Расчет колонны НКТ При проверке труб на растяжение наиболее часто сравнивается фактическая вертикальная нагрузка со страгивающей нагрузкой резьбового

Расчет колонны НКТ

При проверке труб на растяжение наиболее часто сравнивается фактическая вертикальная нагрузка со страгивающей нагрузкой резьбового соединения, величину которую можно выбрать по таблицам или определить по формуле Ф. И. Яковлева, уточненной П. П. Шумиловым
Рстр=π∙Dср∙b∙σт1+η∙Dср2l∙ctg(β+φ)∙1n,
где Dcp – средний диаметр тела трубы под резьбой в ее основной плоскости, м,
Для трубы условным диаметром D = 0,048 м Dcp=0,0443 м.
b – толщина тела трубы в нарезанной части по основной плоскости, м;
σT- предел текучести материала труб, Па;
σT=380∙106Па,
l – длина резьбы, м; l = 0.096 м,
β- угол профиля резьбы, β=600;
φ- угол трения, φ=8…100;
η- поправочный коэффициент;
n- коэффициент запаса, n=1,3;
η=bS+b
где s- номинальная толщина трубы, м.
η=0,00250,004+0,0025=0,384,
Рстр=3,14∙0,0443∙0,0025∙380∙1061+0,384∙0,04432∙0,096∙ctg(60+10)∙11,3=98595 Н,
Условие прочности выполняется, если
Q≤Рстр,

где Рстр – допускаемая страгивающая нагрузка, Н;
Q – осевая нагрузка, Н.
Осевая нагрузка определяется следующим образом:
при колонне из труб различного диаметра, спущенной без пакера
Q=qi∙li,
где qi- вес в воздухе одного метра труб, рассматриваемой секции Н/м;
li – длина данной секции труб, м.
Q=4.4∙9.81∙1500=70116,4 Н,
70116,4≤98595 Н,
Условие прочности выполняется.

1. 2Расчет НКТ при избыточном внутреннем давлении

В данном случае отношение предельного давления к фактическому не должно быть ниже 1,3.
Предельное давление определяется по формуле
Pт=1,75∙δ∙σтD,
где QUOTE δ- – толщина стенки трубы, м.
Pт=1,75∙0,004∙380∙1060,048=55,4 МПа,
Фактическое избыточное давление определяется следующим образом:
при эксплуатации нефтяных скважин с пакером
Pвн=Pзаб-ρв∙g∙H+ρв-ρн∙L∙g,
где Pзаб- забойное давление, Па;
Н — QUOTE H- глубина скважины, м;
QUOTE L- L — глубина спуска труб, м;
Pвн=13∙106-1100∙9.81∙1800+1100-900∙1500∙9.81=-3.48 МПа,

при освоении скважины
Pвн=Pос+ρос-ρн∙L∙g,
где QUOTE Pос- Pос — давление на устье при освоении скважины, Па;
ρос – QUOTE ρос- плотность жидкости, закачиваемой при освоении скважины, кг/м3.
Pвн=10∙106+1400-900∙1500∙9,81=17,35 МПа,
В обоих случаях отношение предельного давления к фактическому не ниже 1,3.

Расчет НКТ при совместном действии осевого усилия и внутреннего давления

В этом случае определяется эквивалентное напряжение по четвертой теории прочности
σэкв=σz2+σr2+σt2-σz∙σt-σz∙σr-σr∙σt,
где QUOTE σz- σz — осевое напряжение, Па
σz=QF=70116.40,0022=31,9 МПа,
F – площадь сечения тела трубы, м2.
QUOTE σt- σt — тангенциальное напряжение, Па
σt=0,875∙D2S∙Рвн=0,875∙0,0482∙0,004∙17,35∙106=91,1 МПа,
σr — QUOTE στ- радиальное напряжение, Па
σr=-Рвн= -17.35 МПа.
σэкв=31,92+17,352+91,12-31,9∙91,1-31,9∙-17,35-(-17.35∙91.1)=94.05 МПа.
Условие прочности
σэкв≤σтn=3801,25=304 МПа.
где n- коэффициент запаса прочности, n1= 1,2…1,25.
1.4 Расчет НКТ при продольном изгибе

Проверку НКТ на продольный изгиб производят при применении механических пакеров. При этом определяют критическую сжимающую нагрузку, возможность зависания НКТ в скважине и прочность изогнутого участка колонны.
Критическая нагрузка при установке пакера
Pкр=3.53Е∙J∙λ2∙qi2,
где J — момент инерции поперечного сечения трубы, м4,
λ – коэффициент, учитывающий снижение веса труб в жидкости
J=π64∙Dн4-di4,
J=3,1464∙0,04834-0,04034=0,000000138 м4,

λ=1-ρнρтр,
λ=1-9007300=1,123,
Pкр=3.532∙106∙1,38∙10-8∙1,1232∙70116,42=418638 Н,
где ρтр – плотность материала труб.
Запас устойчивости для предотвращения продольного изгиба
nу=РкрQ=41863670116,4=5,97 ≥nу=3…4.
Условие прочности выполняется.

