Расчетная часть-Расчет Внутрискважинного расходомера системы-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

Расчетная часть-Расчет Внутрискважинного расходомера системы: Расчет на максимальное внутреннее избыточное давление, Расчет на разрыв от одновременного действия веса колоны НКТ и внутреннего избыточного давления, Расчет резьбы на срез, Расчет на максимальный крутящий момент при откручивании труб-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

6.Расчет расходомера.

В качестве расчетного рассматривается вариант расходомера в сборе с НКТ 114 с гладкими концами ГОСТ 633-63. В целях уменьшения гидросопро-тивления и технологичности изделия входная часть расходомера выполнена аналогично конструкции НКТ 114 с гладкими концами и толщиной стенки δ=7 мм. Материал деталей расходомера должен кроме условий прочности и долго-вечности изделия отвечать требованиям стандартизации и унификации. Поэтому в качестве расчетных будем использовать марки сталей, широко применяющих-ся при добыче, разработке и бурении нефтегазоносных скважин, конкретно – стали групп прочности Д, Е, К, Л, М, которые используются при производстве насосно-компрессорных труб.

6.1 Расчет на максимальное внутреннее избыточное давление.

Формула на допустимое напряжение в теле трубы имеет вид:

(1)

Где - допустимое напряжение материала трубы (в качестве расчетного здесь и далее берется предел текучести материала), - коэффициент запаса прочности (как для ответственного изделия возьмем максимальное значение), - внутреннее избыточное давление, и - внутренний и внешний радиус рас-сматриваемого сечения соответственно. Принимаем для стали группы Д МПа, . Размеры сечения трубы м, м. Расчет ведем в опасном сечении корпуса расходомера в месте проточки по фиксирую-щее кольцо, где м
Из формулы (1) максимально допустимое избыточное давление в трубе:



Для другого сортамента сталей:
сталь группы прочности К , ;
группа прочности Е , ;
группа прочности Л , ;
группа прочности М , .

6.2 Расчет на разрыв от одновременного действия веса колоны НКТ и внутреннего избыточного давления.

В качестве расчетной рассмотрим колонну НКТ, имеющую длину 1500 м от отдающего воду пласта до принимающего. Вес подвешенной колонны труб можно определить по формуле:


(2)

где - длина колонны НКТ; - масса единицы длины трубы, для НКТ 114 равная 18,47 кг; - ускорение свободного падения, 9,81м/с2.



Так как колонна труб будет находиться в буровом растворе либо перека-чиваемой жидкости (воде), то необходимо учитывать действие выталкивающей Архимедовой силы. Вес колонны НКТ в жидкости определяется из известной формулы:

(3)

где и - плотность вытесняемой жидкости и материала трубы соот-ветственно. Принимаем =7850 кг/м3, =1000 кг/м3.


Тогда растягивающее напряжение в опасном сечении от веса колонны:

(4)

Где - площадь рассчитываемого кольцевого сечения, и - наруж-ный и внутренний диаметр сечения 1-1. Подставив в выражение численные зна-чения, получаем:



Как мы можем убедиться, для стали группы прочности Д уже эта состав-ляющая напряжения больше допустимого при принятом коэффициенте запаса прочности n=3. Следовательно дальнейший расчет будем вести для более проч-ного материала труб.
Условие прочности для опасного сечения с учетом одновременного дей-ствия разрывающего усилия от внутреннего давления и растягивающего от веса колонны НКТ можно записать в виде:

(5)

Как указано выше, напряжение от внутреннего избыточного давления:

(6)

Тогда, подставляя в выражение (5) и возводя обе части в квадрат, найдем максимально допустимое давление

В том числе максимально допустимое внутреннее избыточное давление в корпусе расходомера, изготовленного из стали группы прочности К:



Результаты расчета максимально допустимого давления для других сорта-ментов сталей:
группа прочности Е , ;
группа прочности Л , ;
группа прочности М , .

6.3 Расчет резьбы на срез.

Напряжение среза в резьбе можно найти из известного выражение, считая, что для конусной резьбы угол нарезки витков мал и все размеры резьбы взять в проекции на ость трубы.

(7)

где z-число витков, - площадь среза резьбы, равная

(8)

где - наружный и внутренний средний диаметр резьбы соот-ветственно.



Число витков можно найти из выражения:

(9)

где - эффективная длина резьбы, для НКТ 114 58 мм, - шаг резьбы, 5,7 мм.



Принимаем меньшее целое значение 10. Тогда напряжение среза на резьбе от веса НКТ 114 длинной 1500 м при плотности жидкости в скважине 1000 кг/м3:



Что вполне удовлетворяет условию прочности материала резьбы для всех групп материалов труб, принятых в бурении.

6.4 Расчет на максимальный крутящий момент при откручивании труб.

Крутящий момент при откручивании НКТ будет действовать только на корпус расходомера, так как на нем расположена и верхняя и нижняя резьба, соединяющая его с колонной труб. Поэтому, как и в предыдущем случае, расчет следует вести для сечения 1-1, имеющего наименьший момент сопротивления кручению.
Напряжения кручения находится из известного выражения:

(10)

где - крутящий момент в опасном сечении, - полярный момент со-противления кручению рассматриваемого сечения. Причем, за крутящий мо-мент можно принять максимальный момент свинчивания, который для НКТ 114 с гладкими концами равен 3200 . А полярный момент сопротивления для кольцевого сечения найдем из следующего выражения:

(11)

где - наружный диаметр сечения, - безразмерный коэффициент, равный:

(12)

где - внутренний диаметр сечения. Тогда:



И подставляя в выражение (11), получаем:



Отсюда напряжение от крутящего момента:



Очевидно, что этому напряжению отвечает любой из рассматриваемых ма-териалов корпуса расходомера.
Вывод: В результате расчета, в котором рассматривались максимально до-пустимые нагрузки на разных этапах эксплуатации расходомера, мы показали, что самой нагруженной деталью является корпус расходомера, материал кото-рого следует выбирать в зависимости от длины подвешенной колонны НКТ и внутреннего избыточного давления.

7. Список используемой литературы.
1) Эксплуатация оборудования для бурения скважин и нефтегазодобычи. Под общ. ред. В. Н. Протасова.-М.:, 2004 г.
2) Основы нефтегазового дела. Коршак А.А., Шаммазов А.М.-Уфа.:, 2002 г.
3) Справочное руководство мастера геологоразведочного бурения/Г. А. Бли-нов.-Л.: Недра, 1983 г.
4) Измерение расхода жидкостей. Андронов И.В.-М.:, 1981 г.
5) Приборы для измерения расхода. Кузнецова Е.Ф.-М.:, 1966 г.
6) Измерение расхода. Кремлевский П.П.-М.:, 1982 г.
7) Измерение расхода. Гордюхин А.И.-М.:, 1988 г.