Общие сведения

Одним из основных параметров станка - качалки является нагрузка в точке подвеса штанг. Этот параметр в значительной мере определяет правильность подбора станка-качалки в зависимости от условий эксплуатации штанговой насосной установки. Возникает необходимость значений факторов, определяющих величину усилий на головку балансира и способа их расчета. Основная особенность заключается в том, что нагрузки, действующие в точке подвеса штанг изменяются по величине в зависимости от направления хода головки балансира. При ходе вверх нагрузки имеют максимальное значение т. к. В этот момент нагнетательный клапан закрыт и на головку балансира передается нагрузка от веса штанг и веса столба жидкости. При ходе вниз, когда нагнетательный клапан открыт, а всасывающий закрыт колонна штанг, следовательно и головка балансира разгружены от веса столба жидкости и усилие минимально. Кроме статических нагрузок, обусловленных весом колонны штанг и столба жидкости, на головку балансира действуют инерционные (динамические) нагрузки, возникающие при движении указанных масс с ускорением. А наличие ускорений характерно для кривошипно-шатунных механизмов и величина их определяется соотношением элементов станка-качалки и числом двойных ходов.

Колонна насосных штанг подвержена аналогичным нагрузкам, кроме того необходимо учитывать, что нижняя часть колонны разгружена от растягивающих усилий, и при наличии трения между плунжером и цилиндром насоса в нижней части колонны при ходе вниз могут возникнуть сжимающие усилия, что приводит к изгибу нижней части колонны штанг.

Многократно повторяющиеся, изменяющиеся по величине и по направлению нагрузки приводят к возникновению усталостных явлений как в элементах станка-качалки так в колонне штанг. Поэтому расчет и подбор материалов должен производиться с учетом упомянутых факторов.

Методика расчетов изложена Адониным А. Н. и заключается в следующем.

Принципиально нагрузка в точке подвеса штанг складывается из следующих величин:

- при ходе вверх:

- при ходе вниз:

Р_ш - вес колонны штанг

Р_ж - вес колонны столба жидкости

Р_iш - инерционные нагрузки от движущейся массы колонны штанг

Р_iж - инерционные нагрузки от движущегося столба жидкости

R - силы трения.

Подсчеты максимальных и минимальных нагрузок по формулам Вирновского А. С. применимы для широкого диапазона условий штанговой насосной добычи нефти:

В этих формулах учитывается следующие величины:

- вес столба жидкости высотой от динамического уровня до устья скважины,Н

F_п = 0,785*D²- площадь поперечного сечения плунжера

Р^/_ш - вес колонны штанг в жидкости

q - вес одного метра штанг в воздухе

r_ж, r_м- плотности жидкости и металла соответственно

n - число качаний балансира в минуту

d_ш - диаметр колонны штанг.

Если колонна штанг ступенчатая, то необходимо подсчитывать средний диаметр.

Р_ш = g*H - вес колонны штанг в воздухе.

- коэффициент просвета в колонне НКТ

l_Ш - удлинение колонны штанг

Для подбора материала штанг необходимо определить величину приведенных напряжений, учитывающих циклический характер нагружения. Они подсчитываются по формуле Вирновского А. С.: