Расчет прочности грузоподъемного оборудования | Инженерные расчеты

Инженерами АО «ЦИФРА» произведен расчет прочности пространственной траверсы по допускаемым напряжениям и по предельному состоянию, в ходе которого выявлены конструктивные недостатки и предложен новый вариант конструкции, отвечающий предъявляемым требованиям.

Целью расчета является проверка выполнения требований Заказчика: конструкция должна воспринимать рабочую нагрузку без возникновения пластических деформаций и иметь запас прочности по предельному состоянию не менее пятикратного.

Введение

Траверса — это съемное грузоподъемное оборудование, предназначенное для строповки длинномерных и крупногабаритных грузов. Траверсы предохраняют поднимаемые грузы от воздействия сжимающих усилий, которые возникают при использовании стропов.

По конструктивным особенностям различают линейные и пространственные траверсы. Линейные траверсы имеют вид линейной балки или сварной конструкции, выполненной из швеллера.

Пространственные траверсы изготавливаются в виде простейших ферм треугольной или прямоугольной формы. Пространственные траверсы позволяют поднимать грузы значительной массы и габаритов. Основной частью траверсы является балка или ферма, которая воспринимает изгибающие нагрузки. К балке подвешиваются канатные или цепные ветви.

Прочностные характеристики грузоподъемного оборудования должны соответствовать требованиям, установленным производителем. В нормах, устанавливающих требования к прочностным расчетам грузоподъемного оборудования, часто можно встретить требования к расчету как по допускаемым напряжениям, так и по предельному состоянию.

Расчет пространственной траверсы по предельному состоянию

Для выполнения расчётов прочности камеры насыщения использовался пакет программ Ansys 2020 R2. Подготовка геометрической модели произведена при помощи CAD-пакета Ansys SpaceClaim. Построение конечно-элементной сетки выполнено при помощи Ansys Meshing. Постановка задачи, выполнение расчёта и обработка результатов производились при помощи продукта Ansys Mechanical.

Конструкция пространственной траверсы представлена на рисунке ниже.

Про стропы

Строповка конструкции траверсы к крюку крана происходит за верхние проушины посредством цепей. Строповка грузка к конструкции траверсы производится за нижние проушины.

Цепи, за которые конструкция подвешивается за крюк крана, и стропы, за которые подвешивается поднимаемый груз, не являются предметом исследования, но для физичного моделирования прочности траверсы важно учесть их в расчетной модели.

Верхние цепи учтены в модели с помощью специальных элементов типа COMBIN14. Данный тип элемента позволяет устанавливать требуемую жесткость. Жесткость цепи может быть определена по формуле:

При моделировании строповки траверсы к крюку крана важно правильно учесть положение точки подвеса.

Для того чтобы получить достоверную информацию о напряженно-деформированном состоянии траверсы, необходимо правильно учесть в модели поднимаемый груз. Одним из преимуществ пространственных траверс является возможность производить захват груза за 3 и более точки. Применение траверсы во время подъема груза обеспечивает уменьшение или полное снятие изгибающих усилий, которые оказывают влияние на груз в случае подъема непосредственно с использованием стропов. Поднимаемый объект смоделирован в расчете условным грузом с центром тяжести, совпадающим с центром тяжести поднимаемого объекта, а нижние стропы в модели имеют вертикальное положение – это соответствует реальному положению строп.

В качестве нижних строп траверсы используются полиэстеровые слинги на 25 тонн. В данном исследовании они, как и верхние цепи, не являются объектом исследования, поэтому в модели они учтены с помощью специального типа конечного элемента LINK180, в котором учитывается работа слинга только на растяжение.

Граничные условия для траверсы с грузом представлены на рисунке ниже. Линии связей, моделирующие верхние цепи, закреплены в точке подвеса. Движение груза ограничено в направлениях оси X и Y, вращательные степени свободы заблокированы во всех направлениях.

Физико-механические свойства материалов

Элементы конструкции выполнены из низколегированной углеродистой стали повышенной прочности 09Г2С. В расчете по допускаемым напряжениям используется линейная модель материала. В расчете по предельному состоянию используется билинейная модель пластичности с изотропным упрочнением (показана на рисунке ниже), наклон первого участка прямой определяется исходя из упругих характеристик, которые описывают закон Гука, второй участок материала начинается со значения предела текучести, а угол наклона второго участка определяется касательным модулем пластичности. В рассмотренной задаче использованы значение модуля Юнга 200 ГПа, коэффициента Пуассона 0,3. Значение предела текучести для стали 09Г2С 295 МПа, предела прочности 405 МПа, касательного модуля 295 МПа.

Билинейная кривая деформирования материала

Более точно описать характер пластичности позволяет мультилинейная модель пластичности. Для задания мультилинейной модели пластичности требуемыми данными являются: модуль Юнга, коэффициент Пуассона и зависимость напряжения от относительной пластической деформации. В качестве входных данных используются результаты экспериментов по растяжению образцов: зависимость силы от удлинения испытуемого образца. Значение инженерных напряжений вычисляется путем деления удлинения на начальную длину образца. Но максимальная точка на получившейся кривой не описывает реального напряженного состояния в образце, поскольку не учтены геометрические эффекты, т.е. сужение образца. Адекватности модели можно достичь путем использования в ней диаграммы истинных напряжений. На рисунке ниже показано сравнение диаграмм инженерных и истинных напряжений. О том, как правильно задавать механические свойства материалов за пределом текучести подробно рассказывается в этой статье.

Расчет оборудования по допускаемым напряжениям

Расчет по допускаемым напряжениям предполагает упругое поведение материала, т.е. линейную зависимость между деформациями и напряжениями. Подобные расчеты имеют очень широкое применение в инженерной практике.

Методика расчета по допускаемым напряжениям основана на сравнении расчетных напряжений с допускаемыми. Величина допускаемых напряжений определяется путем деления значения предела текучести материала на коэффициент запаса.

В результате решения прочностного анализа в линейной постановке в модели могут наблюдаться точечные участки, в которых возникают очень высокие напряжения — они являются следствием сингулярности в модели. Обычно сингулярность возникает в местах приложения точечной нагрузки, на острых кромках или углах, а также из-за особенностей наложения связей, ограничивающих число степеней свободы. Сингулярность характеризуется высоким значением напряжения в одном элементе сетки, и при разбиении этой области на большее число элементов будут приводить лишь к росту напряжений, и в теории, напряжения в сингулярности будут стремиться к бесконечности.

Зачастую наличие таких областей в конструкции препятствует правильной оценке её НДС, поскольку напряжения, возникающие в месте сингулярности, не отражают реального напряженно-деформированного состояния конструкции. А в некоторых случаях величина напряжений, возникающих в месте сингулярности, может быть намеренно занижена расчетчиком путем изменения плотности сетки, что приведет к неверной оценке прочности конструкции.

На рисунке ниже приведены результаты расчета по допускаемым напряжениям грузоподъемного оборудования с различными плотностями сеток. Использование линейной модели в расчетах дает правильное представление о напряженно-деформированном состоянии конструкции в целом: величина и распределение этих напряжений не изменится при переходе к пластической модели материала, но в точках сингулярности определение величины напряжений является затруднительным. Сравнивая результаты расчета по допускаемым напряжениям, которые приведены ниже, можно заметить, как возрастают напряжения в точке сингулярности при измельчении сетки.

Расчет оборудования по предельному состоянию

В реальной конструкции невозможно возникновение бесконечных напряжений, поскольку при достижении значения предела текучести материал перейдет в стадию пластических деформаций, при которой зависимость напряжений от деформаций носит иной характер. При накоплении пластических деформаций в месте сингулярности будет происходить упрочнение. Это не будет опасным для конструкции, кроме случая образования пластического шарнира в сечении.

Расчет грузоподъемного оборудования по предельному состоянию подразумевает исследование поведения конструкции за пределом упругой зоны. Задачей расчета является определение величины нагрузки, при которой произойдет потеря несущей способности грузоподъёмного оборудования. Деформирование материала происходит в две стадии: на первой стадии происходит упругое деформирование, поведение материала подчиняется закону Гука. При достижении напряжений в конструкции предела текучести в конструкции начинают развиваться пластические деформации при постоянном напряжении. Область пластических деформаций постепенно увеличивается, пока не захватывает целиком поперечное сечение конструкции – образуется пластический шарнир, либо его более сложная пространственная реализация, сопровождающаяся неограниченным ростом перемещений конструкции без увеличения нагрузки.

Решение нелинейной задачи в ПО ANSYS

В основе решения нелинейных задач в ANSYS реализован итеративный алгоритм Ньютона-Рафсона. Каждая итерация называется равновесной. Фактическая зависимость между нагрузкой и перемещением заранее не известна. В процессе решения нелинейной задачи методом Ньютона-Рафсона выполняется ряд линейных аппроксимаций с корректировками. В настройках решателя можно включить отображение невязок, и увидеть, в каких местах модели возникает дисбаланс внешних и внутренних сил. Пример отображения невязок Ньютона-Рафсона показан на рисунке ниже.

При нагружении конструкции силой на первом подшаге к конструкции прикладывается полная сила (или ее часть, в зависимости от настройки решателя). Из полученных значений перемещений вычисляются внутренние силы, возникающие в конструкции, а на основании текущих условий вычисляется новая матрица жесткости. Если внешняя приложенная нагрузка не равна внутренним силам, возникающим в конструкции, система считается не равновесной. Разница этих сил называется остаточными силами или невязкой. Для того, чтобы решение сошлось, остаточные силы должны быть достаточно малы. Эти итерации продолжаются до тех пор, пока система не достигнет равновесия и решение будет считаться сошедшимся. Такое нагружение называется «мягким».

При действии на конструкцию постепенно увеличивающимся перемещением, внутренние силы вычисляются исходя из величины приложенного перемещения. Этот вариант нагружения является более стабильным и носит название «жесткое нагружение».

При использовании мягкого нагружения и потере несущей способности конструкции происходит неограниченных рост перемещений, тогда как при жестком нагружении граничные условия удерживают конструкцию на месте. Именно в этом и проявляется стабильность жесткого нагружения.

Поэтому в данном случае нагружение траверсы производится посредством жесткого нагружения вплоть до потери несущей способности конструкции. Информация о силах реакций, возникающих в проушинах траверсы, даст представление о нагрузке, при которой происходит потеря несущей способности грузоподъемного оборудования.

Определение несущей способности траверсы

По результатам расчета определено, что в конструкции произойдет потеря несущей способности при нагрузке, превышающей максимальную рабочую нагрузку в 4,8 раза.

