Вариант. Решение Расчет по страгивающей нагрузке

• Название: Решение Расчет по страгивающей нагрузке
• Анкор: Вариант
• Дата: 03.05.2022
• Размер: 1.25 Mb.
• Имя файла: 1.docx
• Тип: Решение; #509384
• страница: 1 из 4

Задача 1. Прочностной расчет насосно-компрессорных труб (НКТ).

Рассчитать на прочность колонну НКТ по исходным данным из таблицы 1.1.

Таблица 1.1- исходные данные

вариант параметр	8
Глубина спуска НКТ, м	2650
Типоразмер НКТ	73
Масса спускаемого оборудования, кг	2700
Типоразмер эксплуатационной колонны	168х9
внутреннее давление, МПа	6.4
Наружное давление, МПа	15
Средняя плотность жидкости, кг/м3	900

Решение:

1. 
   Расчет по страгивающей нагрузке.
   

Под страгиванием резьбового соединения понимают начало разъединения резьбы трубы и муфты. При страгивающей осевой нагрузке напряжение в трубе достигает предела текучести материала, а 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 ее поперечном сечении и без среза резьбы в ее основании.

= = 383,6 кН

где ­ средний диаметр тела трубы под резьбой в ее основной плоскости, м; ­ предел текучести для материала труб, Па (подобрать исходя из принятой группы прочности материала трубы); ­ минимальный диаметр трубы по впадинам резьбы, м; ­- минимальная толщина тела трубы под резьбой; ­ номинальная толщина стенки трубы, м; ­ угол профиля резьбы, для НКТ по ГОСТ 633-80 =60⁰; ­ угол трения, для стальных труб =9⁰; ­ длина резьбы, м. При расчете и необходимо учитывать конусность резьбы НКТ 1:16. Принимаем НКТ группы прочности «К» с пределом текучести материала 491 МПа.

= 5,5 - 1,412= 4,088 мм

= 70,48+1,412 = 71,89 мм

= = 0,42

Таблица 1.1- ГОСТ 633-80. Трубы гладкие с треугольной резьбой.

Условный диаметр трубы	Наружный диаметр DНКТ, мм	Толщина стенки S, мм	Наружный диаметр муфты Dм, мм	Масса 1 п.м q, кг	Высота резьбы, h, мм	Длина резьбы до основной плоскости l, мм
73	73,0	5,5	88,9	9,5	1,412	40,3

Максимальная растягивающая нагрузка при подвеске оборудования массой Mна колонне НКТ составляет:



= 9,81*2650*9,5+2700*9,81+7196,83*9,81 = 344,05кН

=900*2650*3.14*0,062² / 4= 7196.83 кг

где ­- глубина спуска НКТ; - ускорение свободного падения, м/с²; ­ масса погонного метра трубы с муфтами, кг/м; ­ масса поднимаемой жидкости в НКТ (считаем, что высота столба жидкости равна длине НКТ и плотность жидкости 850 кг/м³).

Если , то принимают одноступенчатую колонну труб.

2. 
   Расчет по действию внутреннего или внешнего давления.
   

При действии внешнего или внутреннего избыточного давлений дополнительно к осевым напряжениям действуют радиальные и кольцевые напряжения :

= =295,13 МПа

если наружное давление больше внутреннего

= - (15-6,4) = -8,6 МПа

= = 42,07 МПа

где и соответственно внутреннее и наружное давления.

По теории наибольших касательных напряжений находят эквивалентное напряжение:

= 295,13-8,6 = 286,53 МПа

где - наибольшее, а - наименьшее напряжение из осевых, радиальных и касательных напряжений, вычисленных ранее.

Затем эквивалентное напряжение сравнивается с пределом текучести материала труб, взятому с коэффициентом запаса прочности 1.35.





1.3 Расчет на действие изгибных напряжений.

При опоре низа колонны НКТ о забой или на пакер возникает продольный изгиб колонны труб.

При изгибе труб на большой длине возможно зависание колонны НКТ за счет трения о обсадную колонну. При этом максимальное осевое усилие, которое может передавать колонна НКТ на забой или на пакер с учетом силы трения рассчитывается по зависимости:



где - коэффициент трения колонны НКТ о обсадную колонну (принимаем равным 0.2); ­ радиальный зазор между наружной стенкой колонны НКТ и внутренней стенкой обсадной колонны, м; ­ коэффициент потери веса труб в жидкости т.е. отношение веса труб в жидкости к весу труб в воздухе, при этом колонна НКТ полностью погружена в жидкость; ­ модуль упругости материала НКТ (для стали ); момент инерции поперечного сечения трубы, м⁴.




