автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.07, диссертация на тему:Совершенствование скважинного агрегата гидроприводных насосных установок на основе исследвоания режима торможения плунжерной группы с учетом гидроударных явлений

ГОСУДАРСТВЕННАЯ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ АКАДЕМИЯ НЕФТИ И ГАЗА имени И.М.ГУБКИНА

На правах рукописи УДК 622.276.53.001.57

ДАРЬЯВЛШ Валентина Григорьевна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СКВАЖИННОГО АГРЕГАТА ГИДРОПРИВОДНЫХ НАСОСНЫХ УСТАНОВОК НА ОСНОВЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЖИМА ТОРМОЖЕНИЯ ПЛУНЖЕРНОЙ ГРУППЫ С УЧЕТОМ ГИДРОУДАРНЫХ ЯВЛЕНИЙ

Специальность 05.04.07 - Машины и агрегаты нефтяной и газовой промышленности

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

.у

V/ (у

*

>

/

/ < с '

7 ^ Ч ) V

| МОСКВА - 1993 г.

Работа выполнена в Государственной ордена Окт.ябрьск Революция и Ордена Трудового Красного Знамени академии нефти газа им.Я.М.Губкина

Научный руководитель -

кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник Чкчеров Л.Г.

Специальные охшпоненты -

доктор технических наук, главный научный сотрудник Киколич A.C.

кандидат физико-математически; наук, доцент Новиков JI.A.

Ведущее предприятие - ОКБ БН

Защита состоится " 23 " карта 1993 года

' час. 00 мин. на заседании специализированного соье1 Ь".0''3.2"'*."?. в Государственной академии нефти и газа име* И.М.Губкина по адресу: П7Э17, ГСа-1,Москва, Ленинский проспект,£ С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГАНГ имеь И.М.Губкина.

Автореферат разослан " 13 " февраля 1993 г.

•Ученый секретарь специализированного совета

Биллеь А.VI.

отпечатано в ин-та "Гипротеатр". зак. V. Тир. IUU

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. По итогам работы нефтедобывающей гтромиш-лшости 1990-92 годы били самыми трудными за последние десятиле-1Я. После достигнутого в 1987-88 годах наивысшего уровня нефтедо-¿ча стала снижаться. План добычи нефти на 1990 год недовыполнен з 22,5 млн.тн, 1991 год - на 40 млн.тн.

Это связано со многими факторами, в том числе и с эдостаточной обеспеченностью отрасли эффективной техникой для ксплуатации малодебитных скважин.

Вопрос о рациональной эксплуатации малодебитных наклонно-аправленных скважин, количество которых с каждым годом увеличива-тся, остро встанет в ближайшие годы.

Наиболее эффективным оборудованием для эксплуатации таких кважин являются гидроприводные насосные установки (гидропоршневые ! гидроштанговые), скважинные насосные агрегаты (СНА) которых име-1Т идиимкониИ принцип дойитнин.

Для обеспечения работы СНА гидроприводных установок в безу-1арном режиме требуется достоверная научно обоснованная инфомация ) закономерностях движения плунжерной группы СНА в режиме торможе-гая.

Такие обобщенные данные известны для гидроприводов станков-автоматов, строительных и дорожных_ машин и др. Однако на процесс торможения в гидроприводе скважинных насосных установок для добычи < нефти существенное влияние оказывает присутствие вертикального ^ столба жидкости длиною до 2000 метров, как своей массой, так и 1 процессами, происходящими в нем при торможении плунжерной группы

(волновыми, с учетом инерционных аффектов и явлений сжатия- расши рения).

Поэтому исследование закономерностей торможения плунжерно группы гидроприводных насосных установок, наряду с разработкой ме тода расчета геометрических параметров тормозного устройства и па раметров торможения плунжерной группы, представляет собой актуаль ную задачу нефтепромысловой механики, имеющую промышленную цен ность.

Цель работы и ее плановость. Целью работы является исследова ние рабочего процесса указанных установок в режиме торможения, также разработка метода расчета конструктивных параметров тормоз ного устройства скважинных агрегатов тидроприводных насосных уста новок для добычи нефти.

Работа выполнена в лаборатории скважинных насосных устанозо кафедры машин и оборудования нефтяной и газовой промышленной ГАНГ им.И.М.Губкина в соответствии с тематическим планом кафедр по исследованию рабочего процесса гидроприводных установок.

Научная новизна работы заключается в разработке математичес кой модели и выполненной на ее основе методики расчета параметро работы гидроприводных установок с выявлением закономерностей тор можения плунжерной группы скважинного насосного агрегата.

Практическая значимость работы заключается в том, что выпол ненные теоретико-экспериментальные исследования позволяют с требу мой степенью точности рассчитать параметры тормозного устройсп скважинных насосных агрегатов, уточнить закон движения поршневс группы и определить прочностную характеристику деталей тормоза.

Реализации ь промышленности. Научные результаты, изложенные настоящей работе, приняты ОКБ БН для расчетов тормозных устройст

гидропоршневых скважинных насосных агрегатов, а также использованы при изготовлении СНА гидроштанговой насосной установки, которая прошла испытание на промыслах НГДУ "Покачевне{'Ть".

Апробация работы. Работа обсуждалась на конференции молодых ученых и специалистов в г.Кисловодск^, а также на научно- технических семинарах ГАНГ им.М.М.Губкина..

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных робот, 3 научно- технических отчета.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованной литературы. Полный объем составляет 183 стр., которые содержат 131 стр. текста, 38 рисунков и таблиц, 10 стр. использованной литературы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность выбранной темы исследования, излагается цель работы и приводится общая оценка результатов исследования.

В первой главе приведен обзор и анализ литературы по теме исследования и с его помощью формулируются основные задачи, подлежащие решению.

Анализ литературных источников показывает, что вопрос торможения плунжерной грушш (ПГ) скважинного насосного агрегата гидроприводных установок для добычи нефти до последнего времени оставался недостаточно изученным.

Проблема обеспечения рационального торможения плунжерной группы рассматривалась конструкторами гидроштанговых и гидропорш-

невих насосных установок, однако во всех случаях конструкция то; мозного устройства доводилась в основном экспериментально и прин малась без должного научного обоснования.

С целью определения влияния гидротормозов на динамическ: характеристики работы гидропоршневых насосов и определения опт: мальной конструкции тормозной системя в ОКБ БН проводились стенд' вые испытания гидропоршневого насоса ГН21.01.000. Гидроторможен в насосе достигалось установкой в верхнем торце поршня гидродвиг толя дополнительной детали (верхнего тормоза) и обеспечивалось счет отсечения некоторого объема рабочей жидкости и продавливан ее через кольцевую щель малого зазора.

Эффективность применения гидротормозов определялась по вел чине деформации поставленных на торцевых поверхностях деталей, с прикасающихся при ударах в момент торможения. Однако такой подх позволяет судить только о наличии или отсутствии механическо удара и только косвенно позволяет оценить напряженное состоял деталей.

Приблизиться к выводу об оптимальных соотношениях геометр ческих размеров гидрюгормозов чисто эмпирическим путем можно тол ко при очень большом объеме экспериментов.

Экспериментальная доводка до настоящего времени не дава оценки характера изменения скорости поршней при торможении, во можности выбора и осуществления определенного закона торможени оценки величины напряжения деталей тормозного устройства, выбе рационального соотношения времени, пути торможения и усилий, вс пикающих при торможении плунжерной группы.

Анализ литературных источников, в которых рассматривает торможение в гидроприводах станков- автоматов, показал, что нар?

А

с общими признаками, гидропривод скважинных насосних агрегатов имеет ряд существенных отличий. При расчете параметров режима торможения необходимо учитывать массу плунжерной группы скважинного насосного агрегата, которая достигает 20 кг. Кроме того, на процесс торможения в гидроприводе насосных агрегатов существенное р'шяние оказывает вертикальный столб жидкости длиною до 2000 метров. Методы расчета гидропривода станков- автоматов не могут быть использованы для расчета тормозной системы установок скважинных насосов, так как исполнителъкые механизмы в них неидентичны сква-кинным насосам, а также и потому, что в них не учитываются массовые характеристики элементов гидравлических каналов. Столбы жидкости имеют большие объемы сжатия. Процессы, происходящие в жидкостных каналах, оказывают существенное влияние на характер изменении скорости плунжерной гругтттн при по торможении. Вта f>to определяв? принципиальные и существеннее различия в методике расчета.

Таким образом, конструктивно тормозное устройство гидроприводных скважинных насосов хотя и вписывается в классификацию тор-мппних yurpotUrm ионорхноипшх гидроииотим, но митоди их рпочити l;i интересующем нас случав не могут быть непосредственно использованы.

Кроме того, до настоящего времени оставалось неизученным влияние газа в откачиваемой жидкости и изменение длины хода плунжерной группы на эффективность работы установок гидроприводных на-насосных агрегатов для добычи нефти.

В связи с выше изложенным были сформулированы следующие основные задачи, решение которых определило содержание диссертационной работы:

- выявить физическую сущность рабочего процесса гидропривод-

них установок б режиме торможения;

- создать математическую модель процесса торможениия плунже] ной группы с учетом сопутствующих явлений гидравлического удара всей совокупности определяющих динамических воздействий на плу! жерную группу со стороны трех смежных жидкостных каналов (кaнaJ подвода откачиваемой и рабочей жидкостей и канал отвода их на пс верхность);

- провести экспериментальные исследования рабочего процесс гидроприводных установок в режиме торможения;

- разработать методику определения геометрических размере тормозного устройства СНА и параметров торможения;

- оценить наличие газа в отбираемой жидкости при расчете ш раметров работы гидроприводных установок ;

- провести исследования на ЭВМ влияния длины хода плунжернс гругаш СНА и газового фактора на параметры работы установки.

Вторая глаза отражает теоретические исследования (с привл! чениэм вспомогательных данных полуэмпирического характера) рабо' гидроприводных установок в режиме торможения. Анализируется рабо-верхнего тормозного устройства двигателя скважинного насосно] агрогата (СНА) гидроштанговой насосной установки (ПИНУ). Зат( используемый методологический подход распространяется на нижн тормозное устройство, с учетом специфики его функционирования.

В работе рассматривается сложная связанная механическая гидромеханическая система: плунжерная группа и взаимодействующие ней гидравлические подсистемы - каналы (рисЛ, канал отбора жи, кости (2), подвода силовой жидкости (I) и канал подпора (0)).

В уравнении баланса сил, приложенных к плунжерной групп учитываются силы, действующие на ПГ при ее торможении со сторо

всех трех каналов, включая образующуюся при торможении тормозную камеру (см. рис Л).

При торможегага плунжерной группа, сопровождающемся резким-изменением скорости ее движения, проявляется сложная совокупность динамических воздействий различной природа - ударно-волнового и __инерционного характера.

Несмотря на то, что причиной возникновения как сил давления от гидравлического удара, ток и сил инерционной природы - является резкое изменение скорости движения ПГ, а соответственно и скоростей движения жидкости и рассматришшмых кшшдих, шиш укаиышшо динамические воздействия на ПГ в принятой расчетной схеме учитываются как параллельно имеющие место.

При торможении плунжерной группы резко меняется скорость потока жидкости подводящего канала у нижнего торца плунжера двигателя. Упругая жидкость сжимается в месте возникающего сопротивления потоку, а затем волна сжатия от слоя к слою перемещается вдоль подводящего канала против движения жидкости, и формируется ударная,..-, волна. При этом давление жидкости при переходе через фронт волны меняется на АР и плотность меняется на Др.Явление формирования и развития ударной волны с учетом эффектов отражения имеет циклический характер, как было установлено классическими работами. Н.Е.Жуковского.

Для оценки влияния инерционных сил используется следующий приближенный подход. Изменение скорости у всей массы жидкости, как неупругой среды (при определении инерционных сил жидкость принимается неупругой в области возмущения гидроударом), сопровождается возникновением сил инерции частиц жидкости, что отражается и на соответствующем изменении давления жидкости на плунжерную пару .

Инерционные силы в соответствии с указанным подходом не имеют циклического характера и не вызывают обратного потока жидкости.

Учитывая описанный характер явлений гидроудара и механизм возникновения инерционных сил, считаем их дкумя сосуществующими факторами.

