Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор литературных источников по отказам и анализ методов оценки технического состояния УЭЦН 7
1.1 Обзор работ по изучению отказов установки электроцентробежного насоса для добычи нефти 7
1.2 Теоретические основы возникновения динамических усилий в системе УЭЦН 12
1.3 Анализ методов оценки технического состояния погружной установки для добычи нефти 17
Выводы 20
2 Разработка способа опенки надежности системы УЭЦН с учетом совокупности действующих факторов 21
2.1 Вероятностные методы в изучении усталостного разрушения металла 21
2.2 Применение метода Байеса для определения вероятности появления отказа с учетом условий эксплуатации 23
2.2.1 Определение априорной вероятности по статистическим данным наработки на отказ погружных агрегатов 26
2.2.2 Приближенный способ определения закона распределения отказа погружной установки 31
2.3 Определение вероятности безотказной работы с учетом динамического напруження системы УЭЦН 32
Выводы 34
3 Динамическая нагруженность системы УЭЦН 35
3.1 Действие реактивного крутящего момента ЭЦН на колонну НКТ 35
3.1.1 Конструкционные параметры, влияющие на величину реактивного момента 39
3.1.2 Эксплуатационные параметры, влияющие на величину реактивного момента 41
3.2 Изгибающие нагрузки, возникающие в колонне НКТ 44
3.2.1 Продольная устойчивость колонны НКТ 44
3.2.1.1 Методы решения задачи продольной устойчивости стержня 44
3.2.1.2 Задача потери устойчивость колонны НКТ, под действием вибрации и крутящего момента ЭЦН 47
3.2.2 Изгибающий момент, действующий в поперечном сечении насосно-компрессорных труб 55
3.2.2.1 Замер вибрации электроцентробежной установки для добычи нефти на испытательном стенде 78
3.2.2.2 Расчет изгибающего момента, возникающего в колонне НКТ 89
3.2.2.3 Анализ временных зависимостей с помощью показателя Херста... 95
3.3 Продольные динамические нагрузки 99
3.4 Динамические напряжения в колонне НКТ 110
Выводы 117
4 Способы и средства виброзащиты скважинного оборудования при работе УЭЦН 118
4.1 Обзор методов виброзащиты внутрискважинного оборудования для добычи нефти 118
4.1.1 Способы снижения виброактивности электроцентробежного насоса 119
4.1.2 Изменение конструкции объекта виброзащиты 124
4.1.3 Методы динамического гашения колебаний системы УЭЦН 132
4.1.4 Виброизоляция колонны НКТ 134
4.2 Разработка компенсатора крутильных колебаний 137
Выводы 139
Основные выводы 140
Библиографический список 141
Приложение 155
- Теоретические основы возникновения динамических усилий в системе УЭЦН
- Применение метода Байеса для определения вероятности появления отказа с учетом условий эксплуатации
- Конструкционные параметры, влияющие на величину реактивного момента
- Способы снижения виброактивности электроцентробежного насоса
Введение к работе
Основная доля добычи нефти в России осуществляется установками электроцентробежных насосов, осложненные условия эксплуатации которых приводят к увеличению числа отказов. Повышение наработки на отказ позволит снизить затраты на капитальный и текущий ремонт, что приведет к уменьшению себестоимости добычи нефти.
Установка погружного электроцентробежного насоса (УЭЦН) является сложной динамической системой, на ресурс которой оказывает влияние множество факторов. С целью увеличения долговечности оборудования необходимо рассмотрение всего комплекса причин, приводящих к отказу, учет которых даст возможность представить полную картину данного процесса.
Разработка способов оценки надежности внутрискважинного
оборудования на основе рассмотрения всей совокупности действующих факторов и реакций системы на данные воздействия позволит:
оценить вероятность появления различных отказов, в том числе и наиболее материально затратных, таких как падение насосного агрегата на забой скважины;
повысить надежность оборудования на стадии принятия решения об эксплуатации в конкретной скважине;
снизить количество остановок скважин по причине отказа УЭЦН;
снизить недобор жидкости за счет увеличения наработки на отказ УЭЦН.
