Расчет НКТ по аварийной нагрузке при эксплуатации ШГНУ

Аварийная нагрузка на НКТ возникает в случае обрыва шганг в процессе работы или спуска насоса в скважину [24]:

, (4.52)

где Рт - вес труб без учета погружения их в жидкость; Рш.ж - вес штанг с учетом погружения их в жидкость; Рж - вес столба жидкости в трубах; Рi ш - сила инерция от массы оборвавшейся колонны штанг.

Вес колонны НКТ определяется по формуле

, (4.53)

где Lт - длина колонны НКТ; qт - масса 1 п.м НКТ с учетом муфт; g - ускорение свободного падения.

Если предусматривается большое заглубление насоса под динамический уровень, то следует учесть облегчение в жидкости:

, (4.54)

где Lт2 - длина участка колонны НКТ ниже динамического уровня.

Вес штанг в жидкости

, (4.55)

где Lш - длина колонны штанг; qш - масса 1 п.м колонны шганг, ρшт - плотность материала штанг.

Вес столба жидкости в трубах

, (4.56)

где d - внутренний диаметр НКТ.

Сила инерции от массы оборвавшейся колонны штанг определяется по ускорению падения

, (4.57)

где fш - площадь поперечного сечения штанг; gп - ускорение падения штанг (gп = 3 ÷ 6 м/с²).

Для определения ускорения падения штанг в трубах рассмотрим две ситуации:

1) обрыв штанг в процессе работы насоса, который чаще всего и происходит. Максимальная длина хода плунжера наcoca у обычных СК- 3 м, у длинно-ходовых СК-6 м. Учитывая, что падение происходит в столбе жидкости, ускорение падения не превысит 3 ÷ 6 м/с²;

2) обрыв штанг в процессе спуска плунжера (насоса НГН или насоса НГВ редкий случай).

В этом случае ускорение падения может достигнуть 9,81 м/с², однако установившийся в НКТ статический уровень жидкости самортизирует усилие от падающих штанг, погасив ускорение. Кроме того, в этом случае на трубы не действует вес столба жидкости, что снижает общую нагрузку на НКТ. Таким образом, целесообразно принимать ускорение падения штанг в пределах 3 ÷ 6 м/с² в соответствии с длиной хода насоса.

Полученную аварийную нагрузку сопоставляют с расчетной (страгивающей или предельной нагрузкой):

, (4.58)

где n = 1,1 ÷ 1,15.

Пример расчета аварийной нагрузки на колонну гладких НКТ

Задача 23

Рассчитать аварийную нагрузку на гладкие НКТ 60 x 5 мм длиной 1400 м при спущенном в них насосе НГН на штангах диаметром 16 мм на глубину 1200 м. Динамический уровень - 1150 м, ρж = 900 кг/м³.

Решение

Определим вес труб по формуле (4.54):

Вес штанг в жидкости определим по формуле (4.55).

Штанги диаметром 16 мм; fш = 2,01 см²; qш = l,67 кг/м; Dм = 38 мм; диаметр муфты меньше внутреннего диаметра НКТ на 12 мм:

Вес столба жидкости в трубах (формула (4.56))

Сила инерции от оборвавшихся штанг по формуле (4.57)

Аварийная нагрузка на НКТ (формула (4.52))

Страгивающую нагрузку на гладкие НКТ 60 x 5 мм определим по формуле (1.11).

Для НКТ 60 х 5 мм q = 6,96 кг/м; Lp = 29,3 мм; h₁ = 1,41 мм.

Найдем: b = 5,0 - 1,41 = 3,59 мм; d = 60,3 - 2·5 = 50,3 мм;

Коэффициент запаса по страгивающей нагрузке из формулы (4.58)

Трубы выдерживают аварийную нагрузку с запасом 1,4.