Расчетная часть-Расчет скважинного клапана - отсекателя-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

Расчетная часть-Расчет скважинного клапана - отсекателя: Рассчитаем силу, действующую на закрытие скважинного клапана - отсекателя, Рассчитаем скорость жидкости в трубе, Рассчитаем давление пластовой жидкости на устье в установившемся движении, Определим коэффициент запаса прочности корпуса, сделанного из стали 40Х, Рассчитаем частоту собственных колебаний жидкости в трубе-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

Расчет клапана - отсекателя


Рассчитаем силу, действующую на закрытие скважинного клапана - отсекателя:






Рисунок 3. Расчётная схема для определения сил действующих на закрытый клапан.


; (1)
где:
F - сила, действующая на закрытие клапана- отсекателя в кН;
р – давление действующее на площадь закрытия в Па;
π – табличная величина;
D – внешний диаметр поверхности, на которую действует давление в мм;
d - внутренний диаметр поверхности, на которую действует давление в мм;

Внешний диаметр D = 40 мм;
Внутренний диаметр d = 15 мм;
Давление закрытия р = Па;
π = 3,14;
 
кН;


Рассчитаем скорость жидкости в трубе:

; (2)
где:
U – скорость жидкости в трубе в ;
Q- производительность в ;
d- внутренний диаметр трубы в мм ;

Внутренний диаметр трубы dвн = 59 мм;
Производительность Q = 170 ;
π = 3,14;

;











Рассчитаем давление пластовой жидкости на устье в установившемся движении:


Рисунок 7. Расчётная схема для определения давления на устье.



Применяем уравнение Бернулли:

; (3)

где:
- давление на входе;
- давление на выходе;
- коэффициент трения;
- плотность пластовой жидкости;
- коэффициент сопротивления трения;
L- глубина скважины;
d- внутренний диаметр трубы;
g- ускорение свободного падения;
- коэффициент, зависящий от режима движения жидкости;
- скорость движения пластовой жидкости;




Вычисляем число Рейнольдса Re по формуле:

; (4)

;

Так как Re = 7,7 то это значит, что режим движения жидкости ламинарный и поэтому вычислим коэффициент трения по формуле:

; (5)




Рисунок 8. График зависимости от .

Вычисляем коэффициент трения :

;

Получаем значения необходимые для того, чтобы рассчитать уравнения Бернулли:
Давление на входе =50 МПа;
Коэффициент трения =1;




Плотность пластовой жидкости =760 ;
Коэффициент сопротивления трения =1;
Глубина скважины L=200 м;

Внутренний диаметр трубы d= 0,0059 м;
Ускорение свободного падения g= 9,81;
Коэффициент, зависящий от режима движения жидкости = 1;
Скорость движения пластовой жидкости U= 0,7 ;

Выразим из уравнения Бернулли давление выхода :

; (6)


Высчитываем значение :

;

50 МПа < 46 МПа;


Определим коэффициент запаса прочности корпуса, сделанного из стали 40Х:

; (7)

где:
n- коэффициент запаса прочности;
- предел текучести;
- допускаемое напряжение;

Допускаемое напряжение стали 40Х:

= 380 МПа;

Рассчитаем предел текучести по формуле:


; (8)

где:
- наружный радиус корпуса;
- внутренний радиус корпуса;


р - внутреннее давление;

Внутреннее давление р = 50 МПа;


Наружный диаметр корпуса =0,058 м;

Внутренний диаметр корпуса =0,046 м;


Вычислим предел текучести:

;

Определим коэффициент запаса прочности:




Это значение входит в интервал n= 1 – 3, а это значит, что корпус способен выдержать нагрузку, которая на него действует.



Рассчитаем частоту собственных колебаний жидкости в трубе по формуле:

; (9)






где :
- частота собственных колебаний жидкости в трубе;
С – скорость распространения деформации;
L – длина столба жидкости;

Для того, чтобы рассчитать частоту собственных колебаний жидкости в трубе надо сначала определить скорость распространения деформации по формуле:

; (10)

где:
- модуль упругости жидкости;
- модуль упругости трубы;
- плотность пластовой жидкости;
- внутренний диаметр трубы;
- толщина стенки трубы;

Найдем толщину стенки трубы:

; (11)


где:
- наружный диаметр трубы;
- внутренний диаметр трубы;


Наружный диаметр трубы = 0,073 м
Внутренний диаметр трубы =0,059 м
м;

Определим скорость распространения деформации:

Модуль упругости жидкости Па;
Модуль упругости трубы Па;
Плотность пластовой жидкости ;


Внутренний диаметр трубы =0,059 м;
Толщина стенки трубы = 0,007 м;



;


Рассчитаем частоту собственных колебаний жидкости в трубе:

Скорость распространения деформации С =1209 ;
Длина столба жидкости L= 200 м;

.



Определим давление, при котором будет срезана резьба штока:



; (12)

где:
- критическое давление, при котором будет срезана резьба;


- внутренний диаметр;
- критическая сила, при которой будет срезана резьба;
- табличная величина;

Для того чтобы рассчитать критическое давление, надо сначала определить критическую силу, при которой будет срезана резьба по формуле:

; (13)

где:
- критическая сила, при которой будет срезана резьба;
-рабочее давление;
- число витков резьбы;
- площадь среза;

Найдём число витков резьбы n :

; (14)

где:
-длина резьбы;
-шаг резьбы;

Длина резьбы = 26 мм;
Шаг резьбы = 1,5 мм;


витков;

Найдём площадь среза :

; (15)


;

Найдём критическую силу, при которой будет срезана резьба :



Рабочее давление МПа;
Число витков резьбы n = 17 витков;

;

Найдём критическое давление, при котором будет срезана резьба:

235 МПа.