1474

7.2.8.2. Выбор рациональных значений отношений длин звеньев

Выше была показана зависимость длин звеньев и габаритных размеров станков-качалок от величин отношений длин звеньев г/1, r/к и kjk . С точки зрения габарита, веса, а следовательно, удобства в транспортировке, монтаже, демонтаже и эксплуата­ ции, чем больше значения этих отношений, тем лучше.

Если бы кинематические отношения г/1 и r/к не влияли на работу отдельных узлов и деталей механизма станка-качалки, а также на работу глубиннонасосной установки, можно было бы принимать значения этих отношений весьма большими — даже большими, чем приведенные в табл. 7.19. Но ввиду того, что теоретическими и экспериментальными исследованиями [10, 9] установлено заметное влияние значений кинематических отно­ шений г/1 и r/к на величину усилий в точке подвеса штанг и в других узлах привода и на форму кривой крутящего момента требуется всесторонний анализ для выявления оптимальных зна­ чений отношении г/1 и г/к.

Характерным является то обстоятельство, что отношения г/1 и r/k по-разному влияют на работу привода. Установлено, что с увеличением значения г/1 величина усилий в точке подвеса штанг, на опоре балансира и в точке сочленения шатуна с балансиром увеличивается, а с увеличением значения r/k величины этих же усилий уменьшаются. Это дает возможность, соответствующим образом увеличивая отношения г/1 и r/k, сохранять на одном уровне величины усилий в штангах.

Оптимальные значения этих отношений установили в пределах

у = 0,35 +0,40;

— = 0,45 +0,50.

к

С другой стороны, с увеличением отношений и несколько возрастают пиковые значения крутящего момента, также ухуд­ шается форма кривой крутящего момента за счет увеличения участков отрицательных моментов. Это вызывает определенные опасения возможного ухудшения условий работы редуктора и сокращения срока его службы. Однако длительный опыт эксп­

луатации большого количества станков-качалок, выполненных с увеличенными отношениями гЦ и г/к, не указывает на какиелибо существенные неполадки в работе редукторов.

Из изложенного в настоящем разделе следует, что для осуще­ ствления компактного длинноходового балансирного привода нужно величины кинематических отношений брать примерно следующими:

у = 0,35 +0,40,

- = 0,45 +0,50,

к

= ДО 1,7

к

7.2.8.3. Влияние взаимного расположения узлов балансирного привода на его габариты и вес

От взаимного расположения отдельных узлов балансирного привода во многом зависят его габариты размеры и вес. При разных вариантах расположения основных узлов (двигателя, опо­ ры траверсы, опоры балансира, четырехзвенного механизма и т.д.) при одних и тех же кинематических отношениях г/1 и г/к можно иметь разные габаритные размеры станка-качалки в це­ лом.

Расположение двигателя относительно редуктора

С целью обеспечения пожарной безопасности в обычных ба­ лансирных приводах, построенных на основе схемы показанных на рис. 7.60, электродвигатель расположен в максимально отда­ ленном от устья скважины месте см. пунктирное изображение на рис. 7.67.

Как видно из рис. 7.67, при расположении двигателя с кли­ ноременной передачей между редуктором н скважиной длина станка-качалки заметно уменьшается. При этом для обеспече­ ния пожарной безопасности должно быть выдержано допускае-

Рис. 7.67. Влияние расположения двигателя на длину станка-качалки

мое расстояние между скважиной и электродвигателем. Распо­ ложение двигателя мощных длинноходовых станков по схеме рис. 7.67 является одним из резервов в деле сокращения их дли­ ны, а, следовательно, и веса, и размера фундамента.

Относительное расположение опоры балансира и опоры траверсы

Стачки-качалки сконструированы таким образом, что в го­ ризонтальном положении балансира оси опоры балансира, опо­ ры траверсы, пальцев верхних головок шатунов и точки подвеса штанг находятся в одной плоскости. В этом случае тело балан­ сира с головкой монтируется над кинематической линией DB балансира на расстоянии ос, рис. 7.68 и оба шарнира находятся под телом балансира. Рассмотрим другие варианты относитель­ ного расположения этих опор:

а) оба шарнира находятся над балансиром рис. 7.69; б) опора балансира находится над, а опора траверсы — под

балансиром рис. 7.70; в) опора балансира находится под, а опора траверсы — над

балансиром рис. 7.71.

Из сопоставления перечисленных схем видно, что пере­ нос опоры траверсы в точку, расположенную над балансиром рис. 7.69 и рис. 7.71, приводит к некоторому уменьшению высотного габарита станка-качалки.

Следует отметить, что выбор положения центра кривошип­ ного вала в случаях, когда кинематическая линия балансира пред­ ставляет собой ломаную линию рис. 7.70 и 7.71, должен произ­ водиться с учетом необходимости обеспечения удовлетворитель­ ного уравновешивания.

