Задача №1

Тема: Розрахунок крутного моменту на кривошипному валу редуктора верстата-качалки.

1. Основні відомості

Надійність і довговічність роботи редуктора верстата-качалки залежать в першу чергу від фактичної величини максимального крутного моменту на кривошипному валу за цикл дії глибинної штангової насосної установки [1]. А це означає, що як при виборі верстата-качалки, так і в процесі його експлуатації не можна допускати перевантаження його редуктора по крутному моменту.

Крутний момент на валу редуктора визначається за формулою

, (1)

де Р_скв – змінне навантаження в точці підвісу штанг, Па;

S_o – довжина ходу точки підвісу штанг, м;

v – фактична швидкість точки підвісу штанг,;

ω – кутова швидкість обертання кривошипу,;

r – радіус центру ваги роторної контрваги, м;

Q – вага контрваги, Н;

φ – кут обертання кривошипу від початкового положення.

Навантаження в точці підвісу штанг розраховується:

для ходу догори за формулою Р_скв=Р_р+Р_ш ; (2)

для ходу вниз за формулою Р_скв= (3)

де Р_р – вага стовпа рідини висотою від динамічного рівня до гирла свердловини , Н;

Р_ш – вага колони штанг в повітрі, Н;

– вага колони штанг в рідині, Н.

Р_р=F_нρH, (4)

де F_н – площа перерізу плунжера, м²;

ρ – густина рідини, Н/м³;

H – висота підняття рідини, м.

F_н=πD²/4, (5)

де D – діаметр плунжера насоса, м.

H=L-h, (6)

де L – довжина штанг, м;

h – занурення насосу під динамічний рівень, м.

Вага колони штанг в повітрі

Р_ш=qL, (7)

де q – вага 1м штанг в повітрі, Н/м.

Вага колони штанг в рідині

=q΄L, (8)

де q΄ – вага 1м штанг в рідині, Н/м.

Хід догори буде відбуватися коли кут обертання кривошипу φ буде в межах від 0 до 180º. Хід вниз буде відбуватися коли кут обертання кривошипу φ буде в межах від 180 до 360º.

Вага контрваги знаходимо за формулою

, (9)

де К₁, К – довжини плеч балансиру, м.

Радіус центру ваги роторної контрваги приймають рівний радіусу кривошипу r.

Кутова швидкість обертання кривошипу ω=πn/30,

де n – кількість ходів кривошипу за хвилину.

2. Постановка задачі.

Скласти графічний алгоритм і програму для визначення значень крутного моменту на валу ротора М_кр при зміні кута обертання кривошипу φ в межах від 0 до 360º з кроком 10º. Результати вивести у вигляді таблиці і графіку. Знайти максимальне значення крутного моменту М_кр. Пошук максимального значення оформити у вигляді підпрограми. Для заданих станків-качалок приймаємо фактичну швидкість точки підвісу штанг v рівну 0,85% від теоретичної, що знаходиться за формулою v_т= ω∙S_o.

3. Варіанти завдань

Параметри	Варіанти
	1	2	3	4	5	6	7	8	9
So, м	1,2	2	1,5	1,8	0,9	1,1	1,6	1,2	2,1
r, м	0,5	1	0,75	0,9	0,45	0,55	0,8	0,6	1,05
D, мм	32	38	32	44	28	56	58	93	43
ρ, Н/м3	9000	8000	9800	11900	9000	8000	15000	9000	8000
L, м	705	500	1402	850	1100	950	1200	1500	1200
h, м	27	20	22	25	16	32	28	40	27
q, Н/м	23,8	31,9	23,8	31,9	23,8	31,9	31,9	23,8	31,9
q΄, Н/м	21,1	28,3	21,1	28,3	21,1	28,3	28,3	21,1	28,3
К1, м	0,8	1,8	1,5	1,1	1,0	0,7	1,6	1,6	1,4
К, м	1,0	2	1,5	1,3	1,0	0,9	1,4	2	1,8
n	6	12	18	16	9	18	12	14	10

Задача №2

Тема: Розрахунок насосних штанг на втомну міцність.

1. Основні відомості

Визначення корозійної межі втоми металу штанг глибинонасосної установки для видобутку нафти звичайним способом складне і недостатньо точне. А.С.Вірновський [1] запропонував формулу для визначення приведеного напруження в штанзі

,

де σ_max – напруження в штанзі від максимального навантаження, Н/м²;

σ_а – напруження в штанзі від амплітуди навантаження, Н/м².

Величини σ_max і σ_а визначаються за формулами:

; ,

де і – відповідно максимальне и мінімальне навантаження на штанги за цикл дії насосу, що розраховуються за формулами:

;

,

де – вага стовпа рідини висотою від динамічного рівня до гирла свердловини , ₌F_нρH (F_н –

площа поперечного перерізу плунжера насоса, м²; ρ – густина рідини, Н/м³; H – висота підняття рідини, м; H=L-h, де h – занурення насосу під динамічний рівень);

– вага колони штанг в рідині, Н;

– вага колони штанг на повітрі, Н;

D – діаметр плунжера насоса, м;

– діаметр насосних штанг, м;

n – кількість ходів кривошипу за хвилину;

S_o – довжина ходу точки підвісу штанг, м;

– подовження штанг від ваги стовпа рідини, м.

Для колони насосних штанг одного розміру

= L /E ,

де E – модуль пружності для сталі, приймаємо 210000 МПа;

– площа поперечного перерізу штанг;

L – довжина колони штанг, м;

,

де – площа поперечного перерізу труб.

,

де d_Т – діаметр труб, м;

Вага колони штанг в рідині

=q΄L,

де q΄ – вага 1м штанг в рідині.

Вага колони штанг в повітрі

Р_ш=qL,

де q – вага 1м штанг в повітрі.

2. Постановка задачі.

Скласти графічний алгоритм і програму для визначення приведеного напруження в штанзі глибинонасосної установки для заданого діапазону глибин з кроком 50 м. Визначити при якій довжині колони штанг буде більше за 80 МПа. Знаходження і оформити у вигляді функції. Побудувати графік залежності приведеного напруження від довжини колони насосних штанг.

3. Варіанти завдань

Параметри	Варіанти
	1	2	3	4	5	6	7	8	9
So, м	1,2	2,1	1,5	1,8	0,9	1,2	1,6	1,2	2,5
, м	0,016	0,019	0,016	0,019	0,012	0,022	0,025	0,025	0,022
D, м	0,032	0,038	0,032	0,043	0,028	0,055	0,068	0,093	0,043
ρ, Н/м3	8700	8000	9600	10900	9100	8200	9500	9000	8000
L, м	450-1200	500-1300	700-1800	850-2200	650-1700	750-1850	400-950	300-800	1700-2500
h, м	15	18	20	24	14	26	22	16	28
q, Н/м	16,9	23,8	16,9	23,8	9,5	31,9	41,2	41,2	31,9
q΄, Н/м	15	21,1	15	21,1	8,4	28,3	36,5	36,5	28,3
dТ, м	0,06	0,073	0,06	0,073	0,06	0,073	0,089	0,114	0,073
n	6	12	18	16	20	8	18	16	10

Задача №3

Тема: Розрахунок процесу цементування обсадних колон.