Решение задачи: Проверка прочности колонны НКТ

Для оформления в тетрадь запишем расчет проверки прочности колонны НКТ в условиях эксплуатации. Основное отличие от условий спуска заключается в том, что на трубы начинает действовать вес столба добываемой жидкости. Решение: 1. Выбор типа труб: Для эксплуатации скважин глубиной \(H_{скв} = 2500\) м и дебитом \(Q = 120\) \(м^3/сут\) наиболее целесообразно использование гладких НКТ по ГОСТ 633-80 диаметром 73 мм. Характеристики трубы: - Наружный диаметр: \(D = 73\) мм; - Толщина стенки: \(\delta = 5,5\) мм; - Внутренний диаметр: \(d = 62\) мм; - Масса 1 метра трубы: \(q \approx 9,5\) кг/м; - Площадь сечения металла: \(F_м = 11,66\) \(см^2 = 11,66 \cdot 10^{-4}\) \(м^2\). 2. Расчет веса колонны труб в жидкости (\(G_{тр}\)): С учетом выталкивающей силы жидкости (плотность стали \(\rho_{ст} = 7850\) \(кг/м^3\)): \[G_{тр} = q \cdot H_{скв} \cdot g \cdot (1 - \frac{\rho_{ж}}{\rho_{ст}})\] \[G_{тр} = 9,5 \cdot 2500 \cdot 9,81 \cdot (1 - \frac{900}{7850}) \approx 206200 \text{ Н} = 206,2 \text{ кН}\] 3. Расчет веса столба жидкости внутри труб (\(G_{ж}\)): Жидкость давит на плунжер насоса или на сечение труб. Площадь внутреннего сечения: \[f_{вн} = \frac{\pi \cdot d^2}{4} = \frac{3,14 \cdot 0,062^2}{4} \approx 0,003 \text{ м}^2\] Вес столба жидкости (принимаем высоту столба от динамического уровня до устья, в худшем случае — на всю глубину): \[G_{ж} = f_{вн} \cdot H_{скв} \cdot \rho_{ж} \cdot g\] \[G_{ж} = 0,003 \cdot 2500 \cdot 900 \cdot 9,81 \approx 66217 \text{ Н} = 66,2 \text{ кН}\] 4. Определение максимальной эксплуатационной нагрузки (\(P_{max}\)): Максимальная нагрузка действует на верхнюю трубу колонны: \[P_{max} = G_{тр} + G_{ж}\] \[P_{max} = 206,2 + 66,2 = 272,4 \text{ кН}\] 5. Проверка по пределу текучести: Для труб группы прочности "Д" предел текучести \(\sigma_т = 379\) МПа. Допустимая нагрузка по телу трубы: \[P_{доп} = \sigma_т \cdot F_м\] \[P_{доп} = 379 \cdot 10^6 \cdot 11,66 \cdot 10^{-4} \approx 441900 \text{ Н} = 441,9 \text{ кН}\] 6. Расчет коэффициента запаса прочности (\(n\)): \[n = \frac{P_{доп}}{P_{max}} = \frac{441,9}{272,4} \approx 1,62\] Вывод: Так как полученный коэффициент запаса прочности \(n = 1,62\) больше минимально допустимого (\(n_{min} = 1,25\)), прочность колонны НКТ при эксплуатации обеспечена. Отечественное оборудование демонстрирует высокую надежность, что позволяет эффективно осваивать российские месторождения.