2.3.3. Пути снижения отказов в работе шгну.

Совершенствование станок-качалок.

Основные направления совершенствования:

-разработка новых типоразмеров;

-пректирование устройств иных принципов действия(станки-качалки с гидроприводом, бесбалансирные станки-качалки ленточного типа, цепные и др.

-применение других материалов: балансир из углепластика, при изготовлении редуктора использовать нанотехнологии (рисунок 2.12).

Стоимость, %

Рисунок 2.12. График зависимости металла от стоимости

Основные конкуренты ШГНУ с приводом СК:

-гидропоршневые;

-электровинтовые;

-диафрагменные;

-струйные;

-штанговые винтовые насосные установки.

Станки-качалки характеризуются 3-мя параметрами:

-длина хода точки подвеса штанг;

-максимальная нагрузка в точке подвеса штанг;

-крутящий момент на выходном валу редуктора.

Недостатки станок-качалок:

-низкий срок службы редуктора;

-разрушение элементов преобразующего механизма;

-неудовлетворительное центрирование конатной подвески, обусловленное недостаточностью изготовления головки балансира;

-неудобства перестановки пальцев шатунов;

-высокая трудоемкость перемещения грузов при уравновешивании;

-неудобства обслуживания клиноременной передачи;

-неудобства поворота головки балансира перед выполнением ремонта скважин.

Основные направления развития совершенствования конструкции:

Станок-качалка-увеличение надежности, облегчение обслуживания и снижение металлоемкости применения, например, одноплечих станок-качалки с пневматическим уравновешиванием, которое по сравнению с 2-хплечими имеет меньшие габарит и массу.

Новые приводы:

-с использованием цепких передач;

-гидравлические приводы с пневманическим уравновешиванием;

-гидравлические приводы с инерционным уравновешиванием.

Технологический расчёт надежности оборудования ШГНУ

Исходные данные для расчета:

Скважина 10

Глубина скважины – Н = 2250м;

Пластовое давление – P_пл = 22,2 МПа;

Давление насыщения - Р_нас = 15,6 МПа;

Газовый фактор - G_o = 8м³/м³;

Продуктивность скважины - k =9,78 × 10^-10 м³/сек ×Па;

Обводненность - β _в = 0,8;

Пластовая температура – Т_пл = 345,5К;

Плотность дегазированной нефти - ρ _н.д. = 945кг/м³;

Плотность воды – ρ_в = 1000кг/м³;

Плотность свободного газа - ρ_г.с. = 0,98кг/м³;

Устьевое давление – Р_у = 0,1МПа;

Устьевая температура – Т_у = 293К.

Решение:

1. Выбор конструкции штанговой колонны:

Предварительно, по таблицам Каз. НИПИ нефть была выбрана колонна штанг длиной 128 м, d = 22 мм.

Определим коэффициенты:

Определим площадь плунжера:

Определим гидростатическую нагрузку:

Определим коэффициенты динамичности при ходе вверх и вниз:

Определим плавучесть штанг и вспомогательный множитель:

Определим удельные силы гидродинамического трения:

Определим силы сопротивления , сосредоточенные у плунжера:

Определим вес тяжелого низа:

Определим длину нижней ступени:

Для 25 мм штанги q _тн = 41 Н/м.

Определим длину верхней ступени:

Берем одну штангу по 8м и L _тн =8м.

2. Определение коэффициента подачи штанговой установки

Определим упругие деформации труб и штанг:

Определим критерий динамичности (параметр Коши):

Критический параметр Коши:

Так как φ < φ _кр определяем коэффициент подачи без учета:

Общий коэффициент подачи штанговой насосной установки (усадкой пренебрегаем):

Определим вес колонны штанг в воздухе и в жидкости с учетом веса тяжелого низа:

Определяем коэффициенты:

По справочным таблицам находим значения кинематических коэффициентов:

α₁ = 1,1; а₁= 0,9; α₂ =0,72; а₂= 1,55.

Определим вибрационную и инерционную составляющие по формулам:

Определим поправочные коэффициенты для динамических составляющих нагрузок:

С учетом этих коэффициентов определяем максимальную и минимальную нагрузку в точке подвеса штанг:

3. Определение сил сопротивлений, возникающих при работе насосной установки

Будем считать постоянным угол отклонения ствола скважины от вертикали α и равным 5⁰ (0,087 рад). Силу механического трения можно определить по формуле:

Величину С _шт по данным В.М. Троицкого можно принять равной 0,25, тогда:

Силу гидродинамического трения рассчитаем по формуле с учётом движения жидкости в колонне НКТ:

Знак плюс соответствует ходу штанг вверх, а знак минус – ходу вниз.

А, В – числовые коэффициенты, зависящие от размеров кольцевого сечения между штангами и подъемными трубами, определяемые по формулам:

При ходе вниз:

Определим максимальное, минимальное амплитудное и среднее напряжение в штангах:

Приведенное напряжение в штангах:

Допустимое напряжение для данных штанг [ δ _пр] = 70·10⁶ Па

4. Определение максимального крутящего момента и выбор станка-качалки

А.Н. Алдонин на основании анализа опыта эксплуатации насосных установок рекомендует при выборе оборудования и режима откачки рассчитывать максимальный крутящий момент по кривошипному валу редуктора по эмпирической формуле Р.А. Рамазанова:

Таким образом, получаются следующие параметры:

Сравнивая расчетные данные с паспортными характеристиками станков-качалок, находим, что этим условиям удовлетворяет станок-качалка 2СК2-0,06-250.

5. Расчет энергетических показателей работу ШГНУ

Полезная мощность:

Коэффициент потерь мощности на утечки:

Потери мощности в клапанных узлах:

Мощность расходуемая на преодоление механического и гидродинамического трения, а также трения плунжера в цилиндре:

Затраты мощности в подземной части установки:

КПД подземной части установки:

Согласно рекомендациям справочной литературы принимаем:

Тогда общий КПД установки: