Станок качалка8-3,5-4000

       n= мин^-1

   Определим параметры работы насоса аналитическим методом, исходя из минимума напряжений в штангах.

   Зададимся стандартными значениями Sа и n и по формулам (2.2) - (2.4) определим Fпл и Dпл и составим табл. 1.1.

    

                                                                                                                                       Таблица 1.1

№ реж	S, м	n	Fпл,   см2	Dпл,   см
1	1,675	10,84	12,88	4,05
2	2,1	9,33	11,95	3,9
3	2,5	8,3	11,23	3,78
4	3,0	7,35	10,6	3,67
5	3,5	6,63	10,08	3,58
6	5,52	5	10,02	3,57
7	2,28	9	13,45	4,14
8	1,48	12	15,53	4,45

 

 

        Масса одного погонного метра  колонны штанг

      q= 2.35 кг/м

   Таким образом, исходя из табл. 1.1 видно, что  наиболее приемлемыми режимами работы насоса при среднем коэффициенте подачи насоса η = 0,7 являются 4-й и 5-й.

      Для выбора оптимального режима определим  максимальные значения нагрузок в точке подвеса штанг по формуле:

      

где

       ;

      

         Наиболее выгодным режимом будет 5-й, при котором Рmax = 44 кН наименьшая. Минимальную нагрузку найдем по формуле:

 

Определим максимальное и минимальное напряжения   и  по формуле:

      

      

      

      

      По  табл. 2.1 - 2.3 выбираем штанги из стали 20Н2М, нормализация с поверхностным упрочнением нагревом ТВЧ, σпр. доп = 130 МПа для некоррозионных условий.

      Коэффициент запаса прочности штанг составит:

      

Определим необходимое число качаний при  использовании стандартного диаметра плунжера (для 1-го режима это будет 43 мм). По формуле:

      

     Для насоса НВ1С-38-18-15 допустимы длина хода 3,5м и глубина спуска 1500 м. Диаметр

НКТ 73 x 7 мм.

(Определим  диаметр шкива электродвигателя  для нестандартного числа качаний  по формуле):

      

Таким образом, в результате аналитического расчета мы  выбрали более прочные штанги из стали 20Н2М по сравнению с таблично-графическим расчетом.

 
 

2.2. Определение нагрузок  на головку балансира  станка-качалки

 

    Определим максимальную и минимальную нагрузки на головку балансира по различным теориям и сравним их.

      Определим параметр Коши, а = 4600 м/с;

      

      

          Режим динамический, следовательно,  формулы динамической теории  дадут наиболее правильную нагрузку.

1)       Статическая теория.

Определим Рж, учитывая, что Рб = 0, =1350м:

       ;

       .

Для СК-8  S_А = 3,5 м, 12 мин^-1. Тогда

       .

Вес штанг в воздухе

       ;

       ;

       .

2)       Формулы А. С. Вирновского (2.18)  - (2.20).

       ;

                ;

;

Тогда

       ;

         м;

         м ;

       = = м ;

       = 0,507 ;

       = 0,735.

Для 7СК8-3,5-4000  при S_А = 3,5 м [2]

       ;  ;               ;   .

Исходя  из вычисленных коэффициентов:

 

По формуле (2.19)

 

 

3)       Упрощенные формулы А. С. Вирновского:

 55394 Н;

        Н.

4)       Формула И. А. Чарного

       рад/с= ;

= 46441 Н;

= 21573 Н

5) Формула  А. Н. Адонина

        ;

   Таким образом, принимая за основу нагрузку, рассчитанную по формулам А. С. Вирновского, можно сказать, что наиболее близкие  значения по Рmax дают формулы   Адонина А. Н.  (-1675) и упрощенная формула А. С. Вирновского (-4969); по Рmin наиболее близкие значения дают упрощенная формула А. С. Вирновского (+2624 Н) и формула И. М. Муравьева (-5404Н).

   Оценивая  трудоемкость расчетов, следует отметить, что для оценочных, приближенных расчетов следует пользоваться формулой для Рmax Муравьева И. М. (2.13) и уточненной автором для Рmin (2.17) , а для конструкторских или точных технологических расчетов следует пользоваться формулами А. С. Вирновского или А. Н. Адонина.

 

                     2.3. Определение длины хода плунжера штангового насоса

 

 

  1) Определим  длину хода плунжера по статической  теории.

Исходные данные: сила сопротивления движению плунжера Рс = 5 кН, буферное давление в выкидной линии Рб= 0,8 МПа, кинематическая вязкость нефти ν = 0,1 см²/с при 80°С.

        Давление столба жидкости над  плунжером

      

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

       ,

где средняя  скорость в подъемных трубах

       = = =0,324 м/с

Число Рейнольдса

       .

Коэффициент гидравлического сопротивления

       .

        Н/м =0,035 МПа.

Давление  под плунжером (сопротивлением клапанов пренебрегаем)

       .

Тогда вес столба жидкости над плунжером:

       Н=

      =14 Кн.                                                  

Удлинение штанг:

         м,

      

Удлинение труб при ходе штанг вниз:

         м ,

       = = м ;

Деформация  штанг за счет силы сопротивления  при ходе штанг вниз

         = 0,178 м

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

        мм = 0,02 м

        м

Осевой  момент инерции для штанг

        м .

        

Длина хода плунжера при действии статических  сил Pпл

 м.

2) Определиv длину хода плунжера по динамической теории.

Определим параметр β1, выбирая b = 0,6:

       =

      

Параметр μ в градусах

       рад/с = 21,78 ;    cos 21,78 =0,93

Длина хода плунжера по формуле:

        м.

 

 

 
 
 

 

2.4. Расчет производительности  и определение  коэффициента подачи  ШГНУ

 

 

 Определим производительность и коэффициент подачи ШГНУ по различным формулам и сравним их. Забойное давление   Рзаб = 3 МПа,  содержание воды  n_в = 0,25, глубина скважины H=1500 м,  динамический  уровень м.

      Плотность жидкости

       887,5 кг/м

Вес столба жидкости над плунжером, полагая, что Рбуф = 0,

        Н

1)       Определим производительность по теории А. М. Юрчука.

Предварительно  определим:

        м;

 

     ;

 

    

2)       Производительность по формуле А. Н. Адонина

 

 Режим откачки  статический, Dпл = 38, m = 1,

            

                        =  66,38 м /с.

3)       Производительность по формуле А. С. Вирновcкого

              м /с.

4)    Определим  производительность при условии, что h = 0,6 с^-1:

                               = м /с.

5)    Определим производительность , полагая, что сила сопротивления движению плунжера Рc = 5 кН.

Найдем  λ:

        м.

Найдем  производительность по формуле:

        м /с.

           Таким образом, производительность  по первым трем формулам не отличается. Существенные отличия наблюдаем при наличии силы сопротивления и с учетом гидродинамического сопротивления при высоких константах трения h > 0,6 с^-1.

6) Определим  коэффициент подачи:

 

    м /сут

Коэффициент подачи :

        

c учетом вязкости жидкости

      

с учетом силы сопротивления