Помощь в учёбе, очень быстро...
Работаем вместе до победы

Совершенствование методов расчета штангового привода винтовой насосной установки

Диссертация: Совершенствование методов расчета штангового привода винтовой насосной установки
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Исследование математической модели системы «винтовой насосколонна штанг — колонна НКТ» и установление зависимостей от частоты вращения, динамического уровня в скважине, плотности и вязкости скважинной жидкости, давления на устье, диаметра штанг, натяга винта в обойме статора и давления, развиваемого насосом. Выявлены зависимости системы «винтовой насос — колонна штанг — колонна НКТ… Читать ещё >

Содержание

  • 1. Обзор литературы связанной, с винтовыми насосными установками с приводом поверхностного типа
    • 1. 1. Обзор работ посвященных работе вращательной колонны штанг
    • 1. 2. Винтовая насосная установка с поверхностным приводом конструкции УГНТУ
    • 1. 3. Отечественные насосные штанги для винтовых насосов с поверхностным приводом
    • 1. 4. Зарубежные насосные штанги для винтовых насосов с поверхностным приводом
    • 1. 5. Постановка цели задач исследований
    • 1. 6. Выводы по первой главе
  • 2. Разработка программы для проектирования штанговой колонны
    • 2. 1. Разработка математической модели «Винтовой насос — колонна штанг — колонна НКТ»
      • 2. 1. 1. Нахождение момента вращения штанговой колонны
      • 2. 1. 2. Момент, затрачиваемый на трение ротора в статоре
      • 2. 1. 3. Момент, затрачиваемый на подъём скважинной жидкости
      • 2. 1. 4. Момент сопротивления вращению штанг в скважинной жидкости
      • 2. 1. 5. Момент сопротивлению вращению штанг на участках набора и стабилизации угла искривления скважины
    • 2. 2. Расчёт необходимой мощности электродвигателя для привода УНВП
    • 2. 3. Обоснование прочности материала штанг
    • 2. 4. Исследование математической модели работы штанговой колонны в скважине
      • 2. 4. 1. Влияние числа оборотов штанговой колонны на затрачиваемые мощность и крутящий момент
      • 2. 4. 2. Влияние динамического уровня в скважине на затрачиваемые мощность и крутящий момент
      • 2. 4. 3. Влияние глубины подвеса насоса в скважине на затрачиваемую мощность и момент сопротивления
      • 2. 4. 4. Влияние устьевого давления в скважине на затрачиваемую мощность и момент сопротивления
      • 2. 4. 5. Влияние плотности скважинной жидкости в скважине на затрачиваемую мощность и момент сопротивления
      • 2. 4. 6. Влияние давления, развиваемого винтовым насосом на затрачиваемую мощность и момент сопротивления
      • 2. 4. 7. Влияние натяга винта в статоре винтового насоса на затрачиваемую мощность и момент сопротивления
      • 2. 4. 8. Влияние диаметра штанг на затрачиваемую мощность и момент сопротивления
    • 2. 5. Выводы по второй главе
  • 3. Разработка методов защиты колонны штанг от перегрузок
    • 3. 1. Станция управления БМС-1УП
    • 3. 2. Предохранительная шариковая муфта
    • 3. 3. Выводы по третьей главе 76 4 Внедрение результатов расчета на промыслах 77 4.1 Выводы по четвертой главе

Совершенствование методов расчета штангового привода винтовой насосной установки (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Актуальность проблемы.

В условиях, когда фонд скважин, продуцирующих высоковязкую жидкость растёт, наиболее эффективным, а иногда и единственно возможным, становится добыча нефти с помощью винтовых насосных установок. Но винтовые насосные установки с погружным электродвигателем имеют большую сложность в обслуживании в виду того, что возможно при спуске и подъёме повреждение кабеля. Применение поверхностного привода позволяет использовать менее дорогостоящее оборудование, например, обычный промышленный электродвигатель, что приводит к улучшению условий обслуживания оборудования. В винтовых насосных установках с поверхностным приводом самым слабым звеном становятся колонны штанг, которые часто рвутся ввиду перегрузок и заклинивания винта в обойме насоса. Исходя из вышеизложенного, вопрос надёжности штанговой колонны является основной нерешенной задачей при эксплуатации винтовых насосных установок с поверхностным приводом. В России использование поверхностноприводных винтовых насосных установок ограничено, но за границей их использование достигло высокого уровня. Так, в Канаде уже более 33% скважин эксплуатируются винтовыми насосными установками с поверхностным приводом. Поэтому за рубежом вопросами выбора и расчета вращающих штанговых колонн занимаются многие фирмы. Это выражается в разработке различных программ для выбора и проектирования скважинных компоновок. Но в открытой печати они не публикуются. В России так же те предприятия, которые занимаются поверхностноприводными винтовыми насосными установками не публикуют программный материал. В связи с этим возникает необходимость рассмотрения этих вопросов на основании значительных материалов, полученных при работе колонны бурильных труб при роторном бурении и внедрении винтовых насосных установок с поверхностным приводом типа УНВП.

