Задача Прочностной расчет насоснокомпрессорных труб (нкт)
 Скачать 1.37 Mb.
|
|
Решение Определение наименьшей величины осевой силы Q, действующей на пакер, обеспечивающей герметичное разобщение ствола скважины по вертикали проводится по формуле:  (3.1)где  - перепад давления, воспринимаемый пакером, Па;  - площадь поперечного сечения уплотнительного элемента в деформированном состоянии, м2; G- модуль сдвига резины, Па (для всех вариантов 10 МПа);  - радиус резины после деформации, м;  - наружный радиус резины до деформации,  =1.13 для обсадных колонн 146, 168 мм, =1.07-1.09 для обсадных колонн 178 и 299 мм;  внутренний радиус уплотнительного элемента, м (совпадает с радиусом корпуса пакера).F = πR2 – πr2 = 3,14*(0,048 2 – 0,02 2) = 0.00597 м2  0.111*25*106 *0.00597+ 33093772 Па Определение наибольшей высоты уплотнительного элемента пакера, м:  (3.2)hmax =  = 0.62 мгде  - коэффициент трения резины о сталь, принимаем равным 0.6.Определение оптимальной длины хода штока пакера:  (3.3)S =  = 0.0296Определение предельной осевой нагрузки на плашечный захват пакера, при котором не происходит разрушения обсадной колонны:  (3.4)где  - предел текучести материала обсадной трубы, Па;  - внешний диаметр обсадной колонны, м;  - внутренний диаметр обсадной колонны, м;  - угол конуса плашки;  - количество плашек;  - осевая длина плашки, м;  длина хорды плашки в диаметральном сечении, м;  стрела профиля плашки, м.  13304 Задача 4. Выбор фонтанной арматуры. 1. Подобрать диаметр штуцера фонтанной арматуры для обеспечения требуемого дебита скважины Q по известным коэффициенту продуктивности K (для всех вариантов 3·10-6 м3/Па·сут), показателю режима фильтрации n (для всех вариантов 1.25), а также величине пластового давления Pпл. Также в результате расчета будет известно устьевое (буферное) давление, которое позволит подобрать рабочее давление фонтанной арматуры. 2. Необходимо подобрать фонтанную арматуру с указанием её обозначения для заданных условий, рассчитать толщину стенок. Исходные данные смотри в таблице 4. Таблица 4- исходные данные к задаче 4
Решение 1. По основному уравнению притока (  ) найти требуемое забойное давление  , которое обеспечит необходимый дебит Q c учетом заданных коэффициента продуктивности K и показателя режима фильтрации n. =  = 27626551 Па = 27,6 МПаЗатем для расчета устьевого давления, воспользоваться зависимостью:  (4.1)где  - устьевое (буферное) давление, Па;  - средняя плотность жидкости по стволу скважины (принять для всех вариантов =720 кг/м3);  - глубина до интервала перфорации, м;  - потери давления на трение в подъемных трубах ( , где  для чисел Рейнольдса до  2300, число Рейнольдса рассчитываем по зависимости  , при этом d- внутренний диаметр подъемных труб, м; L- длина подъемных труб, м; υ- скорость течения жидкости в подъемных трубах, м/с; ν- кинематическая вязкость пластовой жидкости (для всех вариантов принять равной 10-4 м2/с). V =  = 1.57 м /cR = (0,075*1.57 / 10-4) = 1177.5  = 64 / 1177.5= 0.05 = 9.81*720*0.05* = 1064836 Па = 27626551 -720*9,81*2300- 1064836 = 10316355 Па = 10,31 МПаТребуемое устьевое давление обеспечит штуцер с диаметром отверстия dшт, который можно найти из следующей зависимости:  (4.2)где  диаметр отверстия штуцера, м;  внутренний диаметр бокового отвода фонтанной арматуры, м (выбирается из стандартного ряда 50, 65, 80, 100 и 150 мм таким, чтобы скорость движения жидкости в нем  была не менее 0.5 м/с и не более 5 м/с;  скорость движения жидкости в отверстии штуцера, м/с.dшт по формуле:   Vшт =  = 1.53 м /cР у =  = 657.9 Па2. Рекомендации для подбора фонтанной арматуры: Для низких и средних давлений (7-35 МПа) рекомендуют применять тройниковую арматуру, для средних и высоких давлений (70-105 Мпа) крестовую арматуру. Скорости движения жидкости в вертикальной части и боковых отводах должны находиться в пределах 0.5-5 м/с, исходя из этого подбирается диаметр у При наличии значительного количества механических примесей (свыше 100 мг/л) необходимо предусмотреть дополнительные отводы. При этом плотность песка принять равной 1700 кг/м3. Для низких давлений (7-14 Мпа) применяются пробковые краны, при более высоких давлениях- прямоточные задвижки. Толщину стенок фонтанной арматуры рассчитывают по зависимости:  (4.3)где - внутренний диаметр рассчитываемого сечения фонтанной арматуры, м;  - давление опрессовки, Па; - предел текучести материала арматуры, Па (принять для всех вариантов равным 550 МПа);  - увеличение толщины стенки, учитывающее коррозию за весь срок службы (срок службы 25 лет, при этом потеря толщины стенки в год для обычного исполнения 0.01 мм/год, К1- 0.05 мм/год, К2- 0.1 мм/год, К3- 0.3 мм/год), м.S =  -1 )+ 0.01 = 0.011 ммЗадача 5. Расчет фланцевого соединения фонтанной арматуры. Рассчитать на прочность фланцевое соединение фонтанной арматуры, подобранной в задаче 4, с указанием необходимого количества шпилек.  Рисунок 3- конструкция и размеры фланцевого соединения Из результатов решения задачи 4 (условный диаметр прохода, рабочее давление) подобрать из таблицы 5.1 размеры прокладки и размеры шпилек. Таблица 5.1- размеры фланцевых соединений.
