Обґрунтування раціональних параметрів виконавчих механізмів верстатів-качалок - Автореферат

Сучасна компютерна техніка та впровадження її в усіх галузях нафтової промисловості дозволяє скоротити значні обєми обчислень і перейти від спрощених моделей до математичних моделей верстатів-качалок, що враховують найповніше геометричні, кінематичні та експлуатаційні параметри як наземного, так і глибинного обладнання свердловини. Дисертаційна робота виконувалась в рамках наступних науково-дослідних робіт: “Розробка методики побудови карт ізобар і визначення середньозваженого тиску шляхом моделювання на ПЕОМ полів пластових тисків” державна реєстрація № 0102U001431 (2001-2002р.); “Обгрунтування засобів і методів контролю параметрів і режимів роботи верстатів-качалок” (2002-2003р); комплексної держбюджетної теми “Розробка нових технологій подовження ресурсу та підвищення ефективності роботи нафтогазового обладнання” державна реєстрація № 0104U004087 на 2004-2006р Міністерства освіти і науки України. На основі теоретичних і експериментальних досліджень встановлено взаємозвязок між геометричними, кінематичними та силовими параметрами виконавчих механізмів верстатів-качалок, що дозволило обгрунтувати вибір раціональних конструктивних параметрів з умови покращення зрівноваження, зменшення навантаженості окремих вузлів і деталей верстатів-качалок та зменшення енергоспоживання привідних двигунів при різних режимах експлуатації СШНУ. Результати досліджень, викладені в роботі, можуть бути використані: на заводах нафтогазового обладнання, а саме при проектуванні нових та вдосконаленні існуючих схем виконавчого механізму верстатів-качалок; нафтовидобувними підприємствами, з метою зменшення енергетичних витрат та підвищення ресурсу обладнання свердловинної штангової глибинонасосної установки; в системах діагностування та управління СШНУ на базі використання сучасних контролерів та ПЕОМ, при розрахунку кінематичних та силових параметрів верстата-качалки. Розроблено: вдосконалену математичну модель верстата-качалки для розрахунку на ПЕОМ яка дозволяє визначати швидкості та прискорення ланок виконавчого механізму, проводити розрахунок реакцій кінематичних пар та зведений до кривошипа момент сил опору з врахуванням сил та моментів сил інерції [1, 10]; схему навантажувального пристрою та інформаційно-вимірювальної системи при моделюванні роботи верстата-качалки на експериментальній установці [4, 9].Досліджено зміну розмірів кривошипа та шатуна при синтезі виконавчого механізму з умови постійної довжини ходу плунжера для верстатів-качалок з додатнім, відємним та нульовим кутом дезаксіалу. Додатковими геометричними параметрами, які дозволяють пояснити залежність швидкості та прискорення точки підвіски штанг від координати опори кривошипа, виступають кути дезаксіалу та тиску (рис.2). Визначено залежність зміни навантаження точки підвіски штанг від: діаметрів штанг та плунжера; глибини підвіски насосу; кількості качань балансира; густини газорідинної суміші; висоти динамічного рівня рідини в міжтрубному просторі свердловини та можливого техеічного стану глибинного насоса. Встановлено, що сила інерції сумарної маси колони штанг та рідини, що знаходиться над плунжером глибинного насоса, змінюється відповідно аналогу прискорення балансира та величини втрати ходу плунжера. При цьому деформація колони штанг визначається з врахуванням динамічної складової навантаження: де - максимальне та мінімальне динамічне навантаження; Lнас - глибина підвіски насоса; Е - модуль пружності; Ашт - площа перерізу колони штанг.Також розроблена інформаційно-вимірювальна система, яка включає: первинні давачі, блок аналого-цифрових перетворювачів та персональну ПЕОМ для обробки результатів вимірювань. Параметри елементів приводу забезпечують діапазон качань насоса експериментальної установки, що відповідає існуючим конструкціям верстатів-качалок. Для цього використовується геометрична подібність теоретичних динамограм СШНУ та експериментальної установки: де - максимальна довжина ходу плунжера експериментальної установки та верстата-качалки заданого типорозміру; - максимальне та мінімальне навантаження експериментальної установки; - максимальна та мінімальна сила, що діє на точку підвіски штанг верстата-качалки; кп - коефіцієнт подібності.1 Розроблена математична модель СШНУ дозволяє проводити розрахунок кінематичних та силових параметрів виконавчого механізму двоплечого верстата-качалки, моделюючи навантаження точки підвіски штанг з врахуванням технічного стану глибинного насосу. Математична модель СШНУ при використанні в системах діагностики та управління режимами верстата-качалки, дозволить підвищити рівень визначення технічного стану глибинного насосу, а саме: втрати ходу плунжера, наявності газу та витікань в нагнітальній і прийомній частинах насосу, діючі максимальні статичні та динамічні навантаження, густину газорідинної суміші та її рівень за трубами НКТ. 2 Розроблена методика вибору раціональних параметрів виконавчого механізму верстата-качалки дозволяє розраховувати довжини ланок по заданій швидкості точки підвіски штанг та аналізувати якість