пускаемой колонны составила



Если в результате расчетов в каких-либо вариантах предельно допустимая длина колонны труб L_допокажется меньше заданной L= 2900 м, то расчет следует повторить, принимая для труб более прочный материал К и добиваясь выполнения условия L_доп >L.

Если условие выполняется и L_допокажется меньше заданной, то подводим итог выполненной работы (ВЫВОД)

Предлагаю выполнить колонну НКТ из труб 73 х 7,0 Д ГОСТ 633-80

2. Расчет труб с высаженными наружу концами типа В
Трубы типа В – муфтовые, с безупорным соединением и треугольным профилем резьбы, относятся к равнопрочным.



Рисунок 2. Труба с высаженными наружу концами с треугольной резьбой (типа В)и муфта к ней

Расчет равнопрочных труб производится исходя из прочности тела трубы по следующей методике:

1. Согласно варианта задания из таблицы исходных данных задаемся (например):

1. 
   Заданная глубина спуска, м –L = 2900 м;
   
2. 
   Направление скважины − вертикальное;
   
3. 
   Наружный диаметр труб, мм –D = 73 мм;
   
4. 
   Толщина стенки труб, мм –S = 7,0 мм.;
   
5. 
   Длина одной трубы, м –l_Т = 7,0 м
   

2.Определяем действующую нагрузку для равнопрочных труб:

,

где S –толщина стенки трубы, м;

D_ср – средний диаметр трубы, м;

D_вн – внутренний диаметр трубы, м;

σ_Т – предел текучести материала, МПа.

При выполнении расчетов сначала задаемся наименее прочным, а следовательно, более дешевым материалом – группой прочности стали Д с самым низким пределом текучести σ_Т = 379 МПа.

3. Определяем допускаемую нагрузку для равнопрочных труб:

,

n_ı– коэффициент запаса прочности, зависящий от угла наклона оси скважины. Величина коэффициента для вертикальных скважин n_ı =1,3, а для наклонно-направленных скважин увеличивается на 15 – 20 % .

4. Определяем предельно допустимую длину подвески одноразмерной колонны труб из условия максимально допустимой растягивающей нагрузки для слабого сечения трубы с учетом коэффициента запаса прочности:

, (м)

– приведенный вес одного метра труб, Н/м.

Таблица 2Размеры труб с высаженными наружу концами и муфт к ним (В),мм

Условный диаметр трубы	Труба							Муфта				Наружный диаметр высаженной части трубы, Dв
	Наружный диаметр D	Толщина стенки S	Внутренний диаметр d	Длина высаженной части lв min	Масса mrгладкой трубы 1м, кг	Увеличение массы трубы вследствие высадки обоих концов mв ,кг	Наружный диаметр Dм		Длина Lм	Масса муфты mм, кг
27	26,7	3,0	20,7	40	1,8	0,1	42,2		84	0,4	33,4
33	33,4	3,5	26,4	45	2,6	0,1	48,3		90	0,5	37,3
42	42,2	3,5	35,2	51	3,3	0,2	55,9		96	0,7	46
48	48,3	4,0	40,3	57	4,4	0,4	63,5		100	0,8	53,2
60	60,3	5,0	50,3	89	6,8	0,7	77,8		126	1,5	65,9
73	73	5,5	62,0	95	9,2	0,9	93,2		134	2,8	78,6
		7,0	59,0		11,4
89	88,9	6,5	75,9	102	13,2	1,3	114,3		146	4,2	95,2
		8,0	72,9		16,0
102	101,6	6,5	88,6	102	15,2	1,4	127		154	5,0	108,0
114	114,3	7,0	100,3	108	18,5	1,6	141,3		160	6,3	120,6

Для этого необходимо определить приве­денный вес. Если в справочных материалах указана масса (см. таблицы соответствующие типам труб 2,3,4,5), то приве­денный вес определяется из выражения:

(Н/м)

l_Т – длина трубы, м;

– масса, соответствующая гладкой, высаженной части труб и муфте (см. таблицу 2 для труб типа В),

g– ускорение силы тяжести, g = 9,81 м/с².