Реакцией системы УЭЦН на условия эксплуатации является возникновение динамических напряжений, приводящих к наиболее трудно устраняемым авариям — «полету» насосной установки вследствие обрыва по телу НКТ или корпусу насоса.
Таким образом, исследование надежности и прогнозирование технического состояния системы УЭЦН при рассмотрении всего комплекса
5 динамического нагружения, вызванного совокупным действием условий эксплуатации и неуравновешенности системы, а также выработка рекомендаций по повышению работоспособности являются актуальной задачей.
Цель работы
Оценка надежности системы УЭЦН в скважине с учетом специфики динамического воздействия при добыче нефти.
Задачи исследования
1 Разработка методов оценки надежности и прогнозирования
технического состояния УЭЦН при различных условиях эксплуатации.
2 Определение величины и характера изменения реактивного момента
погружного электроцентробежного агрегата в процессе эксплуатации.
3 Исследование динамических нагрузок, возникающих в насосно-
компрессорных трубах, вследствие вибрационного воздействия насосного
агрегата и реактивного момента.
4 Составление диагностической матрицы оценки технического
состояния УЭЦН с учетом динамического воздействия.
5 Разработка устройства по увеличению работоспособности установки
с учетом динамической нагруженности.
Методы решения задач
Поставленные задачи были решены с помощью: теории надежности, теории колебаний, динамического метода изучения устойчивости, теории детерминированного хаоса.
Научная новизна
1 Разработана диагностическая матрица на основании промысловых данных, позволяющая оценить вероятность безотказной работы и ресурс УЭЦН с применением теоремы Байеса при различных условиях эксплуатации и с учетом динамической нагруженности системы. ^ 2 Установлено, что при наличии механических примесей в перекачиваемой жидкости, увеличении глубины спуска погружного агрегата,
солеотложении, неуравновешенности системы вследствие износа, изгиба вала и колонны НКТ значение реактивного момента насоса может достигать критических величин, приводящих к отказу глубинного оборудования.
3 Определены условия потери устойчивости низа колонны НКТ при воздействии реактивного крутящего момента насосного агрегата и растягивающего усилия от веса установки с применением динамического метода исследования устойчивости систем.
Практическая ценность работы
Методика оценки технического состояния и вероятности «полета» насосного агрегата на забой скважины используется в учебном процессе при изучении студентами Уфимского государственного нефтяного технического университета дисциплины «Обеспечение надежности нефтегазовых объектов» для специальности 13.05.03 «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений».
Разработанная методика оценки технического состояния погружной электроцентробежной насосной установки для добычи нефти передана с целью дальнейшего внедрения в ООО «Серафимовское УПКРС».
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы докладывались на научно - технических конференциях, техсоветах: научно - техническом совете «Лаборатория вибродиагности ОФ УГНТУ» (г. Октябрьский, 2006), 58-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (г. Уфа, 2007), 59-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (г. Уфа, 2008), техническом совете «Серафимовское УПКРС» (пос. Серафимовский, 2008).
Публикации
Основные положения диссертации изложены в 10 печатных работах, получен 1 патент на изобретение.
Теоретические основы возникновения динамических усилий в системе УЭЦН
Как указывалось выше, исследователями рассматривались лишь отдельные аспекты разрушения металла, приводящего к «полету», такие как обрыв шпильки фланцевого соединения. Однако большое количество аварий происходит по телу трубы и корпусу насоса. Поэтому наибольший интерес представляет рассмотрение надежности системы УЭЦН.
Под усталостным разрушением УЭЦН подразумевается постепенное накопление повреждений в материале в условиях воздействия переменных нагрузок, приводящее к возникновению усталостных трещин, ее развитию и окончательному разрушению сочленений компоновки насосного агрегата.
Процессы, проходящие при переменных нагрузках в НКТ и корпусе насоса, носят локальный характер. Решающее влияние на усталость, до образования первой трещины включительно, имеют касательные напряжения вызывающие пластические сдвиги и разрушение. С возникновением усталостных трещин влияние касательных напряжений на усталостную выносливость уменьшается, увеличивается роль нормальных напряжений.
С целью определения характера разрушения сочленений УЭЦН и колонны НКТ были рассмотрены электроцентробежные насосы и насосно-компрессорные трубы, извлеченные из скважины в результате падения оборудования на забой (рисунки 1.1 и 1.2). На фотографиях видно, что места обрывов и трещины на корпусе характерны для случая приложения крутящего момента (рисунок 1.3).
Крутящим усилием в системе УЭЦН является реактивный момент роторной машины, воспринимаемой корпусом и колонной труб, под действием которого происходит формирование усталостной трещины. А.Т. Кутдусов указывает на возможность действия крутильных колебаний лишь при запуске насоса. В данном случае необходимо рассмотрение воздействия нагрузки в течение всего периода эксплуатации установки.
Из выше изложенного следует, что на систему УЭЦН при эксплуатации действуют переменные касательные и нормальные напряжения, формирующие цикл нагружения. Для оценки надежности системы необходимо рассмотрение всего комплекса нагрузок с учётом условий эксплуатации оборудования. 1.3 Анализ методов оценки технического состояния погружной установки для добычи нефти
Автором были рассмотрены различные методы определения технического состояния погружного оборудования с целью выбора способа оценки влияния условий эксплуатации на динамическую нагруженность системы УЭЦН. Существуют различные способы диагностирования, которые в зависимости от применяемых методов исследования можно подразделить на следующие группы: - методы, основанные на спектральном анализе; - методы теории детерминированного хаоса; - применение нейронных сетей; - вероятностно-статистические методы.
В виду специфики эксплуатации УЭЦН, а именно расположение на значительной глубине от устья скважины, возникает проблема выбора параметров описывающих состояние установки. Методы вибродиагностики, основанные на регистрации вибросигнала и разложения в спектр, позволяющий судить о неисправности, более применимы для оценки качества проведенного ремонта на испытательном стенде или при эксплуатации насосного агрегата с использованием блока погружной телеметрии.
Сущность послеремонтной вибрационной диагностики на специализированных стендах ремонтных предприятий заключается в измерении действительных параметров вибрации, сравнении этих значений с первоначально измеренными и допустимыми, оценке состояния УЭЦН и принятии решения о его дальнейшей эксплуатации или проведении повторного ремонта по снижению уровня вибрации. Определяющей величиной интенсивности вибрации является среднеквадратичное (эффективное) значение виброскорости [65, 128]. Исследователями установлены закономерности между дефектами УЭЦН и основными частотами спектра вибрации, что позволяет облегчить идентификацию дефектов.
Встраиваемый в погружной агрегат телеметрический блок производит измерение ускорения и скорости вибрации электропривода, а также контроль давления на приеме насоса и температуры статорных обмоток электродвигателя. Полученные данные обрабатываются по соответствующим алгоритмам микропроцессором и передаются на поверхность, где происходит окончательный анализ состояния оборудования [86, 123]. Однако применение телеметрии в добыче нефти не нашло широкого применения.
Некоторые исследователи предлагают использовать в качестве канала связи НКТ и регистрировать вибросигнал на устье скважины, но при этом информативность замеряемых параметров возможно мала из-за удаленности источника сигнала и искривления колонны труб в скважине. В бурении при оценке работоспособности глубинного оборудования нашел применение гидравлический канал связи (изменение давления жидкости на устье), что также возможно использовать в добыче нефти.
Н.Н. Матаевым, С.Г. Кулаковым и др. в качестве параметра для спектрального анализа был рассмотрен сигнал от переменной составляющей суммы несимметричных фазных токов питания, который отражает появление в воздушном зазоре ПЭД пространственных высших гармоник под действием вибрации корпуса УЭЦН и ротора. Сигнал был получен путем установки датчика напряжения одновременно на три фазы питающего кабеля в заранее определенном месте [33].
В работе А.Т. Кутдусова [62] приводится метод оценки состояния УЭЦН путем регистрации колебания газовой среды затрубного пространства, возбуждаемого вибрацией насосной установки, с помощью эхолота, и в качестве критерия оценки применяется размерность Хаусдорфа представляющая собой меру нерегулярности (хаотичности) рассматриваемого временного ряда.
Применение метода Байеса для определения вероятности появления отказа с учетом условий эксплуатации
Для получения диагностической матрицы по признакам PfK/Dj) была обработана статистическая информация по месторождениям Самотлорской группы, приведенная в литературе по «полетам» насосного агрегата на забой скважины. Значения P(K/Dj) представлены в таблице 2.1, из которой видно, что вероятность безотказной работы по признакам практически одинакова для всех случаев. Равновероятность объясняется тем, что число аварий типа «полет» от общего фонда электроцентробежных установок по всем диагностическим признакам значительно мала.
При содержании воды в продукции скважин менее 40 % и от 70 до 90 % вероятность отказа наиболее высокая, что говорит о влиянии вязкости и плотности жидкости на величины переменных напряжений, возникающих в металле, о коррозионном воздействии. При угле наклона интервала спуска насоса 15 — 30 (возникновение изгибных напряжений) и обычном исполнении насоса вероятность отказа также высока. С увеличением мощности ПЭД до 90 кВт количество «полетов» установок возрастает, в связи с повышением усилий действующих со стороны погружного электродвигателя. Однако, при дальнейшем росте мощности, количество аварий уменьшается, в результате увеличения веса ПЭД и ростом растягивающей нагрузки, уменьшающей уровень вибрации установки.
Определим вероятность «полета» УЭЦН, эксплуатируемого при неблагоприятных условиях: глубина подвески — 1900 м, погружение под динамический уровень - 1400 м, обводненность добываемой продукции - 90 %, содержание мехпримесей в жидкости - 250 г/л, угол наклона интервала спуска насоса- 30 , насос износостойкого исполнения, установка типа УЭЦН 5, мощность ПЭД — 90 кВт.
Из расчета видно, что неблагоприятные условия эксплуатации снижают вероятность безотказной работы системы УЭЦН в 3 — 4 раза. Для определения априорной вероятности P(Dj) необходимо выяснить закон распределения отказов. В основном в теории надежности нефтепромыслового оборудования используют три закона распределения случайной величины: нормальный закон распределения, закон распределения Вейбулла, экспоненциальный закон.
Можно воспользоваться следующими способами с целью определения закона распределения случайной величины: 1) определение закона распределения по статистическим данным наработки на отказ погружных агрегатов; 2) приближенный способ оценки при отсутствии статистической информации; Далее будут подробнее представлены способы определения априорной вероятности.
При оценке показателей надежности погружного насоса по статистическим данным, как правило, приходится иметь дело с малой выборкой, не превышающей 15 - 20 наблюдений и даже 5-10 реализаций.
Статистическая теория всегда была озадачена проблемой малой выборки. Для устойчивого статистического оценивания необходимо не менее 40-50 наблюдений. Иногда считают, что объем выборки в 30 наблюдений является пограничным между малыми и большими выборками. Для объёма выборки меньшего, чем 30 доверительные границы шире и вероятность ошибки больше, чем для выборки с большим объёмом. При уменьшении выборки доверительные границы расширяются и вероятностная ошибка возрастает. Для очень малых выборок (3 - 5) доверительные границы так велики, что практическая ценность любого статистического вывода незначительна и для принятия решения нужен качественный инженерный анализ.
Одной из важных задач при оценке показателей надежности изделия является определение закона распределения случайной величины. Известно много статистических критериев для проверки гипотезы о типе закона распределения. Для малой выборки разработаны специальные критерии соответствующие определенному закону распределения и обладающие наибольшей мощностью. К ним относятся критерий Шапиро и Уилка W для нормального закона распределения [18, 49, 54], критерий Бартлетта Вг для экспоненциального распределения [54] и критерий Манна S для распределения Вейбулла [54], распределения наиболее часто используемого в теории надежности. В связи с тем, что при анализе малой выборки большое значение приобретает отчетливое представление о физических причинах отказа оборудования, напомним [46, 124], что нормальный закон характеризует износовые отказы, процесс старения. Закон распределения Вейбулла - приработочные, усталостные и внезапные, а экспоненциальный закон - внезапные отказы. Имитационное моделирование различных законов распределения показывает [18], что выборки с одними и теми же средними могут привести к значительным различиям искомых величин особенно в крайних значениях распределений необходимых для объективного оценивания показателей надежности. Это дополнительно подтверждает, особенно при малой выборке, необходимость оценки физической природы отказов, использование неформального опыта, априорной информации по байесовской оценке [100].
Выбор закона распределения с целью оценки показателей надежности представляет непростую задачу даже при большой статистической информации. Нужно иметь определенный опыт и навык оперирования со статистическими данными и вероятностным представлениями. При выборе теоретического закона распределения [46] учитывают физическую природу отказов, опыт отработки деталей и изделий аналогичного назначения, форму кривой плотности распределения, совпадения опытных точек с теоретической кривой интегральной функции или функции безотказности и коэффициент вариации. В технической литературе известна классификация факторов, определяющих состояние технических изделий, даны значения коэффициентов вариации распределений ресурсов в зависимости от характера разрушения, условий эксплуатации, режима нагружения, технологии изготовления [124]. Рекомендуется [46, 124] в первом приближении принимать нормальный закон распределения, если V 0,3; распределение Вейбулла, если V 0,5. Когда коэффициент вариации изменяется в пределах 0,3 - 0,5, то выбирают тот закон, который дает лучшее совпадение по критериям согласия.
Рассмотрим указанные критерии. Если число наблюдений менее 50, принадлежность распределения к нормальному рекомендуется производить с помощью критерия согласия JV [IS, 49, 125]. Критерий является одним из самых мощных при малой выборке [18, 125]. При большем экспериментальном материале проверку на нормальность следует выполнять с помощью критерия со [29] или критерия/"" [29, 46].
Использование нормального закона распределения широко распространено в теории надежности. На предположении о нормальности разработаны многие статистические процедуры [18, 49, 54, 63, 125]. Например, одним из основных требований метода планирования эксперимента является распределение случайной величины по нормальному закону. Выполнение такого положения является обязательным, поскольку регрессионный анализ и планирование эксперимента развиты только для нормального закона распределения. Это в какой-то мере сдерживает применение планирование эксперимента для оценки надежности нефтепромыслового оборудования, отказы которых во многих случаях соответствуют ассиметричным законам распределения. Из условия нормальности с генеральной совокупности разработаны также дисперсный
Конструкционные параметры, влияющие на величину реактивного момента
К конструкционным параметрам отнесем количество секций и ступеней насоса, число радиальных и осевых опор.
При установившемся режиме, согласно выражению (3.5), величина крутящего момента зависит прямо пропорционально от числа ступеней насоса. Величина импульсного момента также увеличивается с числом ступеней. Для расчета возьмем насосы ЭЦН 5А-400 с различным числом секций. Характеристика рабочей ступени этих насосов представлена на рисунке 3.1 [52]. Примем величину Мд и 1д одинаковой для всех типоразмеров насоса.
Согласно проведенным расчетам величина реактивного момента с увеличением числа ступеней возрастает, что приводит к ускорению образования усталостной трещины, и предел выносливости металла на кручение снижается, с повышением амплитуды и среднего напряжения цикла.
К эксплуатационным факторам, влияющим на надежность погружного оборудования, относятся: содержание механических примесей в продукции скважин, засорение рабочих колес, солеотложение и др.
Величина реактивного момента, при содержании механических примесей, будет изменяться во время эксплуатации. Максимальное значение реакции кручения вычисляется по выражению (3.9). Минимальная величина определится из (3.5) с учётом увеличения плотности жидкости, обусловленное изменением дисперсного состава, концентрацией мехпримесей и увеличением обводненности.
Разнообразие свойств механических систем привело к возникновение различных методов отыскания критических состояний, при которых происходит потеря устойчивости. В течение долгого времени использовали статический метод в трех его вариантах.
Исторически первым был вариант, предложенный Эйлером. Согласно методу Эйлера изучается возможность существования форм равновесия, смежных с исходной, при заданном значении нагрузки, причем появление смежной формы равновесия служит признаком неустойчивости исходной формы равновесия. Соответственно этому рассматриваются только сколь угодно малые отклонения от исходного состояния равновесия, и задача оказывается линейной. При этом удается определить Ркр, но кривая новых равновесных состояний при Р Ркр остается неизученной.