На рисунке ниже показано распределение полей пластических деформаций при нагружении пространственной траверсы нагрузкой, в 4,8 раза превышающую максимальную рабочую нагрузку. Это недостаточный коэффициент запаса, поскольку требования к конструкции предполагают не менее пятикратный запас прочности для деталей траверсы.

Ниже приведены ракурсы, на которых показаны места, в которых происходит излом конструкции. Развитие пластических деформаций и излом конструкции происходит в местах, где ребра жесткости своими острыми концами упираются в балку. Подобное конструктивное решение можно классифицировать как конструкторскую ошибку, поскольку такая конфигурация ребер приводит к образованию концентраторов напряжений, в которых при достижении предела текучести пластические деформации распространяются по всему сечению конструкции, что приводит к образованию пластического шарнира и снижает несущую способность конструкции.

Для того чтобы снизить величину пластических деформаций и увеличить запас прочности конструкции, инженерами АО «ЦИФРА» предложен вариант локальных изменений в конструкции. Ребро продлено до проушин, а сами проушины удлинены во избежание ограничения доступности отверстия при строповке. Внесение этих изменений в конструкцию увеличивает массу грузоподъемного оборудования на 0,5%.

Поверочный расчет измененной конструкции пространственной траверсы по предельному состоянию показал, что в конструкции произойдет образование пластического шарнира и потеря несущей способности при нагрузке, превышающей максимальную рабочую нагрузку в 6,8 раз.

На рисунке ниже показано распределение полей пластических деформаций при нагружении траверсы нагрузкой, в 6,8 раз превышающую максимальную рабочую нагрузку.

Ниже приведен график зависимости действующей нагрузки от вертикального перемещения в проушине для исходного варианта конструкции и для варианта конструкции с внесенными изменениями. Удлинение ребер жесткости до проушин позволило увеличить запас прочности грузоподъемного оборудования на 40%.

Заключение

Проведен расчет грузоподъемного оборудования по допускаемым напряжениям и по предельному состоянию. Найденный запас прочности траверсы по несущей способности при действии максимально возможной нагрузки оказался недостаточным для выполнения условий прочности. Установлено, что причиной занижения несущей способности конструкции является конструкторская ошибка, вследствие чего предложен вариант локального изменения геометрии конструкции. Предложенные конструктивные изменения увеличили массу конструкции на 0,5%, что позволило увеличить запас прочности грузоподъемного оборудования по несущей способности на 40% и обеспечить выполнение условия прочности.

Расчет траверсы | Донстальканат

Схема газлифтной установки — PetroWiki

Газлифт с непрерывным потоком аналогичен газлифту с естественным потоком, но, как правило, имеет две различные траверсы с потоком под давлением. Траверс ниже точки закачки газа включает только пластовый газ; тогда как траверс над точкой нагнетания газа включает как пластовый, так и нагнетательный газы. Эти две различные траверсы потока и давления и соответствующие им соотношения газ/жидкость (GLR) показаны на рис. 1 .

Содержание

• 1 Методы проектирования
• 2 Описание операций по разгрузке
• 3 Рекомендации по первоначальной установке
• 4 Допущения и коэффициенты безопасности
• 5 Дроссельный обратный клапан
  • 5.1 Преимущества дроссельного обратного клапана
  • 5.2 Недостаток дроссельного обратного клапана
• 6 Глубина верхнего газлифтного клапана
  • 6.1 Гидравлическое давление на глубине
    • 6.1.1 Пример 1
  • 6.2 Температура потока на глубине
• 7 Номенклатура
• 8 Каталожные номера
• 9 примечательных статей в OnePetro
• 10 Внешние ссылки
• 11 См. также
• 12 Категория

Методы проектирования

В литературе предлагается множество методов проектирования газлифтной установки. Некоторые конструкции установки требуют уникальной конструкции клапана или пропускной способности газлифтного клапана для закачки газа. На этой странице проиллюстрированы только две техники дизайна:

• Конструкция, основанная на постоянном снижении рабочего давления закачиваемого газа для каждой последующей нижней задвижки (эта конструкция по существу аналогична методике проектирования газлифта API в RP 11V6 ^[1] )
• Альтернативная конструкция для скважин, требующих высоких скоростей закачки газа.

Конструкция API может использоваться на большинстве скважин в США. Однако, когда требуется большой объем подъема и высокие скорости закачки газа, при проектировании следует учитывать производительность газлифтного клапана. В обоих этих методах используется простой одноэлементный неуравновешенный газлифтный клапан с заполненным азотом сильфоном. Этот тип клапана наиболее широко используется в промышленности и доступен у всех основных производителей газлифтного оборудования.

Проектные расчеты газлифтной установки делятся на две части:

• Определение глубины установки газлифтного клапана
• Расчет давления открытия газлифтных клапанов на испытательном стенде

Давление открытия рассчитывается после глубины клапана, поскольку рабочее давление закачиваемого газа и выходного давления и температуры во время разгрузки основаны на этих глубинах клапана.

Основной целью этой страницы является подробное описание методов проектирования установки для расчета глубины клапана и давления открытия испытательной стойки газлифтных клапанов, которые будут разгружать скважину до максимальной глубины подъема для доступного закачиваемого газа. объем и давление. Операции разгрузки, как показано на диаграмме регистратора давления с двумя ручками в Рис. 2 , должен быть автоматическим. Уровень жидкости при статической нагрузке находился близко к поверхности в обсадной колонне и насосно-компрессорных трубах до того, как началась первоначальная разгрузка. Устьевое давление остается относительно постоянным во время операций с U-образными НКТ до того, как закачиваемый газ впервые поступит в НКТ через верхний газлифтный клапан. При передаче глубины закачки газа на каждый нижний газлифтный клапан происходит скачок давления в устье скважины и снижение давления в колонне нагнетательного газа. Когда каждый нижний газлифтный клапан открывается, клапан, расположенный непосредственно над ним, закрывается, и точка подачи газа перемещается с верхнего клапана на нижний. Все газлифтные клапаны выше рабочего клапана должны быть закрыты, а клапаны ниже должны быть открыты в правильно спроектированной газлифтной установке.

Описание работ по разгрузке

Глубины установки разгрузочных газлифтных клапанов рассчитываются для слива жидкости глушения (загрузки) на расчетную глубину рабочего клапана при имеющихся на буровой площадке давлении закачиваемого газа и объеме газа. Поскольку закачиваемый газ первоначально закачивается в кольцевое пространство обсадной колонны, давление закачиваемого газа после устройства управления на линии закачки газа увеличивается по мере снижения уровня рабочей жидкости в кольцевом пространстве обсадной колонны во время U-образной трубы загрузочной жидкости. Загрузочная жидкость подается в НКТ через открытые газлифтные клапаны в скважине с пакером или через открытые газлифтные клапаны и нижний конец НКТ в скважине без пакера. Первоначальные газлифтные операции начинаются после того, как открывается первый газлифтный клапан и нагнетаемый газ поступает в НКТ на этой глубине верхнего клапана.

Давление в обсадной и насосно-компрессорной трубах практически одинаково в момент открытия газлифтного клапана. Сразу же после того, как закачиваемый газ начинает поступать в НКТ через следующий нижний газлифтный клапан, давление закачиваемого газа в обсадной колонне начинает снижаться, поскольку вновь открытый газлифтный клапан остается открытым при более низком давлении закачиваемого газа, чем при разгрузке. клапан выше. Через верхний разгрузочный клапан в НКТ поступает все меньше и меньше нагнетаемого газа. Расход закачиваемого газа через вновь открытый клапан увеличивается до тех пор, пока давление закачиваемого газа в кожухе не снизится до давления закрытия верхнего разгрузочного клапана. Глубина закачки газа считается завершенной, когда весь закачиваемый газ поступает в НКТ через нижний клапан, а все верхние газлифтные клапаны закрыты. Принципы работы с непрерывным потоком иллюстрируются диаграммой давление/глубина, показанной на рис. 9.0003 Рис. 6 .

По мере того, как закачиваемый газ поступает в НКТ через недавно открытый клапан, давление притока снижается. Давление закачиваемого газа в обсадной колонне начинает увеличиваться из-за уменьшения усилия открытия из-за более низкого давления притока на глубине клапана и необходимости перемещения штока клапана для увеличения расхода закачиваемого газа в НКТ для вскрытия следующей нижней клапан. Необходимо определить увеличение давления нагнетаемого газа выше начального давления открытия клапана на глубине клапана для прохождения расхода нагнетаемого газа, чтобы установить переходное давление притока-добычи. Это максимальное давление нагнетаемого газа, необходимое для перемещения штока клапана, достаточного для прохождения расхода нагнетаемого газа, необходимого для передачи глубины нагнетания газа на следующий нижний клапан, зависит от характеристик газлифтного клапана. Внутренний диаметр порта клапана (ID), скорость нагрузки на узел сильфона и линейное перемещение штока контролируют характеристики газлифтного клапана. Расчетное максимальное давление закачиваемого газа для установления давления передачи притока-добычи от нижнего клапана во время разгрузки не должно приводить к повторному открытию какого-либо из верхних газлифтных клапанов. В Рис. 6 , закачиваемый газ поступает в эксплуатационный трубопровод через четвертый газлифтный клапан, а три верхних разгрузочных газлифтных клапана закрыты. Несмотря на то, что нижний газлифтный клапан открыт, закачиваемый газ не может поступать в этот клапан на глубине D ₅ , так как давление притока превышает давление закачиваемого газа на этой глубине. Градиент гидравлического давления на глубине траверса, г _pfa , над глубиной рабочего газлифтного клапана, D _ov , включает закачку плюс добычу пластового газа и градиент давления притока по глубине, g _pfb , ниже D _ов содержит только добычу пластового газа.

Вопросы первоначальной конструкции установки

Конструкции установки с непрерывным потоком различаются в зависимости от того, известны ли полные и точные скважинные данные. Надежная работа приточной скважины и точная корреляция многофазного потока необходимы для определения приблизительной точки закачки газа в глубокие скважины. Когда скважинные данные ограничены или сомнительны, во многих скважинах невозможно точно рассчитать точную точку закачки газа. Если давление закачиваемого газа недостаточно для достижения забоя скважины, желаемая глубина закачки газа может оказаться невозможной. При отсутствии изменения давления закачиваемого газа или состояния скважины точка закачки газа должна оставаться на максимальной глубине в течение всего срока службы газлифтной установки.

Извлекаемые оправки для газлифтных клапанов устанавливаются (обычно с установленными холостыми клапанами) во многих скважинах до того, как мало информации о добыче скважины, если таковая вообще имеется. Инженер должен разместить эти оправки в скважинах до того, как потребуется газлифт. Конструктивные соображения аналогичны для скважин с изменяемой точкой закачки газа. В целом, многие газлифтные установки относятся к этой категории, в которых точные скважинные данные неизвестны или ограничены, а точка закачки газа неизвестна и/или меняется по мере истощения коллектора.

Допущения и коэффициенты безопасности

Коэффициенты безопасности используются для проектирования проточной газлифтной установки с неуравновешенными одноэлементными газлифтными клапанами, когда в расчетах не учитываются скорость нагрузки и производительность клапана по газу. Начальные давления открытия газлифтного клапана основаны на статических уравнениях баланса сил. Коэффициенты безопасности позволяют увеличить давление закачиваемого газа и/или выходного давления на глубине затвора, что необходимо для правильного хода штока затвора и обеспечения эквивалентной площади порта, требуемой для пропуска расхода закачиваемого газа, необходимого для разгрузки и газлифта. большинство колодцев. Следующие факторы безопасности компенсируют тот факт, что большинство операторов устанавливают газлифтные клапаны на ближайшее место соединения НКТ. Фактическая глубина газлифтного клапана обычно находится в пределах 15 футов от расчетной глубины.

1. Рабочее давление нагнетаемого газа, используемое для расчетов конструкции установки, должно быть средним, а не максимальным давлением нагнетаемого газа на буровой площадке для большинства скважин. В особых случаях можно использовать начальное давление.
2. Предполагается, что суточная производительность при разгрузке равна расчетной суточной производительности. Как правило, фактический суточный дебит при разгрузке может быть меньше проектного дебита и может регулироваться на поверхности с помощью дебита закачиваемого газа.
3. При разгрузке пластовый газ не образуется. Общее газожидкостное отношение основано на ежедневной скорости закачки газа, доступной для разгрузки скважины.
4. Траверсы гидродинамического давления на глубине над разгрузочными газлифтными клапанами для проектных расчетов принимаются прямыми линиями.
5. Предполагается, что разгрузочный поток-температура потока на глубине представляет собой прямую, а не кривую линию между назначенной разгрузочной температурой потока на устье, T _whu и забойная температура T _wsd .

Предполагается, что расчетная температура потока при разгрузке поверхности ниже, чем конечная рабочая температура. Конечная температура потока, немного превышающая расчетную температуру, увеличивает начальное давление открытия сильфонного газлифтного клапана и помогает удерживать верхние клапаны закрытыми при подъеме из нижнего газлифтного клапана.

1. Заданный перепад давления между клапанами, Δ P _sD , от 20 до 60 фунтов на квадратный дюйм на клапане для разгрузки используется многими инженерами-проектировщиками газлифта. В результате фактическое минимальное рабочее давление, необходимое для открытия следующего нижнего разгрузочного газлифтного клапана, больше на заданное значение Δ P _sD .
2. Траверса потока ниже точки впрыска газа для определения глубины задвижки обычно принимается за градиент жидкости статической нагрузки. Как только начинается добыча пласта, фактический градиент давления притока в большинстве скважин снижается.

Дроссельный обратный клапан

Дроссель, используемый для газлифта в скважине, должен иметь обратный обратный клапан. Запорный диск или дротик должен быть закрыт под действием силы тяжести или подпружинен. В скважине с пакером запорная часть должна оставаться закрытой для предотвращения скопления обломков поверх пакера, когда этот клапан находится ниже уровня рабочей жидкости и не является рабочим клапаном. Впускной экран рекомендуется для обратных клапанов с небольшим дросселем, чтобы предотвратить возможное засорение. Индивидуальные отверстия во входном экране должны быть меньше, чем дроссель в дроссельном обратном клапане.

Правильно спроектированная газлифтная установка непрерывного действия с дроссельным обратным клапаном не требует более высоких требований к закачиваемому газу, чем та же скважина с газлифтным клапаном, работающим под давлением. Расход закачиваемого газа на подъем скважины контролируется замерным устройством на линии закачки газа на поверхности. В качестве донного клапана в большинстве установок с непрерывным потоком следует рассматривать дроссельный обратный клапан, а не более дорогой и сложный газлифтный клапан, работающий под давлением.

Преимущества обратного клапана

Обратный клапан является самым простым из всех типов рабочих клапанов и имеет очень низкую вероятность неисправности. Его можно использовать в качестве «флажка» из-за изменения давления нагнетаемого газа на поверхности после регулирующего клапана, когда дроссель-обратный клапан открыт и становится точкой нагнетания газа. На рис. 3 показана операция разгрузки с помощью обратного клапана в нижней части. Давление в НКТ на устье скважины является результатом открытия и закрытия разгрузочных газлифтных клапанов из-за 24/64-дюймового. дроссель в выкидной линии и механизм фрикционного сопротивления в клапане для предотвращения разрушения штока. После открытия дроссельного клапана примерно в 3 часа ночи курс отсутствует. Снижение рабочего давления закачиваемого газа является следствием низкой производительности пласта, а не газлифтной системы. Дроссельный обратный клапан надлежащего размера может предотвратить сильное напор или помпаж в газлифтной установке с непрерывным потоком, обеспечив постоянный размер проходного сечения. Для открытия дроссельного обратного клапана не требуется увеличения давления нагнетаемого газа, а размер дросселя всегда известен, поскольку он равен размеру штуцера в клапане. Дроссельный обратный клапан всегда открыт и пропускает газ до тех пор, пока давление нагнетаемого газа на глубине клапана превышает выходное давление на той же глубине. Для управления объемом закачиваемого газа для газлифта некоторых скважин требуется отверстие надлежащего размера. Одним из применений является газлифт одной зоны двойной газлифтной установки с общим источником нагнетаемого газа в затрубном пространстве. Расчетный перепад давления по крайней мере от 100 до 200 фунтов на квадратный дюйм на отверстии необходим для обеспечения достаточно точного прогноза прохождения газа.

Недостаток дроссельного обратного клапана

Если давление в линии нагнетания газа высокое по сравнению с выходным давлением на глубине дроссельного обратного клапана, при использовании влажного газа на поверхности может произойти замерзание. Слабые скважины с дроссельным обратным клапаном будут продолжать потреблять нагнетаемый газ при более низком давлении в линии нагнетания, чем более сильные скважины с более высоким дебитным давлением на глубине рабочего дроссельного обратного клапана.

Отверстие в насосно-компрессорной трубе или негерметичный пакер неотличимы от дроссельного обратного клапана во время нормальной непрерывной работы газлифта с непрерывным потоком. Дроссельный обратный клапан, как правило, не рекомендуется для небольших закрытых ротационных газлифтных систем, когда для заправки системы после останова требуется дорогостоящий подпиточный газ. Правильно отрегулированный газлифтный клапан, управляемый давлением закачки, закрывается после небольшого снижения давления закачиваемого газа и предотвращает ненужную утечку закачиваемого газа из затрубного пространства и малой системы высокого давления.

Глубина верхнего газлифтного клапана

Верхний газлифтный клапан должен быть расположен на максимальной глубине, которая позволяет использовать U-образную трубку для рабочей жидкости с этой глубины при имеющемся давлении закачиваемого газа. Если скважина загружается на поверхность жидкостью глушения, глубина верхнего клапана может быть рассчитана с помощью одного из следующих уравнений.

………………….(1)

………………….(2)

или

………………….(3)

где

Д в 1	=	глубина верхнего клапана, фут,
П ко	=	начальное или среднее давление закачиваемого газа на месторождении (опционально), psig,
П ву	=	Устьевая U-образная труба на поверхности (разгрузка) давление, psig,
Δ P SD	=	назначенный перепад давления на глубине клапана, фунт/кв. дюйм,
г лс	=	статическая нагрузка (глушение) — градиент давления жидкости, psi/ft,
и
г жио	=	Градиент давления закачиваемого газа на глубине, фунт/фут.

Экв. 1 не включает увеличение давления закачиваемого газа на глубину клапана, D _{v 1} . Это уравнение широко используется из-за фактора безопасности, связанного с пренебрежением увеличением давления газа с глубиной. Уравнение 2 дает ту же глубину, что и графическое решение, без какого-либо перепада давления на верхнем газлифтном клапане в тот момент, когда этот клапан открыт. Другими словами, верхний клапан не открывается, если фактическое пусковое давление закачиваемого газа меньше проектного значения или если устьевое давление U-образных НКТ выше предполагаемого. Уравнение 3 включает вес столба нагнетаемого газа и заданный перепад давления в момент открытия верхнего клапана.

Устьевое давление U-образных НКТ на поверхности для большинства установок меньше устьевого давления потока. Разница между этими двумя давлениями увеличивается при увеличении длины выкидных трубопроводов и повышении производительности. Давление в U-образной трубе на устье скважины приблизительно равно давлению в сепараторе или эксплуатационном коллекторе, потому что скорость передачи рабочего флюида во время работы с U-образной трубой очень низкая, и нагнетаемый газ не может попасть в выкидную линию до тех пор, пока не будет открыт верхний газлифтный клапан. Операции газлифта не начинаются до тех пор, пока закачиваемый газ не поступит в эксплуатационный трубопровод через верхний клапан. Устьевое давление следует использовать для определения глубины оставшихся газлифтных клапанов.

Нагрузочно-жидкостная траверса на основе г _ls может быть проведена от давления U-образной трубы устья скважины до пересечения кривой давления закачиваемого газа на глубине ( P _koD ход) на графике давление/глубина. Верхний клапан может быть расположен на этом пересечении, что соответствует той же глубине, что и рассчитанная по уравнению . 2 . В сочетании с графическим методом можно предположить произвольный перепад давления на верхнем газлифтном клапане, и этот метод аналогичен 9.0003 Уравнение 3 . Если не предполагается увеличение давления газа с глубиной, этот метод становится аналогичным расчету D _{v 1} с уравнением. 1 . Для простоты экв. 4 часто используется для расчета расстояния между верхними клапанами.

………………….(4)

Гидравлическое давление на глубине

Точные прогнозы гидродинамического давления на глубине необходимы для правильного проектирования и анализа газлифтной установки с непрерывным потоком. Когда компьютерные программы для проектирования и анализа газлифтной установки недоступны для ежедневных рутинных расчетов, проектировщики газлифта должны полагаться на опубликованные кривые градиента для определения гидравлического давления на глубине. Многие нефтедобывающие компании имеют собственные корреляции многофазных потоков и публикуют собственные градиентные кривые. Кривые градиента доступны у производителей газлифта и опубликованы в книгах, которые можно приобрести. По возможности используйте полевые данные для проверки точности расчетов компьютерной программы и кривых градиента. Целью этой главы не является сравнение различных корреляций многофазного потока или опубликованных кривых градиента.