■Сравнение движения плунжерной группы записано в форме уравнения баланса сил, включая силы инерции (в соответствии с принципом Даламбера). Обобщенная форма записи уравнения будет следующей

э г

г N +ГИ -Н+гИ -И = 0 (1)

^ "стат ити * ;Г0 УД тк и ' ;

Для определения неизвестных сил реакции, действущих на плунжерную группу со стороны потоков канала I и 0 (см. рис.1), выраженных через местные давления и входящие в уравнение баланса сил, используется связь величин этих реакций с основными гидродинамическими характеристиками сопутствующих потоков, возмущенных ударными волнами (явление гидравлического удара), распространяющихся по каналам I и 0 вследствии торможения плунжерной группы. Поиск выражения упомянутых реакций потоков является наиболее трудоемкой задачей, которая, по-видимому, не имеет однозначного решения и зависит от принимаемых модельных представлений. В данной работе при решении этого вопроса используется полуэмпирический метод определения величин исходных реакций, рассматриваемый в виде суммы двух составляющих. Одна из них связана с приближенной оценкой влияния сил инерции частиц жидкости в области течения, возмущенных ударной волной. С этой целью используется квазисгатический подход, согласно которому для определения только величины данной составляющей Нх область основного потоке имеет однородное распределение параметров и ускорение частиц жидкости непосредственно связано с ускорением

ПГ постоянным коэффициентом, вычисляемым из условий непрерывности;! объемных расходов, т.е. через соотношение площадей контактирующих с ПГ каналов.

Составляющая входит в уравнение I.

Вторая составляющая реакции, действующей со стороны потоков на ПГ, по существу слузит поправкой к "квазистатической составляющей" для учета, в первом приближении, эффекта нестационарности движения ПГ и неустановившегося характера течения сопутствующих потоков .

В данной работе Оыла использована следующая полуэмпирическая расчетная методика: известное соотношение Жуковского Н.Е. о связи между параметрами но обе стороны фронта стационарной ударной волны и относящееся к неизменяемым величинам, заменяется соответствующей дифференциальной формой, которая для данной решаемой задачи носит характер уравнения, связывающего - производную по времени от

ч

давления за фронтом ударной волны (давление РуД) условно совпадает с давлением жидкости на контактной поверхности плунжера) с ускорением движения плунжера ( ).

Дополнительным новшеством, отличающим используемый прием в данной работе, является то, что в дифференциальной форме обобщенной записи соотношения Жуковского Н.Е. присутствует поправочный коэффициент, определяемый полу эмпирическим путем, который по своей

форме представляет затухающую синусоиду с убывающей по экспоненци-

-h.t _

альному закону амплитудой е 1 • Sin( £+ u.t ). Этот коэффициент отражает специфику изучаемого волнового процесса, что подтверждается экспериментально.

Таким образом, для опродолония второго компонента реакции используется следующее дифференциальное уравнение, которое допол-

няет исходное уравнение баланса сил:

Е ^Р1 = - ИТ Е ^-Р«,-Vе ' ' 31п( 1 + ^ (2)

^ ¿го *

где

~ скорость ПГ при ее торможении; т)- коэффициенты пересчета скоростей жидкости в каналах; р - плотность жидкости;

аК)- скорость распространения волн давления в каналах; Ь- коэффициент затухания колебаний давления; ы- циклическая частота колебаний.

¿НУДГ Д^у* ' <3>

где FJ - аффективные площади. .

Совокупность уравнений I и 2 с учетом 3 отражает основные особенности рекомендованной в данной работе математической модели процесса торможения плунжерной группы с учетом влияния сопутствующих гидродинамических явлений.

Выражения для составляющих уравнения баланса сил (ход ПГ вверх):

с учетом статических сил

< V и,- и,- ктр)стат= № (Гда- V (рхв+

+ Рст»+ Р(5уф Ь^дв" Ртк> • <Гст2+ Рбуф.>"<Т + (4)

где

К , N , N - силы от давления столбов жидкости (каналы 0 -подпора, I - подпора силовой жидкости, 2 - отбора добываемой жидкости);

N - сила трения плунжеров насоса и двигателя о цилиндры; тр

Р , Б , Р - площади поперечного сечения насоса, двигателя и н дв тк

тормозной камеры; Рхв - давление, необходимое для движения ПГ вверх; ?0 - давление на приеме насоса;

РСГ1, РСТ2 - статическое давление столбов жидкости в канале I и 2 (см. рис.1);

Рбуф1' ^буф " бУФ"3?™9 давления на устье скважины в каналах I и 2; С - вес плунжерной группы; Г - сила трения плунжеров о цилиндры.

Учет сил инерции при использовании конечно-разностного метода связан с соотношением:

(Ы+М+К+Н ) =гп . .-л2 + ш -V/ -г)2 +

1 о » "г ПГ Ю Жо1 ГШ *о Ж11 № '1

+ -г)2 + (5)

ЗК21 1ЛЧ 'г ТГГ ПГ*

где для 1-го интервала времени:

гп., пи ., т„. - возмущенные ударными волнами массы жидкости в

ЗКОI Ж* I л^ь

каналах О, I, 2;

""То* "Тг ~ коэффициенты пересчета скоростей жидкости в каналах; т^ - масса плунжерной группы;

~ ускорение плунжерной группы;

V - V

V? = "Л'1-1'-(б)

тч А X

Принимаем, что на всем участке торможения возникает непрерывная последовательность элементарных гидроударов. При кокечностно-разностном математическом описании явления соответственно получаем ряд колебательных процессов, накладывающихся друг на друга, рис.2. Эта последовательность будет ограниченной при выборе шага М для

всего времени торможения ПГ.

Сумма элементарных приращений давлений при гидроударах для соответствующих интервалов времени будет равна:

^rtfiVv Ржо-sln< 2 + ЧЛ>+

+ р^. • -е Sln( ; + ut.))+ Е (VL „ -V )*

I - 2

-11 t -hi.

х( р -а -е ° l - Sin( 5 + (j t )+■ р -а -е * 1* 4 пко ж» 2 о i ' я»

х Sin( 2 + ш tt)) (Г)

где t = At - 1 и

> Р«~ ~ плотность жидкости в каналах 0,1,2;

Л»* л»^

ажо' аж>' а№ ~ СК0Р0СТЬ распространения волн давления в каналах 0,1,2;

ho, ht - коэффициенты затухания колебаний давления жидкости в

каналах 0 и I; (о,ш - частота колебаний в каналах 0 и I.

о 1 t

Давлинио падкости в тормозной каморе:

33,5-р г „. no.o г F I«-57

р _ _ ' Ж2 V I I ТК _ „1 .57

ртк - —2- L~ar J ГГ J Vru. +

i' Hi

f F V-23

, ___ TIi_ . y< .23 ,

l о . < s^iv- (1 ••(> J IIJU I

(a)

где

р - плотность жидкости в канале отбора;

а» - вязкость добываемой жидкости; Гтг, Р - площадь поперечного сечения тормозной камеры и кольцевой щели между тормозным штоком и втулкой;

ат - диаметр тормозного штока; V - скорость движения ПГ; - тормозной путь.

Для определения закона изменения скорости движения плунжерной группы (V исключаем давление, действующее со стороны потоков жидкости на контактные с плунжерной группой поверхности. Это осуществляется автоматически, поскольку оба уравнения записываются в конечно- разностной форме с построением алгоритма поэтапного вычисления скорости плунжерной группы с заданной точностью при ее торможении.

С учетом рассматриваемых совместно уравнений 1,2,3,4 и небольшого числа вспомогательных соотношений после перехода к безразмерным комплексам, получаем обобщенную форму основного уравнения для расчета закона изменения скорости плунжерной группы при ее торможении;

С -V г'23 + 0-7 - С -V *'2Э+ С -7 - С = 0 (9)

« ПЛ^ 2 П№ » ГОН « 1Ш 3 4 '

где

С _ * Г 1 V'23

1 - б*( 0,424-тс )

с = 33,5-б2

Не-^

г - й Г ,. .1. ]1-гз 1-К-З-А* , ^ (7 _ у л

^Ц и,424- 1С ] - [УПЛ<1-1 > ПЛ<1"21 ПЛ<1-1>'1]

+ ^ ( 2Ь+ 2Ьг- 2Ьи+И-Ъ7- Н-Ь„) 4 ( Ьа- Ь )*

«(е ]1с,1:1-' Б1п( | + иД) + б^й.-е ^ • Б1п( \ + ш^)] с= = [ аЛ 4 <■ V ь, ><аг+ аэ+ 1) ~ Ь2(а4+' а5) + М +

+ 7 ,п| + + Ь5-б2-Т122-!

