Определение длины хода плунжера штангового насоса. Длина хода плунжера с учетом действия статических сил определяется по формуле [24]

Длина хода плунжера с учетом действия статических сил определяется по формуле [24]

, (2.25)

где S_А - длина хода точки подвеса штанг (полированного штока); λ - сумма статических деформаций; λш - деформация штанг под действием перепада давления над и под плунжером при ходе вверх,

. (2.26)

Здесь ΔРж - вес столба жидкости над плунжером,

, (2.27)

где F - площадь проходного сечения цилиндра; Рст - давление столба жидкости над плунжером; Рб - буферное давление в выкидной линии; Рг - потери давления, обусловленного сопротивлением потоку жидкости в трубах; Рс - давление под плунжером, определяемое глубиной погружения насоса под динамический уровень и сопротивлением потоку жидкости в клапанах насоса и в фильтре, Рс = Рд - Ркл; Еш - модуль упругости материала штанг; L - глубина подвески насоса; fш - площадь поперечного сечения штанг.

Деформация труб при ходе штанг вниз

. (2.28)

где ΔРж - вес столба жидкости над плунжером; Ет - модуль упругости материала труб; fт - площадь поперечного сечения труб (по металлу).

При ходе штанг вниз на них действует осевая сила, направленная вверх Рс. Эта сила вызвана сопротивлением потоку Жидкости в нагнетательном клапане и трением плунжера о цилиндр. Сила Рс вызывает сжатие и продольный изгиб нижней части колонны штанг.

Если эти силы не уравновешиваются утяжеленным низом штанг, то соответствующая деформация, уменьшающая длину хода плунжера, будет [24]

; (2.29)

, (2.30)

где Lсж = Рс /qш - длина сжатой части колонны; Rс - радиус спирали, по которой изогнута сжатая часть колонны,

; (2.31)

Dт - внутренний диаметр труб; dш - диаметр штанг; I - момент инерции поперечного сечения штанг; qш - вес 1 м длины штанг в жидкости.

Если осевая сила Рс < 10 кН, то можно использовать более простую формулу А. Лубинского для определения λиз:

. (2.32)

Определение длины хода плунжера с учетом статических и динамических сил. Согласно исследованиям А. Н. Адонина граница между статическим и динамическим режимами при откачке жидкости находится в зоне параметра Коши ω·L / а = 0,35 - 0,45, где ω = π·n / 30 - угловая скорость вращения кривошипа; а - скорость звука в штангах (а = 5100 м/с). При двухступенчатой колонне штанг с учетом сопротивлеления движению штанг в вязкой жидкости А. С. Вирновским получена зависимость:

(2.33)

где β1 = b ·L1 / a; b - константа трения, обычно равна 0,2 - 1,0 c^-1; μ1 - критерий Коши; fш – площадь сечения штанг;

- гиперболический синус.

Без учета сопротивления движению штанг в вязкой жидко­сти

(2.34)

Если колонна штанг одноступенчатая, в вязкой жидкости

(2.35)

без учета вязкости (β = 0)

(2.36)

Индексы 1 и 2 соответствуют верхней и нижней ступеням ко­лонны.

Задача 10. Определить длину хода плунжера по статической теории.

Исходные данные: диаметр плунжера Dпл = 43 мм, диаметр насосных штанг d = 22 мм, диаметр НКТ dт = 73 х 5,5 мм, глубина спуска насоса L = 1500 м, длина хода сальникого штока S = 2,1 м, динамический уровень hд = 1450 м, число качаний в минуту n = 9, плотность жидкости ρж =900 кг/м³, сила сопротивления движению плунжера Рс = 9 кН, буферное давление в выкидной линии - 1,0 МПа, кинематическая вязкость нефти ν = 0,1 см²/с при 80°С.

Решение. Определим параметр Коши по формуле (2.12):

.

Давление столба жидкости над плунжером

Потери давления за счет сопротивления потоку жидкости в трубах определим по соотношению

,

где средняя скорость в подъемных трубах

Число Рейнольдса

.

Коэффициент гидравлического сопротивления

.

.

Давление под плунжером (сопротивлением клапанов пренебрегаем)

.

Тогда вес столба жидкости над плунжером (формула (2.27))

.

Удлинение штанг (формула (2.26))

,

где площадь поперечного сечения штанг

.

Удлинение труб при ходе штанг вниз (формула (2.28))

,

Деформация штанг за счет силы сопротивления при ходе штанг вниз (формула (2.25))

Потери хода за счет изгиба штанг определим по формуле (2.32), так как Рс < 10 кН. Предварительно определим:

Осевой момент инерции для штанг

.

.

Длина хода плунжера при действии статических сил Pпл

.

Задача 11. Определить длину хода плунжера по статической и динамической теориям.

Исходные данные: диаметр плунжера Dпл = 43 мм, диаметр насосных штанг dш = 22 мм, диаметр НКТ - dт = 73 x 5,5 мм, глубина спуска насоса L = 1500 м, длина хода сальникого што­ка S = 2,1 м, динамический уровень hд = 1450 м, число качаний в минуту n = 15, плотность жидкости ρж = 900 кг/м³, сила сопротивления движению плунжера Рс = 4 кН, буферное давление в выкидной линии - 1,0 МПа, кинематическая вязкость нефти ν = 0,1 см²/с при 80°С.

Решение. Определим параметр Коши по формуле (2.12):

Следовательно, режим откачки находится в области динамических режимов.

Определим среднюю скорость в подъемных трубах:

Число Рейнольдса

.

Коэффициент гидравлического сопротивления

.

Потери давления за счет сопротивления потоку жидкости в трубах определим по соотношению

.

Вес столба жидкости над плунжером (формула (2.27))

.

Удлинение штанг (формула (2.26))

.

Удлинение труб при ходе штанг вниз (формула (2.28))

,

Сжатие штанг за счет силы сопротивления при ходе штанг вниз (формула (2.29))

.

Потери хода за счет изгиба штанг определим по формуле (2.32), так как Рс < 10 кН. Предварительно определим:

Длина хода плунжера при действии статических сил

.

Так как колонна штанг одноступенчатая, а жидкость вязкая, то за расчетную формулу выбираем (2.35). Определим параметр β1, выбирая b = 0,6:

Параметр μ в градусах

Длина хода плунжера по формуле (2.35)

Варианты заданий к главе 2 даны в табл. 2.6.

Таблица 2.6.

Варианты заданий к главе 2

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: