CC BY
3УДК 621.45.018.2 Насибуллин А.И., Бикбулатова Г.И.
Насибуллин А.И.
магистрант 1 курса, направление «Технологическое обеспечение процессов нефтегазового производства» Альметьевский государственный нефтяной институт (г. Альметьевск, Россия)
Научный руководитель: Бикбулатова Г.И.
к.т.н., доцент Альметьевский государственный нефтяной институт (г. Альметьевск, Россия)
РАЗРАБОТКА СТЕНДА ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ РАБОТЫ
УСТАНОВКИ СКВАЖИННОГО ШТАНГОВОГО НАСОСА
Аннотация: выбор рациональных конструкций насосных подъемников жидкости из скважины и режимов их работы является одной из самых актуальных задач в нефтедобыче. Несмотря на большой объем теоретических и экспериментальных исследований, решение проблемы в этом направлении нельзя признать законченным, учитывая, что гидродинамические особенности движения продукта скважины и кинематика штанговой скважинной насосной установки (ШСНУ) чрезвычайно сложны.
Ключевые слова: разработка, стенд, моделирование, работа, установка, скважинный штанговый насос.
Основным способом контроля за состоянием штанговой глубиннонасосной установки (ШГНУ) на сегодняшний день остается ее динамометрирование. При этом анализ динамограммы позволяет достаточно достоверно судить о целом ряде неисправностей оборудования, отклонении режима откачки от оптимального и оценивать производительность ШГНУ.
2194
В последние годы новые качественные результаты получены в разработке как средств динамометрирования, так и методик обработки данных. Результаты этих работ освящены, например, в публикациях [1...6], а многие фирмы занимаются этими работами вплотную.
Глубинный штанговый насос можно представить в виде системы последовательно соединенных элементов: плунжерная пара, колонна штанг, подвеска штанг. При моделировании условий работы глубинного штангового насоса мы заменяем эту систему элементов одной штангой с «приведенной» жесткостью, на верхнем и нижнем концах которой имеются силовые и кинематические условия. При этом заданными граничными условиями могут быть
- со стороны подвески штанг - данные замера усилий и перемещений на
штоке,
- со стороны плунжерной пары - моделируемые усилия и перемещения плунжера.
В этом случае перемещение штанги можно описать дифференциальным уравнением продольных колебаний стержня:
Рассмотрим случай задания данных (нагрузка и перемещение) на одном из концов штанги. Дифференциальное уравнение продольных колебаний штанги имеет вид [1]:
2 д2и д2и
а 2-дх = (11)
где:
а - скорость распространения звука в штанге, и - абсолютное перемещение некоторого сечения штанги, х - координата сечения, X - время.
Общий интеграл уравнения (1.1) известен и представляется в виде суммы функции двух аргументов.
2195
и = Ф •(М + х) + Ф1 (М - х) (1.2)
Таким образом, задавая граничные условия на концах штанги, можно получить конкретные решения для следующих задач:
- расчет параметров на плунжере по данным на штоке,
- расчет параметров на штоке по данным на плунжере,
- расчет усилий на штоке по усилиям на плунжере и перемещениям на
штоке.
Однако исследование с помощью динамометрирования возможен только при смонтированном приводе, а для испытания, например, в заводских условиях необходимы другие подходы. Проведение детальных экспериментальных исследований работы штанговых установок является сложной технологической задачей, требующей значительных трудовых и материальных затрат.
Как вариант испытания узлов СК предлагаю рассмотреть метод механического моделирования нагрузок на головку балансира, базирующийся на аналогии между упругими деформациями в штанговой колонне при откачке скважинной продукции и деформациями пружины с сосредоточенной массой.
Одной из самых актуальных проблем в области эксплуатации наземных приводов ШГН является срок службы узлов, которые имеют свойство разрушаться или отказывать в зависимости от приложенной нагрузки на головку балансира. Испытание любого оборудования на стенде - это один из подходов, позволяющих повысить производительность и улучшить условия труд.
Разработан стенд физического имитационного моделирования нагрузок на привод штанговой установки, включающий станок-качалку и имитатор нагрузки на головку балансира.
Стенд включает (рисунок 1.1) в себя станок-качалку 1 и имитатор нагрузки А, для крепления которого предусмотрен кронштейн 2, на котором установлен упор 3 штока 4. К головке 5 балансира через пружину 6 на канатную подвеску 7 с тензодатчиком 8 подвешен шток 4. Проходящий через
2196
имитатор нагрузки шток 4 взаимодействует с перемещающимся по направляющим зажимом 9, приводимым в действие грузом 10 посредством блоков 11 и гибкой тяги 12. В нижнем конце штока 4 подвешен груз 13, находящийся в емкости 14 с вязкой жидкостью 15.
Рисунок 1. Стенд физического (имитационного) моделирования нагрузок на головку балансира.
1-станок-качалка, 2-кронштейн, 3-упор, 4-шток, 5-головка, 6-пружина, 7-канатная подвеска, 8-тензодатчик, 9-направляющий зажим, 10-груз, 11-блок, 12-гибкая тяга, 13-груз, 14-емксть, 15-вязкая жидкость, 16-устройство учета и регистрации числа качаний, 17-магнитная метка, 18-ваттметр, 19-персоналный компьютер.
Преимуществом разработанного стенда является то, что в отличие от натуральной модели глубинного насоса, не требуется использования рабочей жидкости с повышенным давлением, создания перепада давлений (напора) через насос, т.е. исключается ряд усложнений, связанных с созданием перепадов давления, герметизацией подводящих линий и полированного штока.
2197
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. ГОСТ 16504-2014 Система Государственных испытаний продукции. Испытания и контроль качества продукции. Основные термины и определения;
2. ГОСТ 2.601-2013 Единая система конструкторской документации. Эксплуатационные документы;
3. ГОСТ 15.309-98 Система разработки и постановки продукции на производство (СРПП). Испытания и приемка выпускаемой продукции. Основные положения;
4. ГОСТ РВ 15.307-2002 «Система разработки и постановки продукции на производство. Военная техника. Испытания и приемка серийных изделий. Основные положения»;
5. Пат. 1209832 СССР, МПК Е 21 В 43/00. Установка для исследования сил сопротивления движению колонны штанг в стволе скважины / К.Р. Уразаков, Р.Г. Султанов, Ю.Г. Валишин, В.З. Минликаев. 3627499, Заявлено 27.07.1983, Опубл. 07.02.1986;
6. Пат.2238434 РФ, МПК Б04В 51/00 (2000.01) Установка для испытаний штанговых насосов / В.Г. Фадеев, В.М. Валовский, К.В. Валовский, В.Н. Шумилин, В.А. Балбошин, заявитель и патентообладатель ПАО «Татнефть» им. В.Д. Шашина. - №2003105485/06, заявл. 25.02.2003, опубл. 20.10.2004;
7. Пат.70320 РФ, МПК 7 Б 04 В 47/00 (2006.01). Стендовая установка для исследования процесса механического износа внутрискважинного оборудования / М.З. Тазиев, А.Ф. Закиров, Е.В. Ожередов, Г.Г. Мухаметшин, М.А. Джафаров, заявитель и патентообладатель Публичное акционерное общество «Татнефть» им. В.Д. Шашина. - №2007129045/22, заявл. 27.07.2007, опубл. 20.01.2008;
8. Пат.2741821 РФ, МПК 7 Б 04 В 51/00 (2006.01). Стенд для моделирования работы установки скважинного штангового насоса / К.Р. Уразаков, П.М. Тугунов, В.А. Лежнин, заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего
2198
образования «Уфимский государственный нефтяной технический университет». - №2020125283, заявл. 21.07.2020, опубл. 28.01.2021
Nasibullin A.I., Bikbulatova G.I.
Nasibullin A.I.
Almetyevsk State Oil Institut (Almetyevsk, Russia)
Scientific advisor: Bikbulatova G.I.
Almetyevsk State Oil Institute (Almetyevsk, Russia)
DEVELOPMENT OF A STAND FOR SIMULATION OF THE INSTALLATION OPERATION DOWNHOLE ROD PUMP
Abstract: the choice of rational designs of pumping lifts of liquid from the well and their operating modes is one of the most urgent tasks in oil production. Despite the large amount of theoretical and experimental research, the solution of the problem in this direction cannot be considered complete, given that the hydrodynamic features of the movement of the well product and the kinematics of the rod borehole pumping unit (SHS) are extremely complex.
Keywords: development, stand, modeling, operation, rod pump.
2199
