МЕХАНИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ КОЛОННЫ НАСОСНЫХ ШТАНГ
Принципы построения лабораторной механической модели штанговой глубиннонасосной установки рассмотрены в работе Г.И. Иокима. Однако предложенная модель адекватна вертикальной
скважине, где трение между штангами и трубами пренебрежимо мало. Рассмотрим вопросы моделирования работы насосных штанг в наклонно направленных скважинах.
Моделирование работы глубиннонасосный установки включает:
1) моделирование вынужденных колебаний штанговой колонны;
2) моделирование напряженного состояния штанговой колонны.
Для упрощения задачи деформации насосно-компрессорных труб влияние газа на работу установки, образование эмульсии в трубах, в насосе и др. не учитываются. Таким образом, задача сводится к рассмотрению упругих явлений в длинном стержне, совершающем вынужденные продольные колебания и подверженном нагрузкам, аналогичным тем, которые испытывает колонна насосных штанг.
Геометрическое подобие
При моделировании колонны насосных штанг воспользуемся известным методом - аффинным подобием, т.е. введем для размеров поперечного сечения один масштаб (/О, а для длины -другой (К2). Тогда
(6)
где X, Y - координаты точки; D - внутренний диаметр НКТ; d,d0 - диаметр тела и муфты штанг; F - площадь поперечного сечения штанг; I - момент сопротивления поперечного сечения.
(7)
где Z - координата точки; L - длина колонны штанг; l - длина штанги.
Разделив каждое соотношение полученных равенств на dн/dм и введя обозначения ХН/ХМ = λХ и т.д., получим
(8)
где α = K1 / K2
Моделирование вынужденных колебаний штанговой колонны
Для получения критериев подобия вынужденных колебаний допускаем, что штанговая колонна ведет себя как абсолютно твердое тело, так как закон движения головки балансира мало зависит от деформации штанг. При этом дифференциальным уравнением движения штанговой колонны является следующее:
(9)
где т - масса штанговой колонны; f - коэффициент трения штанг о трубы; Р - сопротивление в насосе; F0sinwt - возмущающая сила, действующая на колонну штанги.
Опустив знаки дифференцирования, поделим все члены уравнения на один из его членов. Получаем безразмерные комплексы
Как известно, критерии подобия, если в них вместо переменных величин ввести соответствующие начальные условия, дают достаточные условия подобия двух систем. Если и Х0 - соответственно скорость и координата в начальный момент времени, то достаточными условиями подобия являются:
Очевидно, вместо текущих значений координат, скорости и времени можно подставить некоторые их характерные значения, например, длину хода головки балансира S, максимальную скорость vmax и число ходов головки балансира n.
или
(10)
Преобразованием выражений (10) можно получить следующие критерии подобия:
Для моделирования напряженного состояния штанговой колонны воспользуемся критериями подобия, полученными в работе П.В. Балицкого, описывающими напряженное состояние бурильных труб, так как они являются общими и для колонны насосных штанг. Натура и модель выполнены из разных материалов.
Критерии подобия напряженного состояния:
а) растяжение (сжатие)
или (12)
б) изгиб
Для того чтобы модель и натура были подобны по напряженному состоянию от изгиба, необходимо выполнение условия
(13)
где или
Тогда
(14)
Радиус искривления ствола скважины определяют по формуле
(15)
Основные критерии подобия моделирования работы штанговой колонны в наклонно направленных скважинах сведены в табл. 5. Как видно из таблицы, даже применение материалов с различными физико-химическими свойствами не позволяет добиться подобия по весу 1 м штанг. Наиболее подходящий материал для моделирования штанговой колонны - латунная проволока диаметром 0,1 см. Недостающий вес 1 м может быть дополнен латунными втулками с зазором, насаженными на проволоку.
Таблица 5
Дата добавления: 2020-10-25; просмотров: 394;