Рассчет пружины клапанов:

1. Максимально допустимая нагрузка на пружину:

где - допускаемое напряжение на кручение (для пружины из стали 50ХФА МПа);

d- диаметр прутка;

D- средний диаметр пружины;

- поправочный коэффициент, зависящий от отношения

2. Максимально допустимая величина сжатия пружины:

где - коэффициент жесткости пружины

3. Жесткость пружины:

где G- модуль упругости при сдвиге;

-число витков.

4. Рабочая нагрузка на клапан в начале его подъема:

где - рабочее давление, на которое отругулирован клапан (начало открытия);

- средний диаметр опорной поверхности тарелки клапана.

Каждый клапан, снабженный определенной пружиной, желательно использовать в наиболее широком диапозоне давлений.

5. Коэффициент чувствительности клапана:

где - нагрузка, обеспечивающая открывание клапана на расчетную величину (сжатие пружины l ).

По условию постоянной производительности величина клапана h₀ должна быть постоянной во всем диапозоне работы клапана, поэтому увеличение нагрузки по сравнению с рабочей, соответствующей началу подъема, не должно изменяться. Отношение меняется при изменении нагрузки на клапан . Следовательно, для данной пружины при определеном значении коэффициент чувствительности зависит от рабочей нагрузки , т.е. от давления, на которое отрегулирован клапан.

Каждая пружина клапана предназначена для работы в определенном диапозоне давлений и характеризуется двумя рабочими давлениями: начальным и конечным .

Диапозон работы пружины определяется следующими условиями:

1. Превышение давления над рабочим при открытии клапана на расчетную величинуh₀ должно быть ;

2. При нормальном расчетном давлении для клапана должно быть (где - номинальная нагрузка);

3. Максимальная расчетная нагрузка может быть в 1,5 раза больше номинальной, т.е. .

Из первого условия для минимально допустимой нагрузкинагрузки (сжатие пружины), согласно уравнению ( ), можно записать:

Из второго условия для номинальной нагрузки аналогично:

Совместим эти два уравнения и получим

С учетом равенства и третьего условия можно получить соотношение максимальной и минимальной нагрузки для определенной пружины:

Отношение максимальной рабочей нагрузки к минимальной называется коэффициентом диапозона пружины.

Зная коэффициент диапозона пружины, можно рассчитать необходимое число пружин для заданного интервала давлений от наименьшего значения, до наибольшего.

Спуск обсадной колонны с обратным клапаном

Обоснование режима спуска обсадных колонн

Предельная скорость спуска обсадной колонны определяется из соотношения

Р_с = Р_гст +Р_гд  Р_гр,

где Р_гст - гидростатическое давление столба промывочной жидкости на глубине наиболее слабого пласта (пласта с наименьшим индексом давления начала поглощения или гидроразрыва);

Р_гд - гидродинамическое давление в скважине при спуске колонны труб с закрытым нижним концом;

Р_гр - давление начала поглощения (гидроразрыва) наиболее слабого пласта.

Гидродинамическое давление при спуске находится при турбулентном течении вытесняемой жидкости по формуле

,

- при ламинарном течении.

где - соответственно длина и гидравлический диаметр кольцевого пространства на i- том участке;

U_i- скорость течения жидкости на i - том участке;

n – количество участков кольцевого пространства различного размера от устья до наиболее слабого пласта;

₀ - динамическое напряжение сдвига;

 - коэффициент гидравлических сопротивлений.

Обоснование режима спуска эксплуатационной колонны

Наиболее слабый пласт на забое скважины .

Зададимся скоростью спуска U=0,5 м/c, тогда скорость движения вытесняемой жидкости U_ж будет равна:

где D_С, D_Т – соответственно диаметр скважины и наружный диаметр обсадных труб;

K – коэффициент, учитывающий увлечение части жидкости стенками колонны труб. Для практических расчётов можно принять K=0,5.

Пусть режим течения вытесняемой жидкости в интервале установки техколонны будет ламинарный, тогда:

Критическая скорость течения жидкости при смене режимов определяется по следующей формуле:

_где

Тогда

Скорость течения жидкости U_Ж<U_КР, то режим ламинарный.

где

Получаем:

Гидродинамические давления на данном участке составят:

Зависимость P_гд от скорости спуска эксплуатационной колонны.

Uсп, м/с	Uж, м/с	Uкр, м/с	Sen		Re*		Pгд, МПа
0,5	0,565	1,15	50	0,55			4,98

Давление столба промывочной жидкости на пласт будет равно

Тогда максимальное гидродинамическое давление, не допускающее поглощения будет равно , что соответствует скорости спуска приблизительно равной 2,5 м/с.

Расчет допустимой глубины опрожнения колонны

Из условия прочности обсадной колонны:

Из условия прочности обратного клапана (ЦКОД-168):