Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Уфимский государственный нефтяной технический университет»

Филиал в г. Октябрьском

Кафедра НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫЕ МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЯ

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

по курсам: "Техника и технология добычи, подготовки нефти, газа и воды",

"Нефтегазопромысловое оборудование"

Методические указания к решению задач на прочность оборудования для добычи нефти и газа для студентов специальности "Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов", "Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений", "Нефтегазовое дело"

Уфа 2010

В методических указаниях к решению задач и выполнению контрольных работ в систематизированном виде приводятся в последовательности решения наиболее часто встречаемых практических задач и исходные данные по вариан­там, касающихся всех разделов Курсов «Машины и оборудование для добычи нефти и газа», «Техника и технология добычи, подготовки и сбора нефти, газа и воды», «Нефтепромысловое оборудовании», «Машины и оборудование нефте­газовых объектов»

Составитель Хабибуллин М.Я., доц., канд. техн. наук

Рецензент Арсланов И.Г., проф., д-р техн. наук

©Уфимский государственный нефтяной технический университет,2010

Оглавление

Оглавление 3

1 АРМАТУРА УСТЬЕВАЯ СКВАЖИННАЯ И ПАКЕРЫ 3

1.1 Расчет фланцевого соединения на прочность. 3

1.2 Расчет деталей запорных устройств арматуры на прочность 8

1.3 Расчет оптимальной величины нагрузки на уплотнительные элементы пакеров с механическим управлением 11

2 НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫЕ ТРУБЫ 16

2.1 Расчет труб на прочность при фонтанном и компрессорном спосо­бах эксплуатации 16

2.2 Расчет труб на прочность при эксплуатации скважины установками штанговых насосов 20

2.3 Расчет резьбовых соединений труб нефтяного сортамента на прочность 23

3 БАЛАНСИРНЫЙ СТАНОК-КАЧАЛКА 24

3.1. Определение нагрузки на штоке в точке подвеса штанг. 24

3.2. Расчет балансира станка-качалки на прочность 28

3.3. Расчет уравновешивания станка-качалки 31

3.4 Определение усилий в шатунах станка-качалки при разных спо­собах уравновешивания 33

4 НАСОСНЫЕ ШТАНГИ 36

4.1 Расчет на прочность насосных штанг 36

4.2 Конструирование многоступенчатых штанговых колонн 39

5 НАСОСЫ СКВАЖИННЫЕ ШТАНГОВЫЕ 41

5.1 Расчет деталей насоса на прочность 41

5.2. Определение утечек в плунжерной паре насоса 44

6. УСТАНОВКА ЭЛЕКТРОЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА 47

6.1 Подбор основного оборудования установки электроцентробежного насоса на скважине 47

6.2. Расчет корпуса электроцентробежного погружного насоса на прочность 51

ЛИТЕРАТУРА 54

1 Арматура устьевая скважинная и пакеры

1.1 Расчет фланцевого соединения на прочность.

Соединение узлов и деталей устьевой арматуры осуществляется с помощью фланцев. При этом уплотнение фланцевого соединения производится с помо­щью металлических колец овального или восьмигранного сечения. Эластичные, неметаллические уплотнения широко применяются в поверхностных соедине­ниях системы сбора и подготовки нефти. В устьевой арматуре усилие, дейст­вующее на кольцо, не должно приводить к его остаточной деформациям. Общее усилие, действующее на фланцевое соединение при эксплуатации арматуры оп­ределяется:

(1)

где Р_дав - усилие от действия давления, разжимающего фланцы, кН;

(2)

где Д_ср - средний диаметр уплотнительного кольца, мм;

Р- рабочее давление среды, МПа;

- остаточное усилие предварительной затяжки, которое должно быть достаточным для уплотнения соединения, кН;

(3)

где - эффективная ширина прокладки, мм;

т - прокладочный коэффициент, зависящий от упругих свойств материа­ла прокладки;

- усилие, учитывающее влияние температуры, кН;

(4)

где Δt - разность температур фланца и шпилек, °С;

-для растягиваемой части шпильки, мм;

а - коэффициент теплового расширения материала фланца, 1/°С

Ешп, Епр - модули упругости материалов соответственно шпилек и проклад­ки, МПа;

- площади горизонтального сечения соответственно суммарная шпилек и прокладки, мм²;

hpaб - высота прокладки между поверхностями ее опоры о соседние фланцы, мм;

, (5)

где обозначения h_m и R₀ см. на рисунке 1.

Рисунок 1. - Схема фланцевого соединения устьевой арматуры

Р_ман - усилие от массы отводящих манифольдов, кН; (6)

где М_изг - изгибающий момент, равный произведению тяжести отвода до оси устьевой арматуры, кН-мм, (см. рис. 2);

Дб - диаметр окружности, проведенной через оси болтов, мм;

Рисунок 2 - Схема нагрузки на устьевую арматуру

Усилие, действующее на наиболее нагруженную шпильку фланцевого соедине­ния при эксплуатации арматуры

(7)

а растягивающее напряжение

(8)

где Z - количество шпилек фланцевого соединения;

[σ_Р] - допускаемое напряжение материала шпилек, МПа.

Фланцевое соединение арматуры рассчитывают по наиболее опасному сечению АС(см. рис. 1). При расчете фланца его можно представить в виде кон­сольной балки с заделкой в сечении АС. Изгибающий момент, действующий в этом сечении будет определяться:

(10)

а полярный момент сопротивления прямоугольного сечения, в виде которого можно представить сечение АС:

(11)

где а - основание прямоугольника, мм;

b - его высота, мм.

Изгибающие напряжения в опасном сечении:

(12)

Задача 1 Рассчитать на прочность фланцевое соединение по из­вестным выражениям. Исходные данные по вариантам представлены в таблице 1 (общие исходные данные Дб, Дпр, Дср, h_n,Ro, ,b)

Таблица 1. - Расчет фланцевого соединения

№ вар	Р, МПа	bэф, мм	m	Δt, °С	мм	Z	, мм
1	2	3	4	5	6	7	8
1	10	2	4,8	1	60	6	16
2	11	2,1	4,81	1,1	60,1	7	18
3	12	2,2	4,82	1,2	60,2	8	20
4	13	2,3	4.83	1,3	60,3	9	22
5	14	2,4	4,84	1,4	60,4	10	20
6	15	2,5	4,85	1,5	60,5	11	18
7	16	2,6	4,86	1,6	60,6	12	16
8	17	2,7	4,87	1,7	60,7	13	18
9	18	2,8	4,88	1,8	60,8	14	20
10	19	2,9	4,89	1,9	60,9	13	22
11	20	3,0	4,9	2,0	61	12	20
12	21	3,1	5,0	2,1	62	11	18
13	22	3,2	5,1	2,2	63	10	16
14	23	3,3	5,2	2,3	64	9	18
15	24	3,4	5,3	2,4	65	8	20
16	25	3,5	5,4	2,5	66	7	22
17	24	3,6	5,5	2,6	67	6	20
18	23	3,5	5,6	2,7	68	7	18
19	22	3,4	5,7	2,8	69	8	16
20	21	3,3	5,8	2,9	70	9	18
21	20	3,2	5.9	3,0	69	10	20
22	19	3,1	6,0	3,1	68	11	18
23	18	3,0	6,1	3.2	67	12	16
24	17	2,9	6,2	3,3	66	10	18
5	16	2,8	6,3	3,4	65	8	20