Цель работы.

Снижение аварийности штанговой колонны винтовой насосной установки с поверхностным приводом путём оптимального выбора штанг, # электродвигателя и совершенствования их защиты.

Задачи исследования.

1. Создание программного обеспечения, на основе математической модели системы «Винтовой насос — колонна штанг — колонна НКТ», позволяющего подбирать скважинное и поверхностное оборудование.

2. Исследование математической модели системы «винтовой насосколонна штанг — колонна НКТ» и установление зависимостей от частоты вращения, динамического уровня в скважине, плотности и вязкости скважинной жидкости, давления на устье, диаметра штанг, натяга винта в обойме статора и давления, развиваемого насосом.

3. Обоснование и разработка конструкции механического устройства, снижающего крутящий момент с последующим отключением электродвигателя при заклинивании колонны.

4. Разработка рекомендаций по выбору параметров штангового привода.

Научная новизна.

1. Разработано программное обеспечение, на основе математической модели системы «винтовой насос — колонна штанг — колонна НКТ» для вертикальной и трехинтервальной скважин, позволяющая определить крутящий момент в колонне штанг и затрачиваемую на вращение мощность на вертикальном участке, участке набора кривизны и наклонного участка наклонно-направленной скважины с учетом веса штанг, гидравлической нагрузки на винт, трения штанг по участкам скважины и трения ротора в статоре насоса.

2. Выявлены зависимости системы «винтовой насос — колонна штанг — колонна НКТ» в наклонно-направленной скважине от частоты вращения, динамического уровня в скважине, плотности и вязкости скважинной жидкости, давления на устье, диаметра штанг, натяга винта в обойме статора и давления, развиваемого насосом.

3. Аналитически установлено распределение мощности и момента по участкам вертикальной и наклонно-направленной скважины. Выведена зависимость механических потерь привода от частоты вращения.

Теоретическая и практическая ценность работы.

1. Разработано программное обеспечение по выбору штанговой колонны и электродвигателя для вертикальных и трехинтервальных скважин, основанное на математической модели системы «винтовой насос — колонна штанг — колонна НКТ».

2. Разработаны рекомендации по выбору штанговой колонны и поверхностного привода винтовой насосной установки для вертикальных и наклонно-направленных скважин. Результаты расчета программы внедрены на скв. 9008 НГДУ «Заинскнефть» ООО «Татнефть», скв. 2160 филиала ОАО «АНК «Башнефть» «Башнефть-Уфа» Туймазинский УДНГ и скв. 1657 НГДУ «Бузулукнефть» ОАО «Оренбургнефть», что подтверждается соответствующими актами.

Апробация работы.

Результаты исследований докладывались:

— на Всероссийской научно-методической конференции (г. Уфа, 2002 г.).

— на 53-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных УГНТУ (г. Уфа, 2002 г.).

— на Всероссийской научно-методической конференции (г. Уфа, 2002 г.).

— на Научно-практической конференции, посвященной 70-летию башкирской нефти (г. Уфа, 2002 г.).

— на II Всероссийской учебно-научно-методической конференции (г. Уфа, 2003 г.).

— на 55-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных (г. Уфа, 2004 г.).

Публикации.

Основные результаты диссертационной работы изложены в семи печатных трудах.

Работа выполнена в Уфимском государственном нефтяном техническом университете в 2001;2004 гг.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.

