Определение нагрузки на штоке в точке подвеса штанг.

 

При работе УСШН в точке подвеса штанг возникают максимальные (при ходе вверх) и минимальные (при ходе вниз) нагрузки. Общая нагрузка при ра­боте установки слагается из следующих составляющих:

-статические (усилия от массы колонны штанг, столба жидкости внутри колонны НКТ; сил трения плунжера в цилиндре насоса и штанг о трубы и жид­кость);

-динамические (силы инерции движения колонны штанг, столба жидко­сти; колебания колонны штанг).

При расчете максимальной нагрузки в точке подвеса штанг существует две теории: статическая и динамическая. По исследованиям А.Н. Адонина гра­ница между статическими и динамическими режимами зависит от режима от­качки жидкости, характеризующийся параметрами ц, определяемый

(54)

где - угловая скорость вращения кривошипа, рад/с;

L- длина колонны штанг, м;

а- скорость распространения звука в материале штанг, м/с.

Если 0,45 - режим считается статическим,а при >0,45-динамический.

3.1.1 Максимальная нагрузка в ТПШ по элементарной теории

(55)

где Р_ж- усилие от массы столба жидкости внутри колонны НКТ, соответст­вующий динамическому уровню в скважине, н;

Р_ш- усилие от массы колонны насосных штанг, н;

в - коэффициент, характеризующий потерю массы колонны насосных штанг в жидкости

(56)

, - плотность соответственно материала штанг и жидкости, кг/м³;

ш - коэффициент, характеризующий фактор динамичности

(57)

S - длина хода ТПШ, м;

n - число двойных ходов ТПШ, мин^-1.

3.1.2. Максимальная нагрузка на основе динамической теории А.С.Вирновского с учетом колебаний колонны насосных штанг (для <0,785 и n<19мин^-1)

, (58)

где а - коэффициент, характеризующий отношение угла π/2 к углу поворота кривошипа, считая от начального неподвижного положения, при котором ско­рость достигает максимума (для 7СК8 а=1,15).

- диаметр плунжера насоса, мм;

- средневзвешенный диаметр штанг (для многоступенчатых штанговых колонн), мм;

- коэффициент, характеризующий отношение площадей просвета

, (59)

, - площади поперечного сечения соответственно плунжера, штанг(средневзвешенная) и внутри колонны НКТ, мм²;

- коэффициент, характеризующийся отношением

, (60)

- площадь поперечного сечения НКТ по металлу, мм²;

- удлинение колонны насосных штанг от усилия массы столба жидко­сти внутри НКТ

, (61)

Е - модуль упругости материала штанг, МПа;

а₁ - коэффициент, зависящий от кинематики станка-качалки

, (62)

- радиус кривошипа, м.

3.1.3. Максимальная нагрузка на основе динамической теории по
формуле И. А. Чарного

, (63)

где - коэффициент, характеризующий вибрацию колонн штанг.

3.1.4. Максимальная нагрузка на основе динамической теории по
эмпирической формуле А.Н. Адонина

, (64)

где т - кинематический коэффициент, определяемый

, (65)

l_Ш - длина шатуна, м

Задача 7 Определить максимальную нагрузку в ТПШ по известным выражениям и выделить наибольшую. Ис­ходные данные приводятся в таблице 6.

Таблица 6. - Определение максимальной нагрузки в ТПШ