пл<

, 4-

+ ( 2Ь+ 2Ь2- 2Ьв+Н-Ь7- Н-Ь,) + ( Ьг- Ь, )*

г 4 I —11 _

» о ° '• К1п( | 4 (0,1,,) 4 ' Я1п( р ( •

+ [ Е (V )( Ь - Ь ) Н (е ^-БИЛ Ъ + о)Ъ. ) +

¡_г ПД 1-2) Ш1«-1 ) 2 1' ^ ¿_ О I '

-11 1,

+ о^ас '• 31п( 2 1 чЧ >) ]

где

а, Ь, й, 5, И, М- коэффициенты соответствий; 7ПЛ.Т. Я, V, ^ - безразмерные величины.

Совокупность используемых соотношений отражает особенности рекомендованной в данной работе математической модели процессов, имеющих место в рассматриваемой гидромеханической системе при торможении плунжерной группы.

Применение конечностно- разностной схемы для получения выражения законя изменения скорости плунжерной группы при ее торможении требует использования ЭВМ. Программа расчета параметров работы гидроштанговой насосной установки в режиме торможения и результаты

расчета даются в приложении к диссертации.

Знание принятых безразмерных комплексов и коэффициентов соответствия дают возможность осуществить пересчет итоговых данных вычисления и определить искомые размерные величины.

Проведенные теоретические исследования и разработанная математическая модель позволили разработать методику расчета параметров тормозных устройств гидроприводных насосов.

В третьей главе приводится разработанная методика расчета основных параметров гидроприводных поршневых установок сквакинных насосов. Настоящая методика, в сравнении с известными, учитывает ряд новых существенных факторов, влияющих на расчет параметров установок, на эффективность их работы.

Впервые учитывается влияние содержания газа в откачиваемой жидкости на работу гидроприводных установок, параметры торможения плунжерной группы, напряжения в деталях сквахинного агрегата.

Пи оспотнии шюгоящой мотодшси с.остшштп программа расчета на ЭВМ, в которой имеются подпрограммы для расчета режима течения жидкости в каналах системы, расчета свободного газа в жидкости и изменения плотности жидкости вдоль столба при наличии газового фактора, а также расчета геометрических параметров тормозного устройства и параметров работы установки в режиме торможения, рис.3.

Использование настоящей методики позволяет без экспериментальных исследований определить конструктивные параметры деталей тормозного устройства и выбрать материал для их изготовления.

В четвертой главе приведены результаты экспериментального исследования режима торможения плунжерной группы скважинного насосного агрегата гидроприводных установок.

В настоящей работе эксперименты проводились с целью установить зависимость изменения скорости движения плунжерной группы и давления жидкости в тормозной камере от величины зазора "тормозной шток - втулка".

Экспериментальным объектом для исследования явилось тормозное устройство скважинного агрегата гидроштангоього насоса. Диаметр плунжера двигателя d = 44 мм, диаметр тормозного штока 30,3 мм, 30,4 мм, 30,В мм, дипмотр втулки d,r» 30,8 мм, длина тормозного штока 1 = 170 мм.

Эксперимент проводился на специально мзготошюшюм стондо в лаборатории гадропоршнэвых насосов в ОКБ БН. При проведении экспериментальных исследований геометрические размеры тормозного устройства и скорость движения плунжера двигателя при установившемся движении имели значения натурных условий и являлись величинами заданными, а давление в силовой линии, давление в тормозной камере и скорость движения плунжерной группы при ее торможении - величинами неизвестными.

В результате эксперимента были получены кривые изменения давления в тормозной камере (Рт - tr) и скорости движения плунжерной группы (V - tT) при различных зазорах "тормозной шток - втулка", рис.4.

Как видно из графика, кривые изменения давления в тормозной камере при выбранных зазорах 0,15 мм, 0,20 мм и 0,37 мм имеют одинаковый характер, но при увеличении зазора от 0,15 мм до 0,37 мм эффект торможения снижается. Зазор "тормозной шток - втулка" ниже 0,15 мм является неэффективным, т.к. при этом наблюдается явление облитерации и резко возрастает давление в тормозной камере, что ведет к снижению работоспособности установки и снижению надежности

сквяжинного пграгнттп.

На рис.5 представлен график изменения давления ь тормозной камере и скорости движения плунжерной группы при зазори "плунжер -цилиндр" в 0,15 мм, который для данного эксперимента принят опти мальным.

Как видно из графика, расчетная и экспериментальная кривые изменения давления идентичны по своему характеру и близки по значениям. Это позволяет утверждать, что в расчетах учтены основные факторы и правильно выбрана математическая модель процесса торможения. На рис.6 представлены графики изменения давления от действия различных сил.

Некоторое расхождение расчетных величин давлений над экспериментальными объясняется тем, что при расчетах принято концентричное расположение тормозного штока во втулке. На практике мог быть небольшой эксцентриситет, что приводит к снижению перепада давления при одном и том же потоке жидкости через щель.

В пятой главе приведен расчет экономической эффективности от перехода к упрпвлопию золотником - рлопроделителем по датчикам времени. Этот переход становится возможным благодаря найденной методике расчета параметров торможения. Предлагается вместо датчиков давления установить временные датчики, которые настраиваются по времени хода ПГ с постоянной скоростью и времени торможения и разгона ПГ. При этом снижение затрат на электроэнергию составляет 12 %.

Кроме того, проведено исследование влияния длины хода плунжерной группы СНА и газового фактора на параметры работы установки.

Исследование влияния длины хода плунжерной группы скважинных

агрегатов проведено с учетом изменения коэффицинета полезного действия установки, частоты ходов плунжерной группы, условий работы скважишых агрегатов при различных значениях газового фактора. Бил также проанализирован состав оборудования установки в зависимости от-изменения длины хода плунжерной группы.

Анализ всех этих факторов и сопоставление энергетических затрат и стоимости оборудования при различных длинах хода ПГ позволили определить оптимальную длину хода плунжерной группы гидроштангового насоса.

Была проведена серия расчетов параметров УГШН на ЭВМ. Расчеты были выполнены при различных значениях диаметров НКТ, длины хода плунжерной группы, газового фактора.

На основании полученных результатов расчета построены графики зависимости КВД установки, давления хода вверх и вниз, удельного времени сжатия жидкости и частоты хода плунжерной группы от длины хода ПГ при различных значениях газового фактора-

При переходе' к управлению золотником - распределителем по датчикам времени сокращаются потери энергии на сопротивление потоку жидкости в каналах системы, уменьшается скорость движения плунжерной группы сквакинного агрегата, соответственно увеличивается срок службы всех элементов гидропривода.

Оптимальной длиной хода для рассматриваемых условий является 5пл=П м при сроке службы цилиндров 2-2,5 года и 5ПД=15 м при сроке службы цилиндров в 4-5 лет.

Данная методика применима для анализа и других видов длинно-ходовых установок с учетом их особенностей.

Основные выводы и рекомендации

I. В работе содержится новое решение актуальной научной

задачи исследования гидродинамических процессов работы гидроггриводных насосных установок для добычи нефти в режиме торможения и выбора конструктивных параметров тормози,-устройств сквакинвдго агрегата, а также уточнена общая методика расчета ^параметров гидроштанговых насосных установок.

2.Проведенными теоретическими и экспериментальными исследованиями установлена целесообразность применения тормозных устройств скважинного насосного агрегата гидроприводных установок для добычи нефти.

3. Предложенная в настоящей работе мвтемптичоекпя модель процесса торможения гидроприводных: сквашнных насосов впервые дает возможность определить влияние всей совокупности основных динами- . ческих факторов с учетом сопутствующих нестационарных гидроударных явлений.

4. Адекватность разраСотанной^атематической модели процесса торможения плунжерной группы подтверждена экспериментально. Расхождение результатов нэ превышает 10 %.

5. Экспериментальными исследованиями установлено, что с увеличением зазора между тормозным штоком и втулкой от 0,15 мм до 0,40 мм эффект торможения снижается и увеличивается сила удара плунжера о торцы цилиндра в конце хода плунжерной группы вверх и вниз.

6. Разработанная методика определения основных параметров работы установки гидроприводных насосов с учетом содержания газа в откачиваемой жидкости к процессов, происходящих в гидросистеме при торможении плунжерной группы, применима как для гидроштанговых, так и для гидропоршневых насосных установок.

Научные публикации по диссертационной работе:

1. Даритев В.И., Добкина М.Б., Дарьяваш В.Г. Исследование рабочего процесса гидропризодного насоса. - Экс.инф. серии Техника и технология добычи нефти и обустройство нефтяных месторождений,

•М., ВНШОЭНГ, вып.12, 1988.

2. Дарищев В.И., Ходова Т.И., Дарьяваш В.Г. Разработка, создание и исследование установки гидроштангового насоса для добычи нефти из малодебитных наклонно-направленных сквакин. - Тезисы доклада Сумской конференции "Машины и установки для добычи и транспортировки нефти, газа и газового конденсата", г.Сумы, 2126.05.1988, тил.СНПО им.М.В.Фрунзе,I с.

3. Чичеров Л.Г., Ивановский В.Н., Дарищев В.И..Дарьяваш В.Г. Создание, исследование и разработка гидроштанговой насосной установки для добычи нефти, - Тезисы докладов научно- технической конференции молодых специалистов "Исследование, конструирование и технология изготовления нефтепромыслового оборудования", г.Казань, ТатНИГШнефтемаш, ноябрь 1988, ПМБ, I с.

4. Чичеров Л.Г., Дарищев В.Ii., Мерициди ,И.А., Шагисламов H.H., Нурутдинов А.Х., Дарьяваш В.Г. Результаты промысловых испытаний установки гидроштангового насоса. - Деп.рук., М.,ЦЖГИхим-нефтемаш, 31.05.88, NI840-XH 8S, рус., 14 с.

5. Ивановский В.Н., Дарищев В.И., Мерициди И.А., Кривенков C.B., Иванов Г.Г., Дарьяваш В.Г. Состояние и перспективы разработки и применения бесштанговых насосных установок в нашей стране и за рубежом. - Обз.инф. серии Техника и технология добычи нефти и обустройство нефтяных месторождений, м., ВНИИОЭНГ, 1989, 45 с.

6. Чичеров Л.Г., Ивановский В.Н., Дарищев В.И., Дарьяваш В.Г. Скважинный гидроштанговый насос. - Авт. свид. N1687858, б.и. N40,

19ЭГ.

7. Чичеров Л.Г., Ивановский В.Н., Дарищев В.И., Мерициди И.А., Дарьяваш В.Г., Насыбуллин Д.О. Скважинная гидроштанговая насосная установка. - Авт. свид. NIG29605, б.и. N7 , 1991.

8. Чичеров Л.Г., Ивановский В.Н., Дарищев В.И., Дарьяваш В.Г. Сквакинный гидроштанговый насосный агрегат. - Авт. свид. N1629606, б.И. N7 , 1991.

9. Дарищев В.Н., Дарьяваш В.Г., Сабиров A.A. Исследование рабочего процесса гидроштанговой насосной установки в безударном режиме работы. - Тезисы докладов всесоюзной конференции "Роль молодежи в решении конкретных научно- технических проблем нефтегазового комплекса страны", пос.Красный Курган, 6-8.0G.1989.

10. Дарищев В.И., Дарьяваш В.Г., Захаров A.B., Захарова Л,В. К вопросу о теоретических и экспериментальных исследованиях гидроприводного насоса. - НТИС "Нефтепромысловое дэло", М., ВНИШЭНГ, вып.З, 1992.

* U.

_ x-tN

■ г *Ж*П (У* уёТз^и

JUTWfJ

"I brHnfl

j *

1 »жкпц

•'x t*t* "¡¡¿■лор

О^ад "ЛИЙ^лмш объем добычи; Т-аила трения; л-ноэсрф.напом.; Ораб-об&емра&ж.; Нд -динамический уровень; ьР-потери давления-, % -объем сбоБ.еаза-, ¿а-суммаигечек; Чпл -скорость движения ПГ; КЛД.- рд£.; Р - даём емое кода Тц-фемя цикла;

Вёврх. и €ниь; в?-доп. напряжение

Рис.'3.й Схема расчета основных параметров УГШН на ЭВМ

камере при различных зазорах "тормозной тгток-

Рис.5,. . Графики изменения скорости движения плунжерной группы {V ) ■ давления жидвости в тормозной камере ( /тс) в процессе торможения ПГ ( Э - экспериментальная кривая, Т - теоретическая)

<6

{2 0,8

Ф

О 0,4 ■0,8

О// 0,г \ 0,д / 0,4 Ц5

л-

/

Рис»б.:. '.Графики изменения давления в тормозной капере от действия инерционных сил ( Рга) .статически* сил (Рст), сил гидравлических ударов (£ Руд), потерь давления от местных сопротивлений (Рм) и в длинных щелях (Рдл.щ.)