Для эйлеровой постановки задачи типична существенная идеализация системы; так, например, при изучении продольного изгиба сжатой стойки первоначальная ось считается идеально прямой, а сжимающая сила — приложенной без эксцентриситета.
Во втором варианте статического метода в решение с самого начала вводятся те или иные неидеальности (несовершенства): начальные прогибы, начальные эксцентриситеты или дополнительные внешние силы; при решении часто пользуются линеаризованными уравнениями. Некоторая условность этого подхода состоит в линеаризации задачи, хотя рассматриваются не малые перемещения. Во многих случаях представляется более правильным учитывать нелинейность, неизбежно проявляющихся при больших перемещениях.
Третий вариант статического метода связан с теоремой Лагранжа — Дирихле о минимуме потенциальной энергии. Этот энергетический метод оказался плодотворным для приближенного решения многих задач об устойчивости сложных систем, но и он не может претендовать на универсальность, поскольку упомянутая теорема относится только к консервативным системам, тогда как действующие нагрузки не всегда имеют потенциал. Хотя все статические методы часто приводят к одинаковым значениям критических параметров нагрузки, однако они не вполне эквивалентны один другому. Главный же недостаток состоит в том, что статические методы иногда попросту нерезультативны.
Полной общностью обладает только динамический метод исследования устойчивости, который сводится к анализу свойств возмущенного движения, возникающего после нарушения исследуемого состояния равновесия. Если при этом движении система остается в окрестности состояния равновесия, то такое состояние устойчиво, а в противном случае -неустойчиво. Динамический метод уже давно вошел в теорию устойчивости упругих систем, но в течение длительного времени его (без оснований) рассматривали лишь как некий усложненный вариант подхода к проблеме устойчивости, который якобы должен дать результаты, не отличающиеся от результатов, полученных статическими методами. Лишь в двадцатых годах прошлого столетия, после выяснения несостоятельности статических методов для некоторых классов задач, определилось подлинное значение вполне универсального динамического метода [78].
Для решения задачи потери устойчивости колонны НКТ при эксплуатации скважины электроцентробежными насосными установками будем использовать динамический метод исследования.
Способы снижения виброактивности электроцентробежного насоса
Возбуждение колебаний источниками может быть обусловлено различными причинами. Удобно разделить возмущающие факторы на две группы. К первой можно отнести различные физико-химические процессы, происходящие в источнике: процессы взаимодействия жидкости или газа с лопатками турбин (сопровождающиеся такими побочными явлениями, как кавитация), пульсацию жидкости или газа в трубопроводах, электромагнитные явления в двигателях и генераторах. К этой группе относятся и явления, связанные с трением в кинематических парах, которое также служит источником возникновения колебаний. Снижение виброактивности факторов этой группы связано с изменением параметров физико-химических процессов и может быть достигнуто способами, специфическими для каждого частного случая.
Вторая группа возмущающих факторов связана с движущимися телами. Движение тел внутри источника (вращение роторов, перемещение звеньев механизмов) сопровождается возникновением динамических реакций связей, соединяющих источник с другими телами, в частности с объектом. Снижение виброактивности источника в этом случае заключается в уменьшении динамических реакций с помощью, так называемого уравновешивания движущихся тел. Методы уравновешивания являются, таким образом, способами снижения виброактивности, общими для всех источников, содержащих движущиеся тела [26].
Как отмечалось выше, причинами высоких уровней вибраций при эксплуатации погружных насосных установок является высокое содержание механических примесей, отложения, неправильный подбор оборудования, кривизна скважины. Для предотвращения засорения и износа рабочих органов твердыми частицами и как следствие предупреждения появления высоких уровней вибрации в работах [28, 36, 77, 131] авторами предлагается использование высокоэффективных противопесочных якорей, сепаратора мех-примесей. Авторами работы [39] разработана технология защиты УЭЦН от мехпримесей, основанная на использовании ультразвукового поля, в результате чего происходит укрупнение механических частиц. В качестве устройства, преобразующего низкочастотный шум ЭЦН в ультразвуковой диапазон частот, а также с целью создания стоячей звуковой волны применяют резонатор (акустический преобразователь шума).
