Задача Прочностной расчет насоснокомпрессорных труб (нкт)

• Название: Задача Прочностной расчет насоснокомпрессорных труб (нкт)
• Дата: 02.01.2021
• Размер: 1.37 Mb.
• Имя файла: 1.docx
• Тип: Задача; #165535
• страница: 1 из 4

Федеральное агентство по образованию

ФГАОУ ВПО “Сибирский Федеральный Университет”

Институт Нефти и Газа

Кафедра “Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов”

Задачи

По дисциплине:

«Машины и Оборудование для Добычи и Подготовки Нефти и Газа»

Красноярск, 2020 г.

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	2
Глубина спуска НКТ, м	1500
Типоразмер НКТ	48
Масса спускаемого оборудования, кг	4200
Типоразмер эксплуатационной колонны	146х9
внутреннее давление, МПа	6.0
Наружное давление, МПа	2
Средняя плотность жидкости, кг/м3	720

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.

= = 82098 Н

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.

= 4 - 1,412= 2.58 мм

= 40,3+1,412 = 41.7 мм

= = 0.35

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
48	48,3	4,0	55,9	4,46	1,412	22,3

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



= 9,81*1500*4,46+4200*9,81+2712.96*9,81 = 133445

=720*1500*3.14*0,040² / 2 = 2712.96 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.

Если , то рассчитывают колонну со ступенями различного диаметра.

Глубины спуска для различных колонн определяют из зависимости (колонны нумеруются снизу вверх):

= = 98,1 м

2. 
   Расчет по действию внутреннего или внешнего давления.
   

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

= =54448149 Па

=21,7 МПа

если наружное давление больше внутреннего

= - (2-6) = 4 МПа

= = 24 МПа

где и соответственно внутреннее и наружное давления.

По теории наибольших касательных напряжений находят эквивалентное напряжение:

= 24-(4) = 20 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.

= 0.000000134м⁴

 =1  

= 16700

Тогда изгибное напряжение будет равно:



где осевой момент сопротивления сечения труб НКТ.

Где F₀ – площадь опасного сечения труб

= 0.0000046

= 0.00031

= 16700*( + ) = 70207924 Па = 70,2 МПа

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





В случае превышения изгибных напряжений над допускаемым напряжением необходимо использовать группу прочности материала трубы с другим пределом текучести, или использовать больший диаметр труб НКТ.

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	2
Глубина скважины Hскв, м	1000
Статический уровень жидкости в скважине Нст, м	150
Плотность жидкости ρж, кг/м3	900
Тип подъемных труб	НКТ 89
Типоразмер эксплуатационной колонны	146х8
Диаметр каната dк, мм	16

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∙150 = 0.662 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(0,0759²-0,016²)*150= 0.648 м³

Количество циклов свабирования

n = Q1 / Q₂ =0.662 / 0.648= 1

Вес столба жидкости над свабом:

P_ж=Q₂ρ = 0.662 ∙900=595.8 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*150 = 1795 Н

Вес каната, находящегося под жидкостью:

F_кан=m_канgH

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

H =

H = = 914 м

F_кан = 1,22 *9.81*914= 10938 Н

= 595.8 +1795+10938 = 13328 Н

Напряжение в точке А определяется как сумма растягивающих и изгибных напряжений.

_(2.2)

При этом растягивающие напряжения могут быть определены как

(2.3)

= = 82902070 Па = 82,9 МПа

Изгибные напряжения:

(2.4)

= = 340909090 Па = 340,09 МПа

= 82,9 +340,09 = 422.9 МПа

Условие прочности для каната:

(2.5)

422.9 Мпа = 600 Мпа

Задача 3. Расчет пакера.

Рассчитать:

а) минимальную осевую силу, необходимую для установки пакера;

б) геометрические характеристики пакера;

в) максимальную силу установки пакера;

Необходимые исходные данные смотри в таблице 3.

Таблица 3- исходные данные к задаче 3

вариант параметр	2
Типоразмер обсадной колонны	146х9
Группа прочности обсадной колонны	К
Наружный диаметр корпуса пакера, мм	73
Перепад давления на пакере, МПа	25
Угол конуса плашки, градусов	10
Число плашек	4
Высота плашек, мм	160
Длина ходы плашки, мм	30

Рисунок 2- расчетная схема к задаче 3