Приводы скважинного штангового насоса

Назначение привода ШСН двояко - с одной стороны он пре­образовывает энергию двигателя в механическую энергию колонны штанг, с другой - создает оптимальный режим работы приводного двигателя. Привод обеспечивает движение точки подвеса штанг по определенному закону, регулирует режим откачки пластовой жидкости за счет изменения длины и частоты хода точки подвеса штанг, пуск и остановку ШСНУ, контроль режима работы внутри скважинного оборудования. Он также позволяет использовать двигатели минимальной мощности, на режим нагружения которых закономер­ность изменения внешней нагрузки должна влиять в минимальной степени.

Привод ШСН состоит из следующих основных блоков: силового органа, уравновешивающего устройства и собственно привода.

Силовой орган предназначен для перемещения колонны штанг и может быть механическим, состоящим из системы рычагов, канатов и блоков, гид­равлическим или пневматическим - с использованием собственно гидро- или пневмоцилиндров.

Собственно привод включает двигатель (электромотор или двигатель внутреннего сгорания) и передачу, которая может быть механической или гидравлической. Эти два блока в основном обеспечивают выполнение первой функции привода, выполнение второй обеспечивается уравновешивающим, устройством, которое накапливает потенциальную энергию колоны штанг при ее ходе вниз и отдает при ходе штанг вверх.

Применение уравновешивающего устройства обусловлено следующим.

При ходе штанг вверх нагрузка на привод ШСИ в точке подвеса штанг обусловлена весом колонны штанг Р т и весом столба жидкости, находящейся над плунжером скважинного насоса Р ж (остальные силы рассматривать не будем). При этом за время хода штанг вверх tв на длину хода штанг S соверша­ется работа

Ав= (Рш + Рж)HS (1)

Средняя мощность двигателя при этом будет равна

NcpВ= (Рш + Рж) НS/ tв (2)

При ходе штанг вниз в течение времени tн нагрузка на привод в точке подвеса штанг обусловлена только весом колонны штанг Рш, и так как они перемещаются вниз, то работа будет отрицательной

Ан = -РшНS. (3)

Средняя работа, которая совершается установкой за время двойного хода

T= tв + tн (4)

будет определяться как

АБ+Ан= РжНS, (5)

а соответственно средняя мощность, необходимая для привода установки

Ncp = РжНS/Т. (6)

В первом приближении, выбирая двигатель без учета особенностей изменения нагрузки на привод, исходя, из максимальной средней мощности можно показать, что для неуравновешенной установки, т. е. без аккумулирующего устройства, двигатель должен выбираться исходя из величины

NН = (РШ + Рж)НS/tВ, (7)

а для уравновешенной - из

Ny = РжНS/Т. (8)

Поскольку соотношение времени хода штанг вверх tВ и вниз tН при одной и той же продолжительности двойного хода Т может быть различным, то обозначив отношение tв/tн=a, можно записать

tВ = а×Т/(1 + а). (9)

Определим соотношение мощностей двигателей неуравновешенной и полностью уравновешенной установок, работающих в идентичных условиях. При этом в результате преобразований соотношение весов колонн штанг и жидкости было заменено соотношением их масс:

где qж, qш - соответственно масса 1 м столба жидкости над плунжером скважинного насоса и колонны штанг.

Таким образом, для неуравновешенной установки кратность увеличения мощности двигателя определяется, прежде всего, соотношением диаметров штанг и плунжера скважинного насоса, продолжительностей хода штанг вверх и вниз.

Практика показывает, что величина 1 + qш/qж может изменяться в а также соотношением пределах от 2 до 6 с учетом того, что для большинства установок tВ = tН, т. е.

а = 1, и соответственно k = 4-12. Таким образом, мощность двигателя, приводящего в действие неуравновешенную установку, должна быть в 4-12 раз больше мощности двигателя, приводящего в действие установку, работающую в том же режиме, но полностью уравновешенную.

Совершенство конструкции привода ШСН оценивается степенью влияния изменения нагрузки в точке подвеса штанг на характер нагружения приводного двигателя. Идеальной конструкцией установки можно считать такую, которая в любой момент времени двойного хода будет обеспечивать постоянную и минимально возможную нагрузку на двигатель.

Потенциальная энергия штанг может накапливаться за счет поднятия груза на определенную высоту, сжатия газа в пневматическом аккумуляторе, вращения маховика, скорость которого увеличивается, и т. п. При использовании уравновешивающих устройств, работающих с перечисленными аккумуляторами, уравновешивающие устройства называют соответственно грузовыми (или гравитационными), пневматическими или инерционными.

Известно использование в качестве груза аккумулирующего устройства собственной колонны НКТ, одной или нескольких колонн штанг рядом расположенных скважин в этих случаях установки называют уравновешиваемыми колонной НКТ и групповым уравновешиванием соответственно.

Основные показатели приводов шеи зависят от конструкции типа перечисленных узлов, т. е. уравновешивающего устройства, силового органа и привода, а также вида кинематической связи силового органа с уравновешивающим устройством, так как именно эта связь обеспечивает передачу наибольшей мощности во всем приводе установки.

С учетом основных блоков установки и их связей на рис. V.4 приведена классификация приводов.

Классификация приводов шеи по их параметрам условна, так как по мере развития техники для добычи нефти такие понятия, как длинно ходовые или мощные приводы, меняют свое содержание. В настоящее время, принято следующее деление приводов ШСН.

По максимальной нагрузке в точке подвеса штанг Рмах, т. е. по сумме максимальных статических, динамических и инерционных нагрузок в точке подвеса штанг, различаются на типы, приведенные в таблице 1.

Таблица 1 Классификация приводов ШСН по максимальной нагрузке

По длине хода точки подвеса штанг. Известные конструкции приводов обеспечивают длину хода точки подвеса штанг от 0,3 до 12 м при плавной или ступенчатой регулировке от минимальной длины до максимальной, паспортной. По максимальной длине хода Smax приводы ШСН делят на типы, приведенные в таблице 2.

Следует отметить, что частота однозначно не определяет «быстроходность» привода, которая характеризуется величиной средней скорости перемещения точки подвеса штанг, тоесть величиной nS. По этой величине установки с большей определенностью могут быть разделены на тихоходные, средние или быстроходные.

Таблица 2 Классификация приводов ШСН по длине хода

По частоте хода точки подвеса штанг приводы разделяются на типы, приведенные в таблице 3.

Таблица 3 Классификация приводов ШСН по частоте хода

По величине потребляемой мощности классификация приводов также условна. Она косвенно характеризует работу, выполняемую установкой в единицу времени. Принято приводы разделять на типы, приведенные в таблице 4.

Таблица 4 Классификация приводов по величине потребляемой мощности

Масса привода характеризует степень совершенства кинематической схемы, уровень конструирования и технологии изготовления деталей, сборки и т. п. Масса привода должна рассматриваться не по абсолютной величине, а в расчете на ее основные показатели - длину хода, максимальное усилие, по­требляемую мощность.

Дата добавления: 2015-04-30