3.2 Статические нагрузки при работе глубинного насоса.

Работоспособность колонны насоса штанг - одного из основных элементов глубинного насосной установки – определяющий фактор для всей насосной системы.

При работе насосной установки штанги в точке подвески испытывают максимальную нагрузку и следовательно, максимальное напряжение.

Общая нагрузка при работе глубинного насоса в точке насоса подвесных штанг слагается из следующих элементов:

1. статических нагрузок от силы тяжести насосных штанг, столба жидкости и сил трения плунжера в цилиндре насоса и насосных штанг о трубы и жидкость;

2. динамических нагрузок, возникающих при движении колонны штанг и столба жидкости – это вибрационные нагрузки, ударные нагрузки, инерционные силы.

Статические нагрузки

При движении вверх штанги нагружают собственной силой тяжести и силой тяжести столба жидкости над плунжером.

В это время статическая нагрузка усиливается силами трения, которые направлены вниз.

Обратное движение вниз штанги совершают только под действием собственной силы тяжести, при этом силы трения направлены вверх и поэтому разгружают штанги.

Таким образом, максимальная статистическая нагрузка на верхнюю штангу возникает при ходе вверх и равна

( 1)

- сила тяжести столбца жидкости над плунжером; - сила тяжести штанг; - сила трения;

Так как то

где – площадь сечения плунжера; – площадь сечения штанг; L–длина колонны штанг;

–плотность жидкости; – плотность материала .

При погружении насоса на глубину под динамический уровень будем иметь

(2)

или

, (3)

Н-глубина до динамического уровня;

- давление на плунжер столба жидкости h, приложенное снизу;

-сила тяжести 1 м штанг в жидкости

Обозначая силу тяжести 1 м штанг через

(4)

и силу тяжести 1 м штанг в жидкости через

(5)

будем иметь, что

(6)

где

; (7)

Обозначая силу тяжести 1 м столба жидкости над плунжером через и принимая приближенно посмотрим окончательно

(8)

Напряжение в точке подвеса штанг от статической нагрузки будет

(9)

Силы трения обычно не поддаются точному учету вследствие наличия многих неизвестных факторов.

Ориентировочно силы трения штанг о трубы можно рассчитать по формуле А.С. Вирновского

(10)

где - сила трения штанг о трубы; -коэффициент трения штанг о трубы; -угол отклонения оси скважины от вертикали в рад; -сила тяжести колонны штанг.

Силы трения штанг не превышают 2 % от веса штанг.

Силы трения плунжера о втулки цилиндра насоса составляют 1-3 % от величины статических нагрузок и приближенно расчетное максимальное напряжение в точке подвеса штанг при ходе вверх под действием статических нагрузок можно записать в виде

(11)

где ; площадь сечения плунжера; площадь сечения штанг; L- длина колонны штанг; - плотность жидкости; -плотность материала штанг.