1. Разработана математическая модель системы «винтовой насос — колонна штанг — колонна НКТ». Разработан алгоритм решения системы. На основе алгоритма разработаны программы на языке «Object Pascal» для выбора штангового привода винтовой насосной установки.

2. Выявлены зависимости поведения системы «винтовой насосколонна штанг — колонна НКТ» в трехинтервальной скважине от частоты вращения, динамического уровня в скважине, плотности и вязкости скважинной жидкости, давления на устье, диаметра штанг, натяга винта в обойме статора и давления, развиваемого насосом, показывающие, что на увеличение мощности наиболее влияют частота вращения, устьевое давление и натяг винта. Выявлены механические потери привода, зависящие в основном от величины натяга герметизирующего уплотнения в сальнике-превенторе, который при повышенных гидравлических параметрах имеет относительно меньшую величину.

3. Разработана предохранительная пружинно-шариковая муфта механического принципа действия, впервые примененная для защиты поверхностно-приводной винтовой насосной установки, снижающая крутящий момент при заклинивании колонны, с последующим отключением электродвигателя.

4. На основании промысловых исследований было подтверждено что, программа расчета штангового привода винтовой насосной установки работоспособна.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Sultanov B.Z., Brot A.R. Improving the downhole screw pump. Oil and gas Russia.- Vol 1, № 2,Autumn, 1992.- C.27−29
  2. Авторское свидетельство СССР № 1 580 053, бюллетень изобретений № 27, 1990.
  3. А.Н. Выбор способа добычи нефти. М.: Недра, 1971.184 с.
  4. А.Н. Добыча нефти штанговыми насосами. М.: Недра, 1979.-213 с.
  5. А.Н. Процессы глубинонасосной нефтедобычи. М.: Недра, 1964.-264 с.
  6. М.М. К вопросу об учёте упругости бурильных труб. Нефть и газ/Известия высших учебных заведений — 1965 — № 12 — с. 2328
  7. М.М. О величине коэффициента трения при движении бурового инструмента в искривленной скважине и о возможностях упрощения расчетов по определению силы трения. // Нефть и газ, № 6,1962.
  8. М.М. Определение сил сопротивления при бурении скважин. -М: Недра, 1965 176 с.
  9. М.М. О формулах для определения затрат мощности на холостое вращение бурильной колонны. Нефть и газ/Известия высших учебных заведений — 1971 — № 2 — с. 30−34
  10. М.М. О затратах мощности на холостое вращение бурильной колонны, опирающейся на забой. Нефть и газ/Известия высших учебных заведений — 1971 — № 4 — с. 25−28
  11. М.М. О прижимающих силах для спирально изогнутой сжатой бурильной колонны, оснащённой замками. — Нефть и газ/Известия высших учебных заведений 1968 — № 9 — с. 18−20
  12. М.М. О силе прижатия вращающихся труб к стенкам вертикальной скважины. Нефть и газ/Известия высших учебных заведений — 1967 — № 9 — с. 25−30
  13. М.М. О характере вращения бурильной колонны. Нефть и газ/Известия высших учебных заведений — 1968 — № 4 — с. 33−36
  14. Ю.А., Азимов Б.А. О методике определения мощности, затрачиваемой на холостое вращение бурильной колонны -Азербайджанское нефтяное хозяйство 1948 — № 9
  15. И.М., Байдиков Ю. Н., Рузин J1.M., Спиридонов Ю. А. Добыча тяжелых и высоковязких нефтей. М.: Недра, 1985. — 205 с.
  16. Ю.В., Валеев М. Д., Сыртланов А. Ш. Предотвращение осложнений при добыче обводненной нефти. Уфа: Башкирское книжное издательство, 1987. — 168 с.
  17. И.И. Теория механизмов. М.: Гостоптехиздат, 1966.-775 с.
  18. Н.В. Выбор мощности электродвигателя для винтовой насосной установки. // Нефть и газ 2001: проблемы добычи, транспорта и переработки. Межвуз. сб. науч. тр. Уфа: УГНТУ, 2001. — С. 206−210.
  19. С.Г., Джабаров Р. Д. Виды изнашивания штанговых муфт и насосных труб в различных условиях эксплуатации. // РНТС ВНИИОЭНГ. Сер. Машины и нефтяное оборудование, 1977, № 6 С. 8 11.
  20. С.Г., Джабаров Р. Д. Исследование влияния добываемой нефтяной среды на изнашивание штанговых муфт и НКТ. // Тематический сборник научных трудов АзИНЕФТЕХИМ. Трение и износ в машинах. -Баку: АзИНЕФТЕХИМ, 1984, С. 3 10.
  21. С.Г. Надежность нефтепромыслового оборудования. -М.: Недра, 1987.-264 с.
  22. Д.Ф., Балденко Ф. Д., Гноевых А. Н. Винтовые забойные двигатели: Справочное пособ. М.: Недра, 1999. — 375 с.
  23. И.И., Ибатулов К. А., Симонянц Л.Е. Об устойчивости колонны бурильных труб при роторном и турбинном бурении Нефть и газ-1969-№ 8
  24. С.В., Ветюков М. М., Нагаев Р. Ф. О фрикционных автоколебаниях бурильной колонны. Изв. АН СССР: Машиноведение, 1982, С. 15−20.
  25. Н.М. Сопротивление материалов. М: Наука, 1976 608с.
  26. И.А., Шорр Б. Ф., Шнейдерович P.M. Расчёт на прочность деталей машин / справочное пособие. М: Машиностроение, 1966−616 с.
  27. А.Р., Султанов Б. З., Идиятуллин P.M. Испытание винтовых насосов с поверхностным приводом. // Нефтяное хозяйство, 1992, № 7, С. 36−37.
  28. С.Ю. Продольный изгиб колонны НКТ и штанг в установках скважинного винтового насоса с поверхностным приводом. -Нефтяное хозяйство 2004 — № 4 — с. 92−94.
  29. С.Ю., Султанов Б. З. Совместный продольный изгиб колонны НКТ и штанг при работе скважинного насоса. Нефтяное хозяйство — 2001 — № 2 — с. 64−66.
  30. С.Ю. Устойчивость колонн насосно-компрессорных труб и штанг глубинонасосной установки. Уфа: Уфимский государственный нефтяной технический университет — 2000 — 133 с.
  31. JI.JI., Горбатов B.C. Проблемы и перспективы внедрения погружных винтовых электронасосов при добыче высоковязкой нефти // Нефт. хоз-во. 1987. — № 8: С. 36−38.
  32. В.М. и др. Прочностной анализ параметров штанг для работы с верхнеприводными винтовыми насосами. Нефтепромысловое дело/ВНИИоЭНГ — 1996 — № 11 — с. 11−20.
  33. Вирновский А. С. Теория и практика глубиннонасосной добычи нефти
  34. А.С. Устойчивость упругих систем. М.: Физматгиз, 1963.-567 с.
  35. ГОСТ 13 877–80. Штанги насосные и муфты к ним. М: Госстандарт СССР, 1980. — 48 с.
  36. М.Т., Балденко Д. Ф. Винтовые забойные двигатели. РНТС ВНИИОЭНГ. Сер. Бурение, 1972, № 6. С. 82.
  37. М.Т., Балденко Д. Ф., Кочнев A.M., Никомаров С. С. Забойные винтовые двигатели для бурения скважин. М: Недра, 1981 -232 с.
  38. .П., Марон И. А., Шувалова Э. З. Численные методы анализа. М: Физматгиз, 1963 — 400 с.
  39. Детали машин. Справочник, т. 1 под об. ред. Н. С. Ачеркана. -М: Машиностроение, 1968 440 с.
  40. А.Н. Продольный изгиб, кручение. Изб. труды, т. 1 Киев: Изд-во АН УССР, 1955.
  41. Добыча нефти глубинными штанговыми насосами. Генрих Ришмюллер, Хорст Майер, Шеллер-Блекманн ГмБХ, Терниц. Австрия: 1988.- 150 с.
  42. В.П., Султанов Б. З. Винтовые насосные установки для добычи нефти: Учебное пособие. Уфа: Изд-во УГНТУ, 1997, — 42 с.
  43. С.Г. Проектирование штанговых насосных установок для осложненных условий эксплуатации. Уфа: Изд-во УГНТУ, 1999. -157 с.