Размещение шарнирного четырехзвенника между опорой балансира и точкой подвеса штанг

При размещении шарнирного четырехзвенника между опо­ рой балансира и точкой подвеса штанг см. рис. 7.61 габарит станка в длину существенно уменьшается благодаря совмеще­ нию при этой схеме коромысла четырехзвенника с частью пере­ днего плеча балансира. Такое обратное расположение четырех­ звенника несколько уменьшает наибольшую нагрузку на штанги и этим улучшает условия их работы [10, 11].

Расположение редуктора относительно рамы станка-качалки

Во всех станках-качалках, редуктор устанавливается непос­ редственно на продольные балки рамы. В этом случае обеспечи­ ваются минимальная высота станка и лучшая его устойчивость. Недостатком такого расположения редуктора является то, что для обеспечения вращения длинных кривошипов с роторными:

грузами необходимо увеличить высоту фундамента. Во избе­ жание этого за последнее время почти все фирмы США, выпус­ кающие станки-качалки, между рамой и редуктором устанавли­ вают специальную металлическую тумбу.

В этом случае отпадает необходимость строить под станоккачалку высокий фундамент. Зато за счет установленной тумбы увеличиваются высота и вес станка-качалки и ухудшается его устойчивость.

7.2.9. МЕТОДИКА РАСЧЕТА И ПОДБОРА

ШТАНГОВЫХ СКВАЖИННЫХ НАСОСНЫХ УСТАНОВОК

В качестве основы для подбора скважинных штанговых на­ сосных установок часто используется универсальная методика подбора скважинных насосных установок, разработанная на ка­ федре машин и оборудования нефтяной и газовой промышлен­ ности Российского государственного университета нефти и газа имени И.М. Губкина [7, 18, 19, 20].

Вышеназванная методика была доработана в соответствии с промысловыми данными и полученными величинами допускае­ мых приведенных напряжений для насосных штанг, в первую очередь — бывших ранее в эксплуатации.

Основные положения уточненной методики подбора скважин­ ных штанговых насосных установок приведены ниже.

1.По исходным данным (пластовые и скважинные условия, заданный дебит) определяем динамический уровень.

При этом учитывается «водяная подушка», остающаяся на участке «забой скважины — прием насоса» после проведения подземного ремонта скважины и переменная плотность смеси «вода — нефть — газ».

Плотность смеси рсм определяется по исходным данным (плот­ ности нефти, газа и воды, обводненность, газовый фактор, пла­ стовые температура и давление, геотермический градиент, дав­ ление насыщения, кривая разгазирования). Практически этот этап работы полностью повторяет пункты №1—15 методики под­ бора УЭЦН.

2.Используя коэффициент сепарации и допустимую величи­ ну свободного газа на приеме насоса, определяем минимально­ возможную глубину спуска насоса.

3.По заданному дебиту определяем типоразмер базового сква­

2-й ступеней насоса), принимая, что среднее число качаний п = 6,0 в мин., средняя длина хода S = 2,5 м, коэффициент подачи нового или отремонтированного насоса г| = 0,8. После расчета диаметра и выбора стандартного типоразмера насоса выбираем два-три соседних типоразмера (в большую и меньшую сторону) и определяем для них скорость откачки — произведение п • S.

4. По типоразмеру насоса и глубине спуска определяем (пред­ варительно) максимальные и минимальные нагрузки в точке подвеса штанг По формулам:

где Аюдо — Длина подвески насоса, м; цж— вязкость отка­ чиваемой жидкости; S — длина хода, м; п — частота ходов, '/

где Р — механическое трение плунжера о цилиндр,

где умах/ — телесный угол искривления ствола скважины на /-м участке.

5.По максимальной нагрузке выбираем типоразмер станкакачалки и уточняем параметры работы установки — частоту и длину ходов.

В связи с тем, что на нефтяных промыслах практически ни­ когда не используются режимы работы СК с максимальной дли­ ной хода при максимальной нагрузке на головку балансира, про­ верка СК по максимальному крутящему моменту на валу криво­ шипа не производится.

6.По уточненным параметрам работы и кинематическим ко­ эффициентам СК определяем точные значения сил при ходе вверх

ивниз с учетом сил трения. Уточненные коэффициент трения и силу трения при этом рассчитываем по формуле, приведенной в работе Сабирова А.А. [21]:

7.По величине силы трения в нижней части колонны штанг

исилам сопротивления в скважинном насосе (трение в плун­ жерной паре и противодавлении клапана) определяем длину «тя­ желого» низа из штанг диаметром 19, 22, 25 или 28 мм.