2 Расчет подъемника газовой скважины

Одним из критериев при расчете диаметра подъемника газовой скважины является обеспечение выноса с забоя твердых или жидких частиц, содержащихся в продукции.
Вынос этих частиц зависит от скорости газового потока у башмака труб Vг. Основное условие выноса следующее
Vг=1,2∙Vкр,
Где Vкр – критическая скорость, при которой твердые или жидкие частицы находятся в потоке газа во взвешенном состоянии, м/с.
2.1 Расчет выноса твердых частиц
В этом случае критическая скорость зависит от режима течения газа и диаметра выносимых частиц.
Режим течения определяется параметром Рейнольдса
Re=Vкрт∙dт∙ρтμг,
или параметром Архимеда
Ar=dт3∙ρг∙g∙(ρт-ρг)μг2,
где dт – диаметр твердой частицы, м; dт = 0,002м;
ρт – плотность твердых частиц, кг/м3,
Ar=0,0023∙1,1∙9,81∙(1800-1,1)(1,2∙10-5)2=1078440,
Режим – турбулентный.
Критическая скорость при турбулентном режиме
Vкрт=5,46dт(ρт-ρг)ρг,
где ρг – плотность газа при давлении и температуре у башмака труб, кг/м3;
Vкрт=5,460,002(1800-1,1)1,1=9,87 м/с,
Скорость газового потока у башмака труб:
Vт=1,2∙Vкрт=1,2∙9,87=11,84мс,
Внутренний диаметр подъемника, м
dвн=0,1108∙Qг∙pд∙Tзаб∙zзабVг∙pзаб∙Tст,
где Qг – дебит газа, тыс. м3/сут.
dвн=0,1108∙1,1∙105∙337∙111,84∙13∙60=0,085 м,
Длина подъемника принимается равной глубине скважины, поэтому давление и температура у башмака подъемника равны соответственно забойным.

2.2 Расчет выноса жидких капель

Критическая скорость выноса жидких капель с забоя газовой скважины, м/с
Vкр.ж=16,47(45-0,455∙pзаб)0,25pзаб,
Где pзаб – забойное давление, МПа.
Vкр.ж=16,47(45-0,455∙13)0,2513=11,42 м/с,
Внутренний диаметр подъемника
dвн=0,1108∙1,1∙105∙337∙111,42∙13∙60=0,089 м,
Если в продукции скважины имеются твердые и жидкие частицы, то при расчете диаметра подъемника из полученных двух значений диаметра выбирают наименьше.
dвн=0,089 м.

9 Расчет сосудов для подготовки и хранения добываемой продукции

9.1 Расчет обечайки

Расчетным давлением сосудов служит пробное давление испытания Рпр
— для сварных сосудов при рабочем давлении МПа и более
Рпр=1,25∙Рв∙(σ)20(σt),
— для литых сосудов при любом давлении
Рпр=1,5∙Рв∙(σ)20(σt),
Где (σ)20, σt – соответственно допускаемое напряжение при 200С и рабочей температуре, Па.
Допускаемое напряжение при рабочей температуре определяется по формулам (берется меньшее из них).
σt≤σв2.6, или σt≤σt1.5,
где σв– предел прочности стали, Па;
σt – предел текучести стали, Па.
σt≤4102.6=157.7 МПа, или σt≤2401.5=160 МПа,
Для расчета примем предел прочности σt=157,7 МПа.
Толстостенные сосуды, работающие под давлением от 10 МПа до 100 МПа, рассчитывают с учетом их предельного состояния.
Допускаемая величина определяется по формуле
lnβ=Рв(φ∙σt),
где — коэффициент, зависящий от способа сварки, φ = 0,8.
Рв – рабочее давление, МПа,
lnβ=12,3∙106(0,8∙157,7∙106)=0,097,

Толщина стенки сосуда определяется по формуле
S=0.5∙Dв∙β-1+c,
где с – поправка на коррозию, м.
S=0.5∙1,2∙1,021-1+0,005=0,065 м,
При расчете толстостенных сосудов следует учитывать температурное напряжение.
Дополнительное температурное напряжение на внутренней стенке сосуда
σte=E∙α∙(tн-tв)(1-μ)∙2Rн2Rн2-Rв2-1lnRн-lnRв,
где соответственно модуль упругости, температурный коэффициент линейного расширения и коэффициент Пуассона.
σte=2∙106∙12.1∙10-6∙(38-12)(1-0.3)∙2∙0.66520.6652-0.62-1ln0.665-ln0.6=9,2 МПа,
Суммарное напряжение на внутренней стенке сосуда
σвн=Рв∙(Rн2+(Rв+с)2)(Rн2-(Rв+с)2+σte,

σвн=12,3∙106∙(0,6652+(0,6+0,005)2)(0,6652-(0,62+0,005)2+8,99=139,6 МПа <σt=157,7 МПа,
Условие прочности выполняется.

9.2 Расчет днища

Днище коробовой формы
Расчетная толщина стенки днища
S’=Рв∙Rв∙У2φ∙σt-0,5Рв+c
где У – коэффициент перенапряжения днища, У=1,3;
RВ – радиус кривой днища, м, RВ=1200 мм,
S’=12,3∙106∙1,2∙1,32∙0,8∙157,7∙106-0,5∙12,3∙106+0,005=0,083 м,

9.3 Расчет технологических штуцеров
Диаметр штуцеров для газа
dшг=1,13∙qгWг,
где QUOTE qr- qг – секундный объемный расход газа, м3/с;
Wг- скорость газа в штуцере, м/с.
dшг=1,13∙0,67232,5=0,162 м,
Диаметр штуцеров для жидкости
dшг=1,13∙qжWж,
где QUOTE qж- qж– секундный объемный расход жидкости, м3/с;
Wж – QUOTE wж- скорость жидкости в штуцере, м/с.
dшг=1,13∙1,371,5=1,08 м,

Диаметр сливного патрубка
dшг=1,13∙qслWсл∙n,
где qсл – QUOTE qсл- количество жидкости, стекающей по сливным патрубкам;
Wсл QUOTE wсл- – QUOTE qсл- скорость жидкости в сливном патрубке, м/с;
n – количество сливных патрубков, n = 2.
dшг=1,13∙0.270.25∙2=0.83 м.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

18 + 8 =

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

Adblock detector