ГОСТ Р 55850-2013
Вес колоины привода, включая ротор насоса, повышает осевую нагрузку, действующую на
штангу.
Н.3.7 Фильтрационные силы, действующие на колонну привода
Под фильтрационными силами, действующими на колонну привода, понимаются силы,
образующиесяпри ослаблениипотока(фильтрационныесилы,являющиесясуммарным
воздействием фильтрационного потока на пласт грунта), которые действуют на колонну привода в
направлении потока, приводя к снижению натяжения штанги. Эти силы прикладываются к
соединениям и корпусу штанги в виде фильтрационных сил контактного участка и поверхностных
фильтрационных сил. соответственно.
Н.4 Предельное напряжение на штангу
Это предельное напряжение на штангу основывающееся на эффективном напряжении (т. е.
на напряжении по фон Мизесу). которое учитывает сочетание осевой нагрузки и крутящего момента.
При эксплуатации насоса эффективное напряжение зависит от крутящего момента, причем осевая
нагрузка имеет меньшее влияние.
В противоположность циклическому напряжению на штангу, которое имеет место при
эксплуатации балансирными насосными установками, напряжения на штангу сравнительно
постоянны при эксплуатации скважин с помощью ВН. В результате эффективное напряжение на
штангу может приблизиться к напряжению текучести материала штанги, не вызывая аварий при
применении ВН. несмотря на то. что усталость, вызванная изгибом, может представлять проблему в
случае применения ВН в наклонно-направленной и горизонтальной скважинах.
Н.5 Усталость штанги
Хорошо известно, что механические детали, на которые действуют переменные нагрузки,
подвергаются усталости металла. Аварии из-за усталости могут возникать, даже если максимальный
уровень нагрузки в материале значительно ниже предела текучести материала. При анализах
усталости обычно делается попытка оценить эксплуатационную долговечность в условиях
переменной нагрузки. На предел выносливости детали при постоянном напряжении влияют среднее
напряжение; размеры колебаний при приложенном напряжении и число колебаний напряжения.
Колебания нагрузки в сочетании с высоким средним напряжением приводит к более серьезной
усталости, чем в случае нагрузки с колебаниями такой же величины, но с незначительным средним
напряжением. Это может иметь значение в контексте применения ВН. когда в колонне привода
развивается высокое среднее напряжение. Большинство сталей имеет предел выносливости,
максимальноепеременноенапряжение,котороеприводитк«бесконечной»усталостной
долговечности. Проектирование колонн приводов для уровней переменного напряжения ниже
предела выносливости является эффективным критерием расчета. Однако механизмы коррозии
могут действовать в сочетании с переменными нагрузками, чтобы сократить усталостную стойкость
материала насосных штанг для того, чтобы в некоторых случаях применения в коррозионных средах
нельзя было достичь «бесконечной» усталостной долговечности.
Эксплуатационные условия во многих областях применения ВН таковы, что колонны привода
подвергаются значительным колебаниям нагрузки. Перемены давления на выходе, вызванные газом в
эксплуатационной колонне насосно-компрессорных труб, или повышение трения в насосе из-за
закупоривания песком либо флюидом может вызвать значительные колебания крутящего момента в
насосе и осевой нагрузки. В искривленных скважинах штанги подвергаются циклическим
напряжениям изгиба при частоте вращения насоса. С учетом типичных рабочих скоростей ВН число
циклов нагрузки может достигать насколько миллионов всего лишь за несколько дней. Поэтому очень
важно учитывать результаты анализов усталости, когда предполагается, что эти условия нагрузки
будут иметь место. При расчете усталостной долговечности рекомендуется учитывать и
высокочастотные (т.е. влияние изгибов в искривленных скважинах) и низкочастотные (например,
влияние газовых пробок) нагрузки.
Н.6 Компоновка соединений
Компоновка соединений имеет решающее значение для эксплуатации ОВН. так как
приложенная скручивающая нагрузка во время нагнетания может вызвать поэтапную компоновку
соединений, при которой приложенный крутящий момент превышает сопротивление скручиванию в
соединении. Указанное сопротивление является зависимостью предварительной нагрузки и
крутящего момента на резьбовые соединения и заплечик, созданной во время компоновки, как
37