Затем по дополнительным исходным данным из таблицы 5.2 по указаниям, приведенным ниже, рассчитать количество шпилек, необходимое для фланцевого соединения. Таблица 5.2- исходные данные к задаче 5
Решение Расчетная нагрузка на фланцевое соединение складывается из усилия на шпильки при их предварительной затяжке и усилий, возникающих в процессе эксплуатации арматуры. Также учитываются изгибающий момент от массы боковых отводов и влияние разности температур между проходящей жидкостью или газом и окружающей средой. Нагрузка на шпильки от их предварительной затяжки:  (5.1)где  - средний диаметр прокладки, м;  - ширина прокладки, подвергающейся упругой деформации, м (bo=1-1.5мм, для давлений 70 МПа и выше bo=2.5-3.5мм);  - удельное давление смятия прокладки, Па (для прокладки из стали 08кп =125 МПа). = 3.14 *0.101*1.3*125*106 = 51535250 нЭксплуатационная нагрузка складывается из: а) Силы давления перекачиваемой среды  (5.2) = (3.14 / 4)*0.1012*1.25*10,31 *106 = 103200 нгде p- давление опрессовки, Па. б) сила давления на прокладку для обеспечения герметичности соединения  (5.3) =2*5.5*1.25*10,31 *106 *0.101*1.3*3.14 = 58446127 нгде m- эмпирический прокладочный коэффициент (для прокладки из стали 08кп принять равным 5.5). в) сила изгибающего момента от массы боковых отводов фонтанной арматуры:  (5.4)М = 2*500= 1000  =  = 7434 где M– изгибающий момент от массы отвода и линий, идущих к манифольду; Dш– диаметр окружности центров отверстий под шпильки. г) усилие от температурной деформации возникает из-за того, что при повышенной разнице в температуре перекачиваемой и окружающей среды внутренние и наружные элементы фонтанной арматуры подвержены разным температурным деформациям, что создает дополнительные нагрузки.  (5.5) (5.6)где Δt– превышение температуры прокладок и фланцев по сравнению с температуры шпилек, при расчетах полагают, что фланцы, приваренные встык, нагреваются до температуры среды в трубопроводе, а температура шпилек составляет около 0.95 температуры фланца; lш– рабочая высота шпильки, м (расстояние между серединами гаек); α коэффициент линейного расширения материала фланцев и шпилек (для стали α=10-5 град-1); Eш, Епр– модуль упругости шпилек и прокладки (для стали равен 2.1·1011 Па); Fш , Fпр– площадь поперечного сечения шпилек и прокладки, м2; H– конструктивная высота прокладки, м (H=2.2b, где b– ширина прокладки); D– внешний диаметр прокладки, м; D1– диаметр фаски прокладки, м (меньше внешнего диаметра прокладки на 5-10 мм); γ– угол наклона стенки канавки под прокладку (γ– 670). l = 2.2*0.012 – (0.101- 95)*tg(670) / 2 =111.8 мм Fш= 3.14*0.022 /4 = 0.000314 м2 Fпр = 3.14*0.1012 /4 = 0.008 м2 Pt = (0.05*0.088*10-5) /( (0.088/(2.1·1011 *0.000314))+(0.111/(2.1·1011 *0.008)) ) = 31.41 В итоге эксплуатационная нагрузка равна:  (5.7) = 103200+58446127+7434 +31.41= 58556792 Н В качестве расчетной нагрузки P принимается наибольшее из двух значений Pш1 или Pш2. = 58556792 Н По величине расчетной нагрузки P определяется число шпилек фланцевого соединения:  (5.8)где  - коэффициент запаса прочности шпилек ( =1.25); dо– внутренний диаметр резьбы шпильки, м; – предел текучести материала шпилек ( =550 МПа). Полученное значение количества шпилек округлить до ближайшего большего кратного 4. z =  = 480.84 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||