  44. А.Л., Миронов Ю. В., Чернобыльский А. Л. Расчет и конструирование бурового оборудования. М.: Недра, 1985.
  45. А.С. Добыча нефти глубинными винтовыми насосами. // Нефтяное хозяйство, 1991, № 12, С. 39 40.
  46. А.С. Установки глубинных винтовых насосов нового типа для добычи нефти. // Нефтяное хозяйство, 1989, № 2, С. 62 63.
  47. З.Г. Динамические расчеты бурильной колонны. М.: Недра, 1970.- 155 с.
  48. Комнатный Ю.Д. К вопросу определения величины передаваемого крутящего момента и угла закручивания колонны труб в вертикальной скважине Нефть и газ — 1969 — № 4
  49. И.В., Виноградова И .Я. Коэффициенты трения, -М.: Машгиз, 1962. 220 с.
  50. И.В., Гитис Н. В. Фрикционные автоколебания. -М: Наука, 1987−184 с.
  51. И.В. Трение и износ. М.: Машиностроение, 1968.-480 с.
  52. .Б. Глубиннонасосные штанги. М.: Недра, 1977.181 с.
  53. .Б. О конструкции колонн насосных штанг. // Нефтяное хозяйство, 1975, № 2, С. 55 58.
  54. Л.А. Работа бурильной колонны. М: Недра, 1 979 207 с.
  55. А.В. и др. Использование винтовых насосов с поверхностным приводом в АО «Черногорнефть». // Нефтяное хозяйство, 1995, № 9, С. 54−55.
  56. Майоров И. К. Спиральный продольный изгиб колонны труб в скважине Нефтяное хозяйство — 1966 — № 5
  57. А.Х., Гусейнзаде М. А. Решение задач нефтегазопромысловой механики. М.: Недра, 1971. — 200 с.
  58. Ф.М. Исследование эксплуатационной надежности работы колонны штанг. // РНТС ВНИИОЭНГ, сер.: Машины и нефтяное оборудование, 1980, № 5, С. 11 14.
  59. Нефтепромысловое оборудование. Справочник под ред. Бухаленко Е. И. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Недра, 1990. — 559 с.
  60. B.C., Барбаш И. Д. Муфты. Л.: Машиностроение, 1973−336 с.
  61. Г. М. Расчёты бурильных и обсадных колонн. М: Недра, 1971 -208 с.
  62. А.Е. Бурильные колонны в глубоком бурении. М: Недра, 1979−231 с.
  63. А.Е. Теория и практика работы бурильной колонны. -М: Недра, 1990.-263 с.
  64. Д.И., Орекешев С. С. Подбор колонны штанг для винтовой насосной установки типа УНВП. // 53-я научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых учёных УГНТУ: Сборник тезисов / Ред. кол. И. Р. Кузеев и др. Уфа: УГНТУ, 2002.
  65. Е.С. Простые и сложные колебательные системы. Пер. с англ. под ред. Лямшева JI.M. М.: «Мир», 1971. — 558 с.
  66. И.Н. Гидравлические турбины и насосы. М.: Недра, 1969.-400 с.
  67. Справочная книга по добыче нефти. Под ред. д-ра техн. наук Ш. К. Гиматудинова. М.: «Недра», 1974. — 704 с.
  68. Справочник машиностроителя. Справочник, т. 4 под об. ред. Н. С. Ачеркана. М: Машиностроение, 1962 — 448 с.
  69. .З., Афанасьев Н. В. Система защиты штанговой скважинной установки от работы «вхолостую». // Актуальные проблемы Волго-Уральской нефтегазоносной провинции: Тез. докл. международн. науч.-практ. конф. Уфа: УГНТУ, 2001. — С. 55−56.
  70. .З., Зубаиров С. Г., Афанасьев Н. В. Штанговая насосная установка с регулируемым приводом. // Прогрессивные технологии в нефти: Сб. науч. тр. Уфа: УГНТУ, 2000. — С. 76−86.
  71. .З., Зубаиров С. Г., Афанасьев Н. В. Экспериментальное определение рабочих параметров одновинтовогонасоса на лабораторном стенде. // Прогрессивные технологии в нефти: Сб. науч. тр. Уфа: УГНТУ, 2000. — С. 156 — 162.
  72. .З., Ишемгужин Е. И., Шаммасов Н. Х., Сорокин В. Н. Испытания забойного моментомера в процессе бурения скважин. // РНТС ВНИИОЭНГ. Сер