Введение к работе
Актуальность дроблены. В нашей стране к за рубежом ведутся интенсивные поиски возиоЕКЫх путей увеличения эффективности и эксплуатационкой надежности итанговых сквагинных насосных установок (ШСНУ). Одним из основных направлений является создание насосных установок с длиной хода плункера, значительно превышающей существующие і что достигается за счет использования гибкой штанги (гибкого тягового органа), наматываемой на барабан привода. Применение длинноходовых скваишнах насосных установок (ДСНУ) с гибкой штангой (канат,цепь, лента и др.) позволяет улучшить эксплуатационные характеристики скваяинного оборудования, существенно увеличить межремонтный период работы скваанн за счет снижения знергонапрякенности, сократить время проведения спуско-водъемшх операций при подземном ремонте, уменьшить энергозатраты на подъем яидкостк из скваяины. Кроне того, возыошость регулирования закона движения и длины хода плунжера способствует эффективному ириыененив систем автоиатизироваЕного контроля и управления процессом добычи нефти.
Целесообразность разработок ДСНУ с гибкой штангой подтвэрзздается соэданиец и успешной эксплуатацией подобных установок за рубакой. Создание отечественных длинноходовых установок до аоследнего времени в значительной степени сдерживалось отсутствием приемлемого конструктивного решения для уплотнения гибкого тягового органа на устье скважины, а такие методик расчета динакограми и [грсцесса подашрования в длшкоходовом насосе , дающих достовернув кнфориацив для проектирования и позволяющих выбрать рациональную конструкцив насоса, оптимизировать технологический рзяим откачки.
Решение двух основных задач: разработки конструкции устьевого гилогнекия с подвижным уплотвителыши элементом (УУП) к нетодики расчета рабочего процесса в длинноходовом насосе с ТУП,- с зостроениеи динамограми для характерных сечений канатной штанги, определило основное содеряание и целевое назначение диссертационной работы.
Цель работа ПоЕыиение эффективности ДСНУ с канатной штангой кз эснове разработки..; конструкции УУП н теории процесса пошмрования, методики расчета динамограми и выбора технологических режимов для соиплексного решения задач рационального проектирования и эксплуатации, а также создания систем автоматизированного контроля и управления рабочий процессом.
Основные задачи исследования:
I. Разработка конструкции подваяного устьевого
уплотнения; скабаенкого устройство!; для компенсации утечек.
2.Создание математической модели рабочего процесса в
длинноходоаон насосе с канатной итангой и подаяхним устьевым
уплотнением с учетом сопутствующих механических,
і'ИДрогазодинакическкх и фильтрационных процессов на основе решения специальных задач динамики, гидродинамики и иассообмека. Разработка методики расчета процесса помпирования.
3. Экспериментальная проварка в промысловых условиях
работоспособности УУП и достоверности теоретического списания
процессов в подвижной устьевом уплотнении.
-
Разработка ыегодики расчета динамограми для различных сечений канатной штанги, позволяющей учесть влияние основных конструктивнихs технологических s эксплуатационных характеристик на развитие рабочего' процесса в ДСНУ в сзяза с особенностпш: конструкции тягового органа и подвшшого устьевого уплотнения.
-
Проведение на ПЭВМ численных расчетов типовых семейств динакограии; кх графическое построение и сравнительный анализ.
Научная новизна.
-
Разработаны основной ( с учетои вязксста и сил инерции) и упрощенный ( квазкгидростгтическйа приЗлЕяение) варианты теории гидрогазодкнамнческкх процессов в системе каналов УУП. Установлено в аналитической форіде условие отстройки от реяииа сзабировзвкя в УУП.
-
Разработана математическая модель рабочего процесса в насосе с УУП на основе предложенной расчетной схемы наустановшигося двннения (первая задача динамики) механической системы с переменной кассой: плунжер - утяжелитель - поршень УУП - канатная штанга. Учтено влияние массовых сил (вклнчая силы инерции) а повэрхносткых сил сопротивления, обусловленных вязкостью рабочей жидкости при ламинарном и турбулентной режимах течения. Учтено такге ка развитие рабочего процесса в целом влияние гкдродккаии'геских процессов в затрубнои пространстве, сопровегдзюггихся колебанием динамического уровня и фильтрационными процессами в пласте.
3. С учэтои особенностей функционирования ДСИУ с канатной
итвкгей и УУП разработана теория процесса поипированкя, вклачащая
методику расчета давлений и объеыных расходов с элеыэнтгх
гидравлического тракта, а такие обусловленных вязкостыз жидкости сил
поверхностного трения на стенках канала. Расчет давлений выполнен с
учетом влияния сил инерции частиц жидкости. С использованиям
гипотезы квазистационарности для течений в кольцевах каналах с знутрэнней подвигшой стенкой обосновывается целесообразность іредставлекия величин потерь напора и. поверхностного трзния в форые Злазиуса - Новожилова. В этой связи усовершенствованы существующие и юлучены новые решения гидродинашческих задач о Куэттовскои пашшгрном и турбулентном течениях дидкостн, в последнем случае использована полуэипирическая нодель сдвигового течения (закон "одной седьмой"), предлокенная А.Ы.Пярвердяноы. Разработан пвкет програми для расчета коэффициентов гидравлического сопротивления и поверхностного трения. Эти результаты имеют универсальный характер и иогут быть использованы для расчета поширования в других схемах ЇІСНУ.
