3. 2. Расчёт требуемой подачи насоса и скорости откачки

Чтобы осуществить запланированный дебит скважины, насос должен обладать определённой подачей Q_нас, компенсирующей утечки продукции в плунжерной паре:

Q_нас = Q_ж(Р_пн)/ 86400 · _н. (6)

где 86400 – количество секунд в сутках; _н – коэффициент наполнения насоса (_н = 0,725).

Секундная подача насоса

Q_нас = F_пл · S_пл · N_c, (7)

где F_пл =  · d²_пл/4 – площадь поперечного сечения плунжера, м²; S_пл – длина хода плунжера, м; N_c – число двойных ходов в секунду.

Скоростью откачки называют произведение длины хода плунжера S_пл в метрах на число двойных ходов N_c в секунду. Таким образом, скорость откачки

S_пл · N_c = Q_нас/F_пл. (8)

При известной скорости откачки задаются, например, длиной хода плунжера и вычисляют число двойных ходов. Следует помнить, что длинноходовые режимы работы установки предпочтительны.

3. 3. Выбор конструкции штанговой колонны

Под конструкцией штанговой колонны понимается совокупность диаметров и длин отдельных ступеней штанг, изготовленных из соответствующих сталей.

В практике насосной эксплуатации скважины большое распространение получили таблицы АзНИПИнефти (приложения А – Ж), рекомендующие конструкции штанговых колонн из различных сталей для разных размеров скважинных насосов.

3. 4. Расчёт экстремальных нагрузок, действующих на колонну штанг

Расчёт максимальной нагрузки можно провести по формуле И.М. Муравьёва

P_max = P_ж + Р_шт · (К_apx + S_пл n²/1440). (9)

Расчёт минимальной нагрузки проводим по следующей формуле:

Р_min = P_шт (K_apx – S_пл·n²/2400), (10)

где Р_ж – гидростатическая нагрузка на плунжер насоса от веса столба жидкости (смеси) в НКТ, кН.

Р_ж = (Р_вых – Р_пн) · F_пл, (11)

Р_вых – давление на выходе из насоса (давление на выкиде), Па; Р_пн – давление у приёма насоса, Па; Р_шт – вес колонны штанг в воздухе,

Р_шт = Н_н(q_{шт i} ·E_i), (12)

q_{шт i} – вес одного метра штанг с муфтами в воздухе (табл. 3), Н; Е_i – доля штанг данного размера в ступенчатой колонне, доли единицы; К_apx – коэффициент, учитывающий потерю веса штанг, помещенных в жидкость

К_apx = (_шт – _ж)/_шт , (13)

где _шт и _ж – соответственно, плотность материала (_шт = 7850 кг/м³) и жидкости.

Таблица 3 – Весовые характеристики штанг с муфтами

Диаметр штанг, мм	12	16	19	22	25	28
Вес одного метра штанг с муфтами в воздухе, Н	9,1	16,3	23,0	30,8	40,1	51,5

3. 5. Расчёт напряжений в штангах

При нормальной работе насосной установки наибольшие напряжения действуют в точке подвеса штанг. Различают следующие напряжения:

– максимальное напряжение цикла:

_max = Р_max/f_шт, (14)

где f_шт – площадь поперечного сечения штанг в точке подвеса, м².

– минимальное напряжение цикла:

_min = P_min/f_шт. (15)

– амплитудное напряжение цикла:

_а = (_max – _min)/2. (16)

– приведённое напряжение цикла:

_пр = (_max · _а)^1/2. (17)

В каждом конкретном случае необходимо рассчитать приведённое напряжение цикла и сравнить его с допускаемым приведённым напряжением [_пр] для различного материала штанг (приложения А – Ж).

Колонна штанг считается правильно выбранной, если

_пр ≤ _пр. (18)