автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.07, диссертация на тему:Исследование гидравлических вибрационных уствройств для повышения эффективности работы скважинных насосов

п " - :

ь ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ЗОТОВ АЛЕКСЕЙ НИКОЛАЕВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ВИБРАЦИОННЫХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ СКВАЖИННЫХ НАСОНОВ 05.04.07 - машины и агрегаты нефтяной й газовой промышленности

АВТОРЕФЕРАТ

, диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа 1994

Работа выполнена на кафедре нефтепромысловой механики Уфимского государственного нефтяного технического университета

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Султанов Б.З.

Официальные оппоненты: -

доктор технических наук, профессор,.чл. корреспондент АНРБ Нугаев Р.Я. кандидат технических наук, доцент Зубаиров С. Г.

Ведущее предприятие - БашШПИнефть

Защита состоится — 1994 г.

12

в часов на заседании диссертационного Совета К063.09.02 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу? '450062. г. Уфа, ул Космонавтов, 1

С диссертацией можно ознакомиться в техархиве УГНТУ. Автореферат разослан -ОЗШВЩЖ-^^ г.

Ученый секретарь диссертационного

Совета, канд. техн. наук, доцент В-П. Жулае:

ОБЩ*Я ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В нашей стране и за рубежом ведутся-интенсивные поиски возможных путей увеличения эффективности добычи нефти. Исследования ряда авторов показали, что вязкость углеводородных жидкостей снижается под действием вибрации в широком диапазоне чаете: { 10 - 1000 Гц ). Установлено, что вязкость и упругость жидкости уменьшается за счет разрушения структурных связей определенных видов, Выявлено также, что при малых скоростях сдвига происходит наиболее сильное снижение касательных напряжений от конечных амплитуд деформаций, а следовательно, более полное вибрационное разрушение структуры матёриала.

Для реализации указанной идеи в промышленности используются вибрационные устройства. При этом большинство исследователей сходятся на т"м, что одним из главных параметров, определяющих эффективность работа гидравлических вибраторов, является форма ударного импульса С зависимость'напряжения инпульса от времени ). При прочих равных условиях напряжение ударной волна изменяется прямо пропорционально скорости удара бойка о наковальню, т.е. задача повышения скорости бойка в момент Удара о наковальню является весьма актуальной.

Работа выполнялась в соответствии с КНТП Минвуза РСФСР " Нефть и газ Западной Сибири " на 1986... 1990 гг., утвержденной приказом N 641 от 10.10.86.

Ц§2Ь_Еаботы^ Разработка гидравлических вибраторов, устанавливаемых на приеме штанговых скважинных насосов и приводимых в действие от потока всасываемой жидкости с повышенной скоростью удара бойка о наковальню.

0сН9ВВЫ§_зааачи_иссдедования^

1. Аналитические исследования движения бойков виброударной

системы с несколькими степенями свобода для установки гидравлических вибраторов на приеме штангового скважинного насоса.

1. Разработка способов повышения скорости бойка в момент удара о наковальне при движении его в жидкости.

Создание стеьда для исследования колебаний виброударной системы из двух грузов в расчетном режиме.

4. Разработка конструкций гидравлических вибраторов для оснащения скважинных насосов с целью повышения коэффициента наполнения насоса. . <

Научная новизна. Доказано существование такого движения цепочки грузов, соединенных пружинами с линейными характеристиками и закрепленной с одного .конца, что при задании каждому .грузу ' определенной скорости и смещения все пружины придут в свое нейтральное положение, причем скорости всех грузов, кроме крайнего, в этот момент будут равняться нулю, а скорость крайнего, вследствие этого, будет максимальной.

Мощность сил сопротивления, пропорционального скорости при достижении одинаковой скорости бойка мемие для многомассовой системы, движущейся вышеописанным образом, чем для одномассовой системы при равных массах бойков. .

Установлено/что вышеописанное движение грузов может быть колебательным, если систему сделать виброударнсЛ.

Практическая ценность. Созданы • работоспособные конструкции вибраторов, работающих от движения всасываемой жидкости на приеме штанговых скважинных насосов.

Создана , программа , для ПЭВМ, позволяющая просчитывать . виброударные системы с произвольным числом грузов (до десяти ) в ■ интересующем режиме колебаний. .

Реализация ррбот^, Проведены исследования колебаний

аиброударчой системы из двух грузов на стенде, показавшие возможность такого режима колебаний, при котором один груз разгоняется за счет остановки другого груза в его нейтральном положении.

Проведены испытания виброударного бшимака, работающего на входе насоса от движения всасываемой жидкости, состоящего из двух грузов, один из которых ускоряется за счет остановки другого в своем нейтральном положении.

Проведены испытания штангового сквашнного насоса с широкопроходным клапаном, предназначенным для использования его совместно • с гидравлическим вибратором, работающим от движения всасываемой жидкости на входе насоса

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены на двух международных конференциях: " Механика горных пород при бурении ", Грозный - 1991 г. и Вторая Международная научно техническая конференция " Актуальные проблемы фундаментальных наук ", Москва - 1994 г., на научно-технической конференции " Совершенствование методов поисков, разведки и разработки нефтяных и газовых месторождений Пермь - 199^ г., а такие, на научно-технических конференциях студентов, молодых ученых и аспирантов Уфимсного государственного нефтяного технического университета за 1991 - 1994 гг.

Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 8 публикациях, включая патент N 2004754 С1, класс Е21 В 4/11 от 26.11.90.

СтЕУктува_и_объем_Еабо1ы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов.списка литературы и приложений.

Работа изложена на 111 страницах машинописного текста и содержит 22 рисунка, 7 таблиц и 4 приложений. В списке литературы 105 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во_введении дано обоснование актуальности работы и сформированы основные положения , выносимые на защиту.

В_певвой_главе приведена история применения вибромеханизмоз в горном деле, их классификация и перспективы развития, а также, оценено влияние колебаний на вязкость жидкости.

Работы по создании забойных машин ударного действия, для привода которых используется энергия жидкости, известны о конца прошлого столетия.

Заслуга создания первой принципиально работоспособной машины такого типа принадлежит В. Вольскому, который также первый сделал попытку те; ретически обосновать рабочий процесс этой машины на основе учета явления гидравлического удара.

Влиянию колебаний на вязкость жидкостей посвящены работы H.H. Басова, С.М. Гадиева, П.И. Домбровского, А.И. Леонова, С.А. Лю-6ap\JBü4, М.Л. Фридмана, Т.Б. Шулаевой, Легранда и др..

П.И. Домбровским изучалось действие колебаний звуковых и ультразвуковых частот на чистые углеводородные жидкости. У всех исследованных жидкостей, за исключением бензола, вязкость снизилась ( в опыте с бензолом она увеличилась .на. 1,5 -2-%, что объясняется возникновением кавитации ). •

С.М. Радиевым приводятся данные о снижении вязкости шдкостей при воздействии на них низкочастотной вибрацией в диапазоне частот -20 ... 80 Гц при амплитуде: 1 ... 4 мм.

Установлено,, что вязкость и упругость яшдкрсти уменьшается за счет разрушения структурных связей определенных видов. Получено также, что при малых скоростях сдвига происходит наиболее сильное снижение касательных напряжений от конечных амплитуд деформаций, а сле-* довательно, более полное вибрационное разрушение структуры материа-

ла.

Считается, что по мере усиления * ненЬютоновских характеристик жидкостей влияние периодического деформирования на стационарное течение возрастает. -

Учитывая результаты исследований по влиянию колебаний на жидкости, предлагается на приеме штангового скважинного насоса установить вибратор, что позволит увеличить наполняемость насоса, особенно, при работе на нефтях повышенной вязкости.

Кроме того, вибрация на входе насоса не позволит шламу забить всасывающий клапан.

Гидроударные машины, предназначенные для разрушения горных пород принято называть гидроударниками, а для ликвидации аварий -гидровибраторами.

Такие исследователи, как В.Д. Андреев, Ю.Д. Бессонов, В. Вольский, Ф.Ф. Воскресенский, , Л.Э . Граф, К.И. Иванов, A.B. Кичигин, Д.И.Коган, A.B. Коломоец, И.Г. Шёлковников, Е.Ф. Эпштейн, В.Г. Ясов сходятся на том, что главными параметрами, определяющими эффективность работы гидроу д арников, являются энергия единичного удара и форма ударного импульса ( зависимость напряжения импульса от времени ). Масса бойка не имеет непосредственного определяющего значения на форму ударного импульса. При прочих равных условиях напряжение ударной волны изменяется прямо пропорционально скорости удара бойка. С этой, точки зрения боек гидр^ударника должен иметь минимально необходимую массу.

В работах Л.Э.Графа и Д.И.Когана рекомендуется отдавать предпочтение ударникам с малой массой бойка и скоростью удара выше 9 м/с, однако у подавляющего большинства гидроударников '¡коропть бейка в момент удара о наковальню .не превышает 5 м/с и в то же время повышение расхода рабочей чидкости не позволяет увеличить с:<ср:,сть

бойка до требуемых значений.'

Во второй главе представлены аналитические исследования колебаний виброударной цепочки грузов.

Известно, что для системы с одной степенью свободы при наличии линейной восстанавливающей силы и трения, пропорционального.первой степени скорости, темп затухания колебаний определяется логарифмическим декрементом, обратно пропорциональным квадратному корню из произведения массы на жесткость пружины. Таким образом уменьшение массы груза и увеличение жесткости пружины, необходимые для получения высокой скорости груза, приводят к усилению затухания колебаний, т.е. задача достижения высоких скоростей колеблющегося груза в жидкой среде с линейным трением 'является принципиально сложной.

Для увеличения скорости бойка вибратора предлагается использовать систему с несколькими степенями свободы, представляющую собой цепочку грузов, соединенных линейными пружинами и закрепленною с одного конца. Если сместить каждый груз на определенное расчетное расстояние и задать грузам в этих положениях соответствующие начальные скорости, то все они одновременно придут в свои нейтральные положения,' причем скорости грузов, кроме последнего, будут в этот момент равны нулю, а скорость последнего, вследствие этого, будет максимальной.

Если установить в расчетных местах смещений грузов упоры, а также наковальнэ в нейтральном положении последнего груза, то система становится виброударной. При создании возмущающей силы расчетной частоты, вышеописанный режим движения станет колебательным, т.е. после отскока последнего груза от наковальни все грузы одновременно ударятся об упоры с теми же самыми начальными скоростями и движение повторится.

В данной постановке задачи трение а системе не учитывается. Считается, что оно не существенно влияет на форму колебаний и частоту.

Уравнения движения система с И-степеняки свобода можно записать в следующем виде:

гаЛ= ~С1Ч1+ с2^2~

------------г--- (1)

тп-1%-1" ~сп-1(%-1~<1п-2> + спЧ~ VI} тпЧп= -Сп<Чп- VI1 • ,

где т^ - массы грузов;

с - жесткости пружин; - обобщений э координаты. Зададим граничные условия для системы (1) в момент времени 1=0, Т (впемя движения гоузов от упоров до удара последнего груза о наковальню), соответствующие необходимому режиму колебаний:

1=0

1=1...И

£ ЛХ<

1=0

1=1...м

= -у01

1=1.. ^

(2)

1=1 .N-1

где дХ1 - расчетные смещения грузов от их" нейтрального положения, определяющие места расположения упоров; - скорости грузов в момент контакта с упорами; %иах ~ СК0Р0СТЬ М-го груза в его нейтральном положении

/ -." « -(3)

№пах , „

V Ши

Для решения системы уравнений (1) была составлена программа для ПЭВМ.

При вводе количества степеней свободы N. жесткостей пружин с^, масс грузов и начальных сжатий первого и второго груза программа выдает начальные скорости и начальные сжатия ДХ^ для всех грузов.

Оказалось, что задача имеет решение для различных N ( получены решения для N=10 ).

На рис. 1 представлена зависимость смещений грузов, а на рис. 2 - их скоростей от времени при движении трех грузов от упоров до их нейтрального положения (удар последнего груза о наковальню).

В работе проводились сравнения виброударных систем с несколькими грузами с эквивалентными им виброударными системами с одним грузом (разновидность модели Русакова-ЗГаркевича). Причем сумма потенциальной и кинетической енергий в системах должна' быть одинаковой. Масса груза эквивалентной системы определялась как сумма масс

грузов тэквН = 2 т^

Жесткость пружины эквивалентной системы Сэкв^ определяется следующим образом. Податливость эквивалентной системы -Д- равна

эквИ

сумме податливостей пружин системы с несколькими грузами:

1 1

- = 2 (4)

СэквИ С1

Параметры V. . и лХ„„0>, определялись из равенства кинетичес-эквН экв"

Зависимость перемещений иолебшцихся грузов от времени

И

й ^

/г?, г 0,1*0 гг

/г?г *

с, *с2язсео#/}1 V» *-3/2 м/с

дХ«'0.020н А%гш°.020М

Чомер3 грузов

Рис. 1.

Зависимость скоростей колеблющихся грузов от

О,

м/с

и

X" 3

<-

/

4,2,Ъ ~ Я» ¡ера гругов ■

Рис. 2.

0,02

т2з дз$ кг

С1гСг*3000/Ц/ц

Ъг --5/З.н/с '/оь --0,13 м/с. йХ<*0,020м ЛХг 'О.Э20» АХз*йМм .

них и потенциальных энергий:

^ЧквН ffliVoi '2 2

^квН^эквМ _ £ Ci**l 2 2

Время хода бойка массой от упора до наковальни для экви-

валентной системы больше (иногда в 3 и 5слее раз), чем время хода бойков массой от упоров до их нейтрального лоложения, в частности, для Л =2.,,5.

Оценивалась мощность сил сопротивления вибрационной системы с несколькими степенями свободы и мощность силы сопротивления с одной степенью свободы при достижении одинаковой скорости бойками равной массы.

Мощность сил сопротивления для системы с одной степенью своб^чы больше мощности сил сопротивления для системы с ¿вумя степенями свободы примерно в 1,5 раза. 1ля виброударных систем с другим числом степеней свободы эта пропорция сохраняется.

Для системы с двумя степенями свободы в задачу вводилась гармоническая возмущающая сила Fsin wt.

Найдено общее решение. Приведены зависимости перемещений и скоростей от времени с учетом возмущающей силы.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ дано описание некоторых моделей вибрационных систем, а также приводятся результаты исследования стенда, состоящего из двух грузов, соединенных линейными пружинами друг с другом и неподвижным основанием.

Модель Русакова - Харкевича. Это одномассовая упругая система, движущяяся под действием силы Psin wt с ударами о неподвижный ограничитель. ~,

Модель Мандельштама. Для объяснения некоторых молекулярных явлений академик Л.И. Мандельштам использовал в качестве примера шарик, движущийся по инерции между двумя стенками, находящимися на некотором расстоянии друг от друга, от которых он отражается по закону абсолютно упругого удара. При этом шарик совершает периодическое движение со скоростью ± v (v - const), величина которой определяется сообщенным ему запасом энергии.

" Молоточек ". Андреева. Одну из первых виброударных систем, получивших применение в приборостроении, представляет ампли-тудомер, изобретенный в 1925 г. академиком H.H. Андреевым и названный впоследствии Л.И. Мандельштамом " Молоточком " Андреева. Он предназначался для измерения колебаний телефонной мембраны.

Принцип измерения основывался на том, что при определенной частоте и амплитуде колебаний мембраны молоточек начинает дребезжать, периодически отскакивая от мембраны, и ударяясь о нее вновь. Момент возникновения такого виброударного режима легко улавливается на слух.

Бабицким В.И., Веприком А.И., Крупениным В.Л. в докладе Академии наук за 1988 г. отмечено, что существуют режимы колебаний цепочки упруго соединенных элементов с одновременными ударами всех элементов ( бусинок ) об. ограничители ( синфазные колебания ).

Колебания виброударной системы из двух грузов исследоЕзлись на специальном стенде.

Для уменьшения влияния трения грузы расположены вертикально. Удары грузами г>б ' упоры, расположенные выше их нейтрального г вложения, осуществляются точечно шарообразными поверхностями. Нижний груз ударяется также и о наковальню в своем нейтральном полсжении.

Для удара о наковальню и упор одним шариком, он прикреплен в нижнему грузу через П-обре-зную деталь.

Двигатель постоянного тока, расположенный сверху стоек, через гибкую связь, прикрепленную к одному из грузов, создает возмущающую силу амплитудой Г в широком диапазоне частот ( О...30 Гц ).

Масса первого груза равна - = 0,26 кг, масса второго груза - Й2 = 0,52 кг. Жесткости обеих пружин равны С1 = С2 => = 300 Н/м.

Проведен расчет необходимой частоты возмущающей силы, а также смещений упоров от нейтрального положения грузов.

Съемка движения грузов проводилась видеокамерой на разных частотах возмущающей силы при приложении ее как к первому, так и второму грузу.

После съемки проводился замедленный просмотр на видеомагнитофоне .

На расчетной частоте, близкой к 10 Гц при приложении гармони-ческо.. возмущающей силы к первому грузу при замедленном просмотре наблюдается режим чазгона второго груза за счет остановки первого груза, причем они а это время одновременно приходят в свое нейтральное , положение•С момент удара второго груза о наковальню ).

ЧЕТВЕРТАЯ ГЛАВА посвящена разработке вибраторов для применения их в нефтепромысловом Деде.

, Вибратор гидравлический, в конструкции которого используется эффект струйного насоса. Он . содержит следующие основные части корпус, сопло, пружину, диффузор^ фильтр, уплотнения и втулку.

Вибратор работает следующим образом. Всасываемая жидкость очищается фильтром. Под действием перепада давления на сопло оно перемещается по корпусу до совмещения окон на корпусе и окон на сопле, сжимая пружину. После совмещения окон, вследствие пере-

тока жидкости из области еысокого давления вниз за сопло, перепад давлений на сопле становится розшм нуля. Под действием пружины сопло поднимается до рассоединения окон ка корпусе и сопле я его остановки, после чего процесс повторяется. Сопло выполняет функцию бойка, ударяя.о диффузор. •

.По заявке на рышеописанную конструкцию получен патент.

Гидроударник с двумя бойками.

В предлагаемой конструкции гидроударник снабжен дополнительной наковальней с отверстием для прохода аромывочноГ. жидкости, размещенной в верхней части корпуса, при этом а дополнительной наковальне выполнен канал, гидравлически связанный с затрубиык пространством, а клапан выполнен з виде бойка для нанесения ударов по нижнему торцу дополнительной наковальни ; й размещая в "анале дополнительной наковальни. Такое выполнение клапана позволяет достичь большей энергии, передаваемой дополнительной наковальне за счет отсутствия сжатия пружины перед ударом.

Гидроударник содержит корпус, внутри которого расположен клапан - боек, подпружиненный боек, пружину, наковальню, дополнительную наковальню. Для уплотнения бойков служат Манжеты. Дополнительная наковальня, размещенная в верхней части корпуса, имеет отверстия для прохода промывочной жидкости. При этом в ней выполнен цилиндрический канал. в котором размещен клапан - боек, причем этот канал гидравлически связан с затрубным пространством посредством отверстия.