4. Усовершенствована методика расчета утечек, уточняющая
рекомендации А.М.Пирвердяна.
5. Создан промашленно - экспериментальный стенд, оснащенный
комплексом контрольно - измерительной аппаратуры, для проверки
работоспособности конструкции УУП и проведения исследований
гадрогазодинашческих процессов в системе ее каналов.
Экспериментально подтверждена работоспособность УУП с узлом
компенсации утечек. Установлена удолетворительная сходимость
экспериментальных п теоретических циклограмм давления для кольцевого
канала снаружи изолирующей труби у обратного клапана.
6. Разработана методика расчета динаыограин в различных
сечениях канатной штанги. Показзно, что полное динамометрирование
требует построения динамограми для трех контрольных сечений: в точке
набегания каната на барабан привода и в двух граничных сечениях
нюшей ветви канатной штанги. Методика реализована для стандартных
тахограми движения в виде пакета программ для IBM PC и позволяет
помимо получения числовых данных вывести на печать семейство
динамограму отличающихся выбором значеній определяющих параметров.
Проведены циклы расчетов, позволившие выявить степень влияния
основных конструктивных. технологических и эксплуатационных
факторов: вязкости жидкости ( включая случаи аномальной вязкости ),
длины хода (от 20 до 200 н.), нассы утяжелителя, величины буферного
давления , протяженности интервалов разгона и торможения и др.).
Практическая ценность.
Предложена конструкция УЛІ с узлои компенсации утечек, которая !.:оиет быть нспользозана при создавши ДСНУ с канатной итантой. Разработанные методики расчета основных характеристик рабочего процесса с соответствуащр.1 комплексом програишого обеспечения, позволяащм построить даиамограісш в характерных сечениях канатной
штанги, иогут быть использована при проектировашні и рациональной эксплуатации ДСНУ с УУП в обычных и ослолненшх условиях, а такге при разработке скстеи автоматизированного контроля и управления рабочим процессом.
Реализация работы.
На основе предложенной конструкцій УУП с узлоы кошенсаціш утечек создан опытный образец уплотнения, прошедший испытания в промысловых условиях к принятый некведейственней комиссией. Методика расчата динамограми усіивія в разлячніа сечениях каната оформлена в виде РД зз утверздепа Отделом Ноучно - технического прогресса Ьзнннефтегазпрома СССР и рекошщцована к использований при проектировании и эксплуатации ДСНУ с гибкой итангой к УУП, а такте при разработке комплекса автоматизированного контроля и управления.
Апробация работа.
Основные положения и результаты диссертационной работы доло2ены на:
Есесошной конференции, молодых учеши и специалистов
"Проблеш ксшілексного освоения нефтяных и газовых месторождений",
Учкекен, 25-27 июня IS&4 г. . -
Всесоюзной конференции молодых ученых и специалистов "Нефть 1! газ Западной Сибири. Проблемы добычи и транспортировки", г.Тклэнь, 14-16 декабря 1935 г.
Научно-технической конференции молодых ученых и специалистов ШНХ и ГП вы.и.М.Губкина, Москва, 1935 г.
Научно-технической конференции молодых ученых и специалистов ШНХ и ГП ии.й.М.Губкина, Москва, 25-27 февраля 1987 г.
Научно-технической конференции колодах ученых и специалистов "Машины и установки для добычи и транспорта нефти, газа и газозого конденсата", г.Суш, 1938 г.
Научно-технической, конференции молодых ученых и специалистов "Перспективы развития, совершенствование .конструкции и повышение надеаности бурового и нефтепромыслового оборудования", г.Перігь, I98S г.
-Научно-технической конференции иолодах ученых и специалистов "исследование, конструирование и технология изготовления нефтепромыслового оборудования", г.Казань, 1988 г.
- II научно-техническая конференция " Проблемы повшгекия
износостойкости газонефтепромыслового оборудования" f.SfflT
па.И. 1,1.Губкина, Цосква, 1990 г.
Публикеции.
Осиозноэ содержание диссертационной работу отражено в 11-ти
публякащях, зключая положительное реиенке на заявку й 4903361/ 03/ 006050 от 02.10.91, нменцуа приоритет от 13.01.91 я 4 научно-технических отчета Я Г? 01.87.0093.425.
Структура п объеи работа.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, оснозшх внводов, списка кспольэуенсй литературы и приложений.
Работа излокека на 149 страницах иавзгястасного текста и содергшт 31 рисунок я 3 таблица. В списке литературы 84 наименования.