Широко распространенные корреляции многофазного потока и механистические модели основаны на псевдостационарном течении без серьезного напора в чистом продуктивном трубопроводе с неограниченной площадью поперечного сечения. Точное давление не может быть получено из кривых градиента, основанных на этих корреляциях, если трубопровод частично закупорен парафином или накипью. Эмульсии также могут препятствовать применению этих корреляций и кривых градиента. Применимость конкретной корреляции или набора градиентных кривых для данной скважины может быть установлена ​​только путем сравнения измеренного гидравлического давления с давлением на глубине, определенным из корреляционных или градиентных кривых. Измеренные данные добычи должны быть точными и воспроизводимыми, прежде чем сбрасывать со счетов корреляции многофазного потока или кривые градиента.

Набор типичных кривых градиента приведен на Рис. 4 . Эти кривые градиента используются в примерных расчетах конструкции установки в Примере 1. Для этих расчетов конструкции установки используется GLR, а не газовый фактор (GOR).

Большинство кривых градиента отображают GLR, а не GOR. По этой причине первым шагом в применении градиентных кривых является преобразование ГФ в ГФ, если сообщается только ГФ и скважина добывает воду. GLR можно рассчитать для заданного газового фактора и обводненности с помощью Уравнение 5 .

………………….(5)

где

Р ГЛФ	=	отношение пластовый газ/жидкость, станд. фут./ст.ст.,
f или	=	масляная фракция (l – f w ), дробь,
и
Р перейти	=	газонефтяное отношение, станд. куб. фут/стб.

Пример 1

Дано:

• R _{перейти} = 500 станд.
• Обводненность f _w = 0,60 (60%)

Расчет пласта GLR: R _glf = (1 – 0,6) 500 = 200 станд. футов/стб.

Когда используются кривые градиента, глубина является относительной глубиной и может смещаться, в то время как давление никогда не смещается. Если трассируется поток с гидродинамическим давлением на глубине, значения давления на графике давление/глубина всегда должны перекрывать те же значения давления на кривых градиента. Для наклонных скважин, где трение мало, используйте истинные вертикальные глубины, а не измеренные глубины в графическом дизайне.

Температура текучей среды на глубине

Точное прогнозирование температуры текучей среды на глубине клапана имеет важное значение при проектировании и анализе многих газлифтных установок с газлифтными клапанами, заправленными азотом. Предполагается, что температура клапана, извлекаемого с помощью троса, равна температуре протекающих флюидов на глубине клапана. Извлекаемый газлифтный клапан расположен в кармане оправки внутри НКТ и контактирует с добычей из скважины. Температура обычного клапана находится между температурой текучей среды и геотермальной температурой скважины, но обычно ближе к температуре текучей среды, поскольку сталь имеет более высокую теплопроводность, чем газ.

Киркпатрик ^[2] опубликовал одну из наиболее широко используемых корреляций градиента температуры потока и температуры в 1959 году. Семейство кривых градиента температуры потока в Рис. добывается с помощью газлифта через НКТ с наружным диаметром 2 7/8 дюйма в широком диапазоне дебитов. Хотя корреляция не включает несколько важных параметров, таких как GLR и свойства флюида, расчетная температура поверхности и температура на глубине оказались достаточно точными для многих газлифтных операций. Сагар и др. ^[3] опубликовал еще одну корреляцию между потоком и температурой. Этот эмпирический метод расчета профилей температуры потока является гораздо более строгим и основан на скважинных данных из нескольких областей. Процедура расчета может быть легко запрограммирована для прогнозирования температуры потока на поверхности в вертикальных и наклонных скважинах. Однако наилучший подход, когда это возможно, заключается в измерении температуры на глубине в реальной газлифтной скважине.

Номенклатура

Д в 1	=	глубина верхнего клапана, фут
f или	=	Масляная фракция, дробь
ж ш	=	обводненность, дробь
Ф р	=	Коэффициент производственного давления, безразмерный
г гио	=	статическое давление закачиваемого газа на градиенте глубины, фунт/кв. дюйм
г ЖК	=	средний градиент давления для добычи жидкости в камере, psi/ft
г лс	=	статическая нагрузка (глушение) — градиент давления жидкости, psi/ft
П бвд	=	Давление в сильфоне, заполненном азотом, при температуре клапана, psig
П ко	=	начальное или среднее давление закачиваемого газа на месторождении (дополнительно), фунт/кв. дюйм изб.
P пфд	=	дебит-давление на D d на основе конструкции q л и R глю , psig
P пфд	=	Рабочее давление на глубине клапана, psig
П ву	=	Устьевое давление разгрузки U-образной трубы, psig
Δ P SD	=	назначенный перепад давления на глубине клапана, фунт/кв. дюйм

Ссылки

1. ↑ API RP 11V6, Рекомендуемая практика проектирования газлифтных установок непрерывного потока с использованием клапанов, управляемых давлением нагнетания, второе издание. 1999. Вашингтон, округ Колумбия: API.
2. ↑ Киркпатрик, C.V. 1959. Достижения в технологии газлифта. Сверлить. & Прод. Практика (март): 24.
3. ↑ Сагар Р., Доти Д. Р. и Шмидт З. 1991. Прогнозирование температурных профилей в фонтанирующей скважине. SPE Prod Eng 6 (4): 441-448. SPE-19702-PA. http://dx.doi.org/10.2118/19702-PA.

Заслуживающие внимания статьи в OnePetro

Используйте этот раздел, чтобы перечислить статьи в OnePetro, которые обязательно должен прочитать читатель, желающий узнать больше

Внешние ссылки

Используйте этот раздел для размещения ссылок на соответствующие материалы на веб-сайтах, отличных от PetroWiki и OnePetro.

См. также

Конструкция газлифтной системы

Методы проектирования установки газлифта

Конструкция газлифтной установки периодического действия

Газлифт для необычных условий

Газлифт

PEH:Газ_Лифт

Категория

Преодоление ступенчатых препятствий на инвалидных креслах с ручным управлением

. 1996 окт; 27 (5): 327-41.

doi: 10.1016/0003-6870(96)00027-0.

J Petzäll
¹

принадлежность

• ¹ Департамент планирования и проектирования дорожного движения, Лундский технологический институт, Лундский университет, Box 118, S-221 00 Лунд, Швеция.

• PMID:

  15677074

• DOI:

  10.1016/0003-6870(96)00027-0

Дж. Петцалль.

Аппл Эргон.

1996 окт.

. 1996 окт; 27 (5): 327-41.

doi: 10. 1016/0003-6870(96)00027-0.

Автор

Дж Петцалль
¹

принадлежность

• ¹ Департамент планирования и проектирования дорожного движения, Лундский технологический институт, Лундский университет, Box 118, S-221 00 Лунд, Швеция.

• PMID:

  15677074

• DOI:

  10.1016/0003-6870(96)00027-0

Абстрактный

В системе общественного транспорта иногда встречаются ступенчатые препятствия, такие как бордюры, ступени, ступени для въезда транспортных средств, края подъемных платформ, внутренние ступени в транспортных средствах и т. д. В этом документе описывается исследовательская работа, проведенная в Швеции для определения высоты ступенек. препятствия, которые можно преодолеть на ручной инвалидной коляске, управляемой сопровождающим. Работа включала в себя испытания с испытуемыми, маневрирующими двумя разными типами инвалидных колясок с манекенами в качестве пассажиров, над ступенчатым препятствием с регулируемой высотой. Он также включал испытания с человеком в инвалидной коляске. Испытуемыми были 20 здоровых людей в возрасте от 23 до 60 лет, не имевших опыта вождения инвалидных колясок или имеющих лишь небольшой опыт вождения, выбранных в качестве водителей автобусов или других помощников. Они оценили воспринимаемое ими ощущение усилия по 10-уровневой шкале с параметрами соотношения. Ощущение комфорта и безопасности пассажир оценил в три балла. Все испытания фиксировались с помощью видеокамеры. Из видеофильма анализировались ситуации и последовательности действий испытуемых и измерялась продолжительность выполнения каждой задачи. Силы, необходимые при преодолении ступенчатых препятствий на инвалидной коляске, были рассчитаны в соответствии с принципами механики и обработаны компьютером для различных основных ситуаций пересечения. Результаты показывают, что для планирования систем общественного транспорта, где пассажир может получить помощь, допустима высота ступеньки 50 мм, а высота ступеньки 100 мм может быть приемлемой, если имеется достаточно места для маневрирования кресла-коляски, поэтому что можно выбрать наиболее удобный способ прохождения ступени. Следует избегать больших высот.

Похожие статьи

• Использование углубленных исследований для выявления проблем безопасности при транспортировке пассажиров автомобилей в инвалидных колясках.

  Шнайдер Л.В., Клинич К.Д., Мур Дж.Л., МакВильямс Дж.Б.

  Шнайдер Л.В. и соавт.
  мед. инж. физ. 2010 апр; 32(3):237-47. doi: 10.1016/j. medengphy.2009.09.001. Epub 2009 2 октября.
  мед. инж. физ. 2010.

  PMID: 19800833

• Применение основных принципов безопасности детей-пассажиров для повышения безопасности перевозки детей, путешествующих в инвалидных колясках.

  Манари М.А., Шнайдер Л.В.

  Манари М.А. и соавт.
  J Pediatr Rehabil Med. 2011;4(4):241-50. doi: 10.3233/PRM-2012-0191.
  J Pediatr Rehabil Med. 2011.

  PMID: 22430620

• Использование активных инвалидных колясок в повседневной жизни: опыт опытных пользователей активных сверхлегких инвалидных колясок с жесткой рамой.

  Кранц О, Эгард Х.

  Кранц О. и др.
  Инвалид Rehabil Assist Technol. 2017 Янв;12(1):65-72. дои: 10.3109/17483107.2015.1065514. Epub 2015 13 июля.
  Инвалид Rehabil Assist Technol. 2017.

  PMID: 26165825

• Перевозка школьных автобусов для учащихся в инвалидных колясках.

  Бунинг МЭ, Карг ЧП.

  Бунинг М.Э. и соавт.
  J Pediatr Rehabil Med. 2011;4(4):259-68. doi: 10.3233/PRM-2011-0183.
  J Pediatr Rehabil Med. 2011.

  PMID: 22430622

  Обзор.

• Инвалидные коляски с электроприводом для подъема по ступенькам: обзор литературы.

  Сундарам С.А., Ван Х., Дин Д., Купер Р.А.

  Сундарам С.А. и др.
  Верхняя реабилитация после травм спинного мозга. 2017 Весна;23(2):98-109. doi: 10.1310/sci2302-98.
  Верхняя реабилитация после травм спинного мозга. 2017.

  PMID: 29339886
  Бесплатная статья ЧВК.

  Обзор.

Посмотреть все похожие статьи

Цитируется

• Влияние наклона пандуса на физиологические характеристики и время работы здоровых взрослых людей, толкающих инвалидные коляски.