Рабочий цикл гидроударнина состоит из четырех фаз. В течение первой фазы боек с клапаном в сомкнутом состоянии движется вниз по пути ., под действием напора рабочей жидкости. Вторая фаза -

свободный ход бойка на пути 12 после отсечения клапана до удара бойка о наковальню. Третья фаза - перемещение клапана-бойка

вверх на пути 11. Четвертая фаза - перемещение бойка на пути 11+12 до соприкосновения с клапаном, который с некоторым опережением во времени перемещается в свое крайнее положение за счет перепада давлений внутри корпуса в затрубном пространстве. После соприкосновения бойка и клапака■процесс повторяется.

Гидроударник с несколькими Сойками.

Конструкция гидроударника содержит несколько бойков с полыми клапанами, связанных между собой пружинами, причем жесткости пружин, их массы, площади бойков, на которые действует перепад давлений рабочей жидкости подобраны таким образом, чтобы в момент удара крайнего бойка о наковальню, все силовые пружины приходили в нейтральное положение и скорости всех бойков, кроме крайнего были равны нулю, за счет чего вся потенциальная энергия всех силовых' пружин переходит в кинетическую энергию крайнего бойка.

Подобная конструкция позволяет увеличить эффективность работы гидроударника посредством достижения более высоких скоростей удара бойка о наковальню.

Гидроударник содержит корпус, бойки ( в предложенной конструкции - три бойка ), силовые пружины, клапана ( три ), пружины клапанов, седла клапанов, соединенные между собой, уплотнения, наковальню, центраторы бойков, центратор верхнего клапана. Внутренние полости клапанов связаны между собой и с затрубным пространством со стороны наковальни, причем эти полости изолированы уплотнениями от давления рабочей жидкости.

Рабочий цикл гидроударника состоит из двух фаз. Первая фаза-движение бойков с клапанами вверх до упора в седла клапанов. Площади на которые действует перепад давлений и жесткости пружин клапанов подобраны танин образом, чтобы касание бойков соде;; клапанов

было одновременным и скорости отскока бойков были расчетными.

Вторая фаза - движение бойков вниз под действием силовых пружин. Клапана те движутся по инерции сначала вверх, а потом вниз до встречи с бойками. В момент удара о наковальню вся потенциальная энергия силовых пружин переходит в кинетическую энергию крайнего бойка.

Насос скважинный штанговый с вибратором " флаттерного " типа.

Насос снабжен вибратором, размещенным в полости цилиндра насоса, выполненным в виде пластинчатого возбудителя, вмонтированного во втулку квадратного сечения, расположенного параллельно потоку всасываемой жидкости и соединенного со втулкой плоской пружинной пластиной, ' которая в свою очередь по концам связана со втулкой посредством пружин сжатия с возможностью радиального перемещения пружинной пластины.

Насос имеет цилиндр, плунжер, всасываоа^й клапан, нагнетательный клапан. В полости цилиндра размещен пластинчатый возбудитель, вмонтированный во втулку квадратного сечения и соединенный с ней плоской пружинной пластиной, которая в свою очередь по концам связана с втулкой посредством пружин сжатия. Причем центр тяжести бойка расположен позади центра жесткости.

Работает насос следующим образом. При ходе плунжера вверх открывается клапан и происходит " всасыванйе жидкости. При обтекании потоком жидкости возбудителя возникают усиливающиеся виброударные колебания из-за существования основных условий "Флаттера" - центр тяжести пластинчатого возбудителя расположен позади центра жесткости по отношение к направлению потока и имеются две степени свободы ( кручение и радиальный ход ). Колебания возбудителя будут происходить только при ходе плунжера вверх. При ходе плунжера вниз всасывающий клапан закрывается и происходит успокоение колебаний 601»-

ка, что положительно влияет на износостойкость предлагаемого уст ¡гойства.

К преимуществам, предложенной конструкции следузт отнести прос тоту изготовления, отсутствие уплотнений, широкий диапазон работы

Вибрационный башмак для скважинного штангового насоса.

Он служит для повышения эффективности работы штангового скважинного насоса и устанавливается на приеме насоса. Работает от движения всасываемой жидкости:

Башмак выполнен в виде двух подпружиненных втулок заданной массы с пружинами необходимой жесткости.

Во втулке-бойке размещен -эксцентрично расположенный стержень-возбудитель овального сечения, связанный с втулкой-бойком пружиной кручения.

Центр тяжести овального стержня находится перед центром упру гости по отношению к направлению потока жидкости.

Весткости пружин равны : С£ = 1000 Н/м. Массы пружин: т^О.5 кг; п^^О.Й кг. Смещения упоров от нейтрального положения Грузов: дХ^= 0,006 м; аХ2= 0,012 кг.

Расчетная частота возмущающей силы, при которой возникает разгон второго груза за счет остановки первого груза, равна 11,2 Гц. !

Работает вибрационный башмак следующим образом. При ходе плунжера насоса вверх открывается всасывающий клапан и происходит всасывание жидкости.

При обтекании потоком жидкости стержня-возбудителя возникает гармоническая возмущающая сила, действующая на него с частотой равной: '

где БЬ - число Струхаля, ЗЬ=0,18 ... 0,24;

V - скорость жидкости отко-ительно стержня;

О - диаметр стержня.

Стержень-возбудитель а сеченки имеет овал размером 0,8*1,6 см, т.е. величина диаметра, входящая в формулу (6), будет изменяться, как и частота вдвое.

Значение частоты аозыущавщей силы, при которой происходит разгон второго груза - 11,2 Гц попадает в грашщи,' определяемые формулой (б) в широком диапазоне скоростей- всасываемой нидкост::. Таю.м образом грузы колеблятся з течение хода плункера вверх.

При ходе плунжера вниз всасывающий 1<лалан закрывается и происходит успокоение колебаний бойкоз, что положительно влияет на-износостойкость предлагаъмого -устройства.

К преимуществам предложенной * конструкции следует отнести простоту изготовления, отсутствие уплотнений,' широкий диапазон работы в зависимости от скорости всасываемой хшдкости, надежность.

Данный внбрациоилый башмак был испытан з НГДУ " МуравЛенкозск-нефть " ¡.а скважине N 4'32 23 куста с динамическим уровнем Нд-480 м

о

и подачей (2И=4 м /сут. Башмак присоединялся к насосу 1Ш2Б-44 ниже всасывающего клапана. Всасывающий клапан бил широкопроходной, конструкции кафедры НПМ УГНТУ. Глубина спуска насоса 1=1240 м.

В процессе испытания была установлена работоспособность и эффективность работы вибрационного' бг лмака.

о о

Подача повысилась с 5 =4 м /сут до £} =7 м /сут.

щ • /Я

Динамический уровень понизился с Нд=480 и до Ьд=900 м.

Число двойных ходов, п составляло 6 мин-1, длина хода 5=2,1 м.

Широкопроходной клапан, испытывающийся совместно с вибрационным башмаком имеет в седле отверстие, равное диаметру плунжера насоса. В результате этого гидравлическое сопротивление данного кла-

пана значительно меньше в сравнении со" стандартным узлом

всасывающего клапана. :

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Теоретическими и экспериментальными исследованиями установлено существование такого движения цепочки грузов, соединенных пружинами с линейными характеристиками и закрепленной с одного конца, что при задании каждому грузу определенной скорости и смещения все пружины придут в свое нейтральное положение, причем скорости всех грузов, кроме крайнего, в этот момент будут равняться нулю, а скорость крайнего, вследствие этого, будет максимальной.

2. До: ззано, что вышеописанное движение грузов может быть колебательным, если систему сделать виброударной и ввести в нее гармоническую возмущающую силу.

3. Время достижения бойком одинаковой энергии единичного удара меньше для предложенной виброударной системы с несколькими грузами, чем для эквивалентной системы с одним грузом.

4. Мощность сил сопротивления для предложенной виброударной системы с несколькими степенями свободы меньше ( для системы с двумя степенями свободы примерно в 1,5 раза ), чем для системы с одной степенью свободы при достижении одинаковых скоростей при наличии линейного трения.

5.Изготовлен стенд для исследования виброударных колебаний системы, состоящей из двух грузов,колеблющихся в расчетном режиме. Ызееа первого груза - 0,26 кг, масса второго груза - 0,52 кг. Шест-кости обеих пружин одинаковы и равны 300 Н/м. Первый груз при колебаниях ударяется об один упор,расположенный выше его со смещением ст нейтрального положения первого груза - 0,005 м. Второй груз колеблется между наковальней и вторым упором, смещенным от нейтраль- .

ного положения второго груза на 0,009 м. Частота возмущающей силы, при которой второй груз разгоняется за счет остановки первого груза в его нейтральном положении около 10 Гц.

6. Созданы конструкции вибраторов, работающих на приеме насоса от движения всасываемой жидкости в диапазоне 10 ... 50 Гц.

7. Проведены промысловые испытания вибрационного башмака, работающего на приеме штангового скважинного насоса от движения всасываемой жидкости. Испытания показали работоспособность и эффективность вибрационного башмака, работающего на приеме насоса.

8. На основании промысловых испытаний рекомендуется совместная работа вибрационного башмака и широкопроходного всасывающего клапана. ■ -

Опубликованные работы по теме диссертации

1. Патент N 2004754 01, класс Е 21 В4/14 от 26.11.90.

" Гидроударник " / Авт. Зотов АН., Султанов Б.З., Яулаев В.П..

2. Зотов А.Н. Исследование системы с двумя степенями свободы. Тезисы доклада ХХХХП научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, Уфа, 1991 г.

3. Зотов А.Н. К вопросу об увеличении скорости бойка бурового гидроударника/Тезисы докладов научно-технической конференции "Совершенствование методов поисков, разведки и разработки нефтяных и газовых месторождений Пермь.-1991 г.

4. Зотов А.Н. Один из путей увеличения предударной скорости бойка бурового гидроударника. Тезисы доклада Международной конференции "Механика горных пород при бурении". Грозный.-1991 г.

5. Зотов А,Н. Исследование систем с несколькими степенями свободы с целью проектирования гидроударников повышенной эффекта -ности. " Современные проблемны буровой и нефтепромысловой механики ". Межвуэ. темат. сб. науч. тр. / Уфим. нефт. ин-т. Уфа,

1992 г. - 210 с. ISBN5- 230-19029-9.

6. Зотов А.Н. Исследование колебательных систем с несколькими степенями свободы при линейном и нелинейном трении, Тезисы докладов XXXX1V научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых Башкирии " Вклад Молодежи Башкирии в решение комплексных проблем нефти и газа Уфа, 1993 г.

7. Зотов А.Н . Исследование некоторых колебательных систем с нелинейной силой трения. Тезисы докладов XXXX1V научно - технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых Башкирии " Вклад Молодежи Башкирии в решение комплексных проблем нефти и газа Уфа, 1993 г.

8. -Зотов А.Н.,Султанов Б.З. О разгоне многомассовой виброударной системы. Вторая международная научно-техническая конференция. Актуальные проблеммы фундаментальных наук. М..издание МГТУ, 1994 г.

Соискатель У&ТИ&ф А.Н.Зотов

Подписано к печати 06.07.94. Заказ 539. Тираж 100 экз.

Ротапринт Уфимского государственно.'о нефтяного технического университета

45GUG2, г. Уфа, Космонавтов, I