м⁴



Тогда изгибное напряжение будет равно:



где осевой момент сопротивления сечения труб НКТ.

Где F₀ – площадь опасного сечения труб

м³



м²

= МПа

Сравнить изгибное напряжение с пределом текучести материала труб НКТ, взятому с коэффициентом запаса прочности 1.35.





Следовательно, изгибные напряжения в НКТ, изготовленных из стали Группы прочности «Д», не превышают предельно допустимого значения.

Задача 2. Расчет оборудования для освоения скважин.

Необходимо произвести освоение скважины глубиной H_скв с эксплуатационной колонной диаметром D_обс, в которую спущена колонна НКТ диаметром d. Скважина заполнена жидкостью плотностью ρ_ж до статического уровня Н_ст. Освоение скважины производиться с помощью сваба, который посредством каната диаметром d_к, свитым из проволок диаметром δ_пр (для всех вариантов δ_пр=1.0 мм) с коэффициентом наполнения К_кан(для всех вариантов К_кан=0.8), прикреплен к подъемному барабану диаметром D_бар (для всех вариантов D_бар=600 мм). Предел временного сопротивления материала каната σ_в=1200 МПа, модуль упругости материала каната E=2.1·10¹¹ Па.

1. Определить максимальную глубину погружения сваба под уровень жидкости h_погр исходя из условия прочности каната с учетом коэффициента запаса прочности S=2.

2. Определить за какое количество циклов свабирования уровень жидкости в скважине достигнет Н_дин, если при этом Р_заб=0,6 Р_пл.



Таблица 2- исходные данные

вариант параметр	8
Глубина скважины Hскв, м	2300
Статический уровень жидкости в скважине Нст, м	320
Плотность жидкости ρж, кг/м3	920
Тип подъемных труб	НКТ 114
Типоразмер эксплуатационной колонны	168х9
Диаметр каната dк, мм	18

Решение:

Максимальная нагрузка в точке А определяется как

_(2.1)

где - вес столба жидкости над свабом; ­ вес каната, находящегося над жидкостью; ­ вес каната, находящегося под уровнем жидкости.

Количество жидкости от устья до статического уровня:

Q₁=0,785D²Hст
где D- внутренний диаметр эксплуатационной колонны, м;

Q₁=0,785∙0,0759²∙320 = 1,44 м³

Количество жидкости на свабом:

Q₂=0,785(d_т²-dк²)h

где dт- диаметр подъемный труб, м;dк- диаметр каната, м;h- среднее погружение сваба под уровень, h=75-150 м

Q₂=0,785(0,0759²-0,018²)*150= 0,64 м³

Количество циклов свабирования

n = Q1 / Q₂ =1,44 / 0,64= 2,25

Таким образом, для достижения давления на забое скважины, равного 60% от пластового, необходимо произвести 3 цикла свабирования для данной скважины.

Вес столба жидкости над свабом:

P_ж=Q₂ρ = 0,64 ∙920=588,8 Н

Вес каната, находящегося над жидкостью:

P_кан=m_канgHст

где m_кан- масса одного метра каната, m_кан=1,22 кг.

P_кан= 1,22 *9.81*320 = 3829,8 Н

Вес каната, находящегося под жидкостью:

F_кан=m_канgH

H – максимальная глубина, на которую можно спустить сваб под уровень жидкости, м.

H =

H = м

F_кан = 1,22 *9.81*2308,81= 27548,52 Н

= 588,8 +3829,8+27548,52 = 31967.12 Н

Напряжение в точке А определяется как сумма растягивающих и изгибных напряжений

Рассчитаем величину изгибных напряжений в точке А по формуле

МПа

Формула для расчета растягивающих напряжений в точке А имеет вид





Условие прочности каната выражено неравенством



Подставив в неравенство формулу и выразив из получившегося выражения , получим


Задача 3. Расчет пакера.

Рассчитать:

а) минимальную осевую силу, необходимую для установки пакера;

б) геометрические характеристики пакера;

в) максимальную силу установки пакера;

Таблица 3- исходные данные к задаче 3

вариант параметр	8
Типоразмер обсадной колонны	146х9
Группа прочности обсадной колонны	758*106
Наружный диаметр корпуса пакера, мм	48
Перепад давления на пакере, МПа	70
Угол конуса плашки, градусов	12
Число плашек	3
Высота плашек, мм	150
Длина ходы плашки, мм	40

Рисунок 2- расчетная схема к задаче 3