Если в результате расчетов в каких-либо вариантах предельно допустимая длина колонны труб L_допокажется меньше заданной L= 2900 м, то расчет следует повторить, принимая для труб более прочный материал К и добиваясь выполнения условия L_доп >L.

Если условие выполняется и L_допокажется меньше заданной, то подводим итог выполненной работы

Предлагаю выполнить колонну НКТ из труб В 73 х 7,0 Д ГОСТ 633-80

3. Расчет гладких высокогерметичных труб (НКМ)
Насосно-компрессорная (НК) с муфтовым (М) соединением гладкая высокогерметичная с трапецеидальной резьбой с высаженными наружу концами труба.



Рисунок 3 Труба гладкая высокогерметичная с трапецеидальной резьбой и муфта к ней (типа НКМ по ГОСТ 633–80 и типа Т по ГОСТ Р 52203–2004)

Таблица 3Размеры труб гладких высокогерметичных и муфт к ним (НКМ),мм

Условный диаметр трубы	Труба				Муфта
	Наружный диаметр D	Толщина стенки S	Внутренний диаметр d	Масса 1м mr, кг	Наружный диаметр Dм	Длина Lм	Масса mм, кг
60	60,3	5,0	50,3	6,8	73,0	135	1,8
73	73,0	5,5	62,0	9,2	88,9	135	2,5
		7,0	59,0	11,4
89	88,9	6,5	75,9	13,2	108,0	155	4,1
		8,0	72,9	16,0
102	101,6	6,5	88,6	15,2	120,6	155	5,1
114	114,3	7,0	100,3	18,5	132,1	205	7,4

Для труб типа НКМ растягивающая нагрузка, при которой в опасном сечении соединения напряжения достигают предела текуче­сти:



где и – в сантиметрах.

Допускаемая нагрузка для труб НКМ:

,

где то же, что и для равнопрочных труб.

Определяем предельно допустимую длину подвески одноразмерной колонны труб из условия максимально допустимой растягивающей нагрузки для слабого сечения трубы с учетом коэффициента запаса прочности:

, (м)

– приведенный вес одного метра труб, Н/м.

Для этого необходимо определить приве­денный вес. Если в справочных материалах указана масса (см. таблицы соответствующие типам труб 2,3,4,5), то приве­денный вес определяется из выражения:

(Н/м)

l_Т – длина трубы, м;

– масса, соответствующая гладкой, высаженной части труб и муфте (см. таблицу 2 для труб типа В),

g– ускорение силы тяжести, g = 9,81 м/с².

Если в результате расчетов в каких-либо вариантах предельно допустимая длина колонны труб L_допокажется меньше заданной L= 2900 м, то расчет следует повторить, принимая для труб более прочный материал К и добиваясь выполнения условия L_доп >L.

Если условие выполняется и L_допокажется меньше заданной, то подводим итог выполненной работы

Предлагаю выполнить колонну НКТ из труб НКМ 73 х 7,0 Д ГОСТ 633-80

4. Расчет безмуфтовых высокогерметичных труб (НКБ):



Рисунок 4. Труба высокогерметичная безмуфтовая с высаженными наружу концами и трапецеидальной резьбой (типа НКБ по ГОСТ 633–80 и типа Б по ГОСТ Р 52203–2004)

Таблица 4Размеры безмуфтовых труб с высаженными наружу концами (НКБ),мм

Условный диаметр трубы	Наружный диаметр D	Толщина стенки S	Внутренний диаметр d	Наружный диаметр высаженной части трубы, Dв	Внутренний диаметр в конце высаженной части dв	Длина высаженной части lв min	Масса 1м mrгладкой трубы, кг	Увеличение массы трубы вследствие высадки обоих концов mв ,кг
60	60,3	5,0	50,3	71	48,3	95	6,8	1,8
73	73,0	5,5	62,0	84	60,0	100	9,2	2,2
		7,0	59,0	86	57,0		11,4	2,6
89	88,9	6,5	75,9	102	73,9	100	13,2	3,2
		8,0	72,9	104	70,9		16,0	3,7
102	101,6	6,5	88,6	116	86,6	100	15,2	4,0
114	114,3	7,0	100,3	130	98,3	100	18,5	4,8

