
КОНСТРУКЦИЯ
КОЛОННЫ
НАСОСНЫХ
ШТАНГ
Конструирование штанговой колонны состоит в определении необходимо-
го числа ступеней, диаметра и длины штанг каждой ступени и марки штанг.
Выбранная конструкция должна обеспечить безаварийную работу насосной
установки с запланированной производительностью и при минимальных за-
тратах.
Необходимо учитывать следующие требования при конструировании
штанговых колонн:
1. Колонна штанг должна удовлетворять условию достаточной
усталост-
ной
прочности.
2. Вес колонны должен быть по возможности минимальным.
3. Потери
хода
плунжера от
упругих
удлинений колонны штанг не долж-
ны
быть большими, так как это приводит к снижению производительности
и
к. п. д. установки.
4. Стоимость колонны не должна быть завышенной, что
следует
учиты-
вать при выборе марки штанг, поскольку штанги из легированной стали и
термообработанные дороже штанг из углеродистой стали.
Некоторые из этих положений противоречат
друг
другу,
поэтому при
конструировании колонны штанг
следует
искать оптимальный вариант.
В настоящее время в отечественной практике расчет штанговых колонн
ведется по условию обеспечения усталостной прочности, т. е. приведенные
напряжения
в любом произвольном сечении колонны
a
nP
i
не должны пре-
вышать предельно допускаемых значений для выбранного материала штанг
при
данных условиях эксплуатации, т. е.:
СГпр,<[сГпр].
(IV.115)
Следующее условие — обеспечение равнопрочное™ ступеней колонны,
которое заключается в том, что приведенные напряжения в наиболее нагру-
женных сечениях каждой из ступеней равны
между
собой, т. е.
0npI=O'npII=O'npIII,
(IV.116)
где индексы I, II и III относятся, например, к верхним сечениям соответст-
вующих ступеней.
Следует
отметить, что в зарубежной практике конструиро-
вание ступенчатых колонн ведется таким образом, что коэффициенты запаса
усталостной прочности в верхних сечениях ступеней увеличиваются в направ-
лении
от
устья
к скважинному насосу. Считается, что таким образом обес-
печивается повышение устойчивости колонны к действию продольного изгиба.
В настоящее время при конструировании штанговых колонн применяются
специальные таблицы, номограммы, а также аналитические методики.
Наиболее простой и оперативный способ — подбор конструкции штанго-
вой колонны по таблицам. Таблицы, разработанные институтом АзНИИДН,
наиболее популярны (табл.
IV.8—IV.
12). Их рассчитывали при
следующих
допущениях: динамический уровень в скважине находится у приема насоса,
плотность жидкости в колонне НКТ 900 кг/м
3
, приведенные напряжения рас-
считываются по формуле И. А. Одинга. При составлении табл. IV.8, IV.9 был
принят
режим откачки с длиной
хода
s=l,8 м и числом качаний п=
=
12
1/мин,
а в таблицах IV. 10 и IV. 12 расчетные режимы откачки указаны
в
заголовках таблиц.
Однако использование приведенных таблиц для условий эксплуатации,
значительно отличающихся от тех, которые были предусмотрены в них, обу-
словливает большие погрешности.
Наиболее точно определить конструкцию колонны можно, используя ана-
литические зависимости.
Ниже
описаны применяющиеся в настоящее время методики расчета
конструкций штанговых колонн, удовлетворяющих условию достаточной
усталостной прочности.
Одна из первых таких методик была основана на работе А. С. Вирнов-
ского,
согласно которой среднее и амплитудное напряжения цикла для
верх-
него сечения одноступенчатой колонны штанг
157