Для борьбы с отложением солей на рабочих органах используют несколько способов, это и обработка призабойной зоны перед запуском УЭЦН, и закачка реагента через систему ППД в пласт, контейнеры с реагентом под УЭЦН, установка устьевых дозирующих устройств [28, 132].
При высоком газовом факторе пластовой жидкости для уменьшения газосодержания применяют газосепараторы. Для оптимального подбора оборудования с учетом факторов, присущих месторождениям, осложняющих эксплуатацию скважин, сотрудниками «БашНИПИнефть» был разработан программно - технологический комплекс «Насос», который позволяет производить подбор глубинно насосного оборудования и расчет оптимального технологического режима скважин в автоматическом режиме. [98]
Выше были рассмотрены методы снижения виброактивности погружного насосного агрегата путем улучшения условий эксплуатации. Однако при работе погружного насосного агрегата присутствует уровень вибрации, заложенный в конструкции. У насосов Лебедянского механического завода общий уровень вибрации в среднем составляет 5,1 мм/с; Московского завода «Борец» -4,9 мм/с; Альметьевского завода «АЛНАС» - 3,9 мм/с. Для сравнения: на американских насосах FC-320 фирмы Centrlift уровень вибрации не превышает 2,5 мм/с. Здесь сказывается качество изготовления, сборки и испытания установок [104].
Компаниями по производству погружных насосов была разработана конструкция насосов, которая обеспечивает динамическую устойчивость, т.е. прямолинейность вала насоса. Достигается это как за счет уменьшения дисбаланса рабочих колес, так и установкой радиальных промежуточных подшипников из износостойких материалов. [75] АО «Алнас» изготавливает насосы с удлиненной ступицей колес, при этом колеса изготавливают из нирезиста, что обеспечивает увеличение коррозионной стойкости насоса в 11 раз и износостойкости — в 1,3 раза. Удлинение ступицы позволило повысить устойчивость колеса на валу, удлинить шпонку, что уменьшает опасность ее среза, и снизить уровень вибрации от 3,5 до 1,5 — 2,5 мм/с. Также были установлены подшипники в головке нижних и средних секций насосов с соединением типа фланец — корпус, что уменьшает несоосность валов секций при их стыковке до 0,15 мм (вместо 0,4 мм) [32].
Для уменьшения массы ротора (уменьшение центробежных сил, изгибающие вал на обводненных скважинах) и предотвращения солеотложения предлагается использование рабочих колес из углепластика. Также применяют двухопорные конструкции рабочих ступеней, позволяющие уменьшить вибрацию, улучшить защиту вала от агрессивной среды [34, 48, 130].
Для устранения изгибающего момента, передаваемого от НКТ к ЭЦН в наклонно-направленных и искривленных скважинах, разработано шарнирное устройство, размещаемое в точке подвеса установки к НКТ, также применяется шарнирное сочленение секций насоса и шарнирно-кулачковую муфту для соединения насоса с протектором [28, 58].
Специалистами ООО "РЕАМ-РТИ" разработана резина с контролируемым набуханием. Их главной особенностью является значительное увеличение в объеме в минеральных и полусинтетических маслах при сохранении работоспособности. Такие резины нашли успешное применение для фиксации корпусов подшипников погружных электродвигателей, где было зафиксировано снижение уровня вибрации почти в 15 раз [57].
Научно-производственной фирмой "Синтез" предлагается антирезонансная опора, предназначенная для создания беззазорной опоры вала ЭЦН с целью увеличения его жесткости. Опора состоит из корпуса, внутри которого расположен подвижный шток. Внутри штока установлен фторопластовый подшипник, являющийся опорой для вала ЭЦН. Опора устанавливается вместо двух ступеней при ремонте насоса. По длине насоса устанавливаются 6-8 опор через определенное расстояние. Усилие от перепада давления между верхней (над опорой) и нижней ступенями насоса воздействует на подвижный шток опоры, который непрерывно поджимает фторопластовый подшипник ко втулке вала ЭЦН. Таким образом, происходит компенсация радиального износа фторопластового подшипника и создается беззазорный опорный узел. Использование опоры позволит исключить аварии ЭЦН, связанные с резонансным разрушением и "полетами" ЭЦН, увеличить межремонтный период насосов (рисунок 4.1) [74].