Определяем действующую нагрузку для равнопрочных труб:

,

где S –толщина стенки трубы, м;

D_ср – средний диаметр трубы, м;

D_н – наружный диаметр трубы, м;

D_вн – внутренний диаметр трубы, м;

σ_Т – предел текучести материала, МПа.

При выполнении расчетов сначала задаемся наименее прочным, а следовательно, более дешевым материалом – группой прочности стали Д с самым низким пределом текучести σ_Т = 379 МПа.

Определяем допускаемую нагрузку для равнопрочных труб:

,

n_ı– коэффициент запаса прочности, зависящий от угла наклона оси скважины. Величина коэффициента для вертикальных скважин n_ı =1,3, а для наклонно-направленных скважин увеличивается на 15 – 20 % .

Определяем предельно допустимую длину подвески одноразмерной колонны труб из условия максимально допустимой растягивающей нагрузки для слабого сечения трубы с учетом коэффициента запаса прочности:

, (м)

– приведенный вес одного метра труб, Н/м.

Для этого необходимо определить приве­денный вес. Если в справочных материалах указана масса (см. таблицы соответствующие типам труб 2,3,4,5), то приве­денный вес определяется из выражения:

(Н/м)

l_Т – длина трубы, м;

– масса, соответствующая гладкой, высаженной части труб и муфте (см. таблицу 2 для труб типа В),

g– ускорение силы тяжести, g = 9,81 м/с².

Если в результате расчетов в каких-либо вариантах предельно допустимая длина колонны труб L_допокажется меньше заданной L= 2900 м, то расчет следует повторить, принимая для труб более прочный материал К и добиваясь выполнения условия L_доп >L.

Если условие выполняется и L_допокажется меньше заданной, то подводим итог выполненной работы

Предлагаю выполнить колонну НКТ из труб НКБ 73 х 7,0 Д ГОСТ 633-80


Список литературы
1.Ивановский В.Н., Дарищев В.И., Сабиров А.А., Каштанов В.С., Пекин С.С. Оборудование для добычи нефти и газа: В 2 ч. – М: ГУП Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2002. – Ч.1. – 768 с.

2.Мищенко И.Т. Скважинная добыча нефти. Учебное пособие для вузов – М: ФГУП Изд-во«Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2003. – 816 с.

3.Ивановский В.Н., Дарищев В.И., Сабиров А.А., Каштанов В.С., Пекин С.С. Оборудование для добычи нефти и газа: В 2 ч. – М: ГУП Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2003. – Ч.2. – 792 с.

4.Добыча нефти штанговыми насосами. А.К. Мухаметзянов, И.Н. Чернышев, А.И. Липерт, С.Б. Ижемчугин. – М.: Недра, 2013. – 350с.

5.Юрчук А.М., Истомин А.З. Расчеты в добыче нефти. Учебник для техникумов, 3-е изд., перераб. и доп., М. «Недра», 2009, 271 с.

6.Нефтегазопромысловое оборудование / Ивановский В.Н., Дарищев В.И., Каштанов В.С. и др. Под общей ред. В.Н.Ивановского. Учебник для ВУЗов. – М.: «ЦентрЛитНефтеГаз» 2006. – 720 с.

7.Трубы нефтяного сортамента: Справочник / под ред. А.Е. Сарояна. – 3^е изд., перераб. и доп. – М.: Недра, 2007. – 488 с.

8.Чичеров Л.Г. Нефтепромысловые машины и механизмы. Учебное пособие. – М.: Недра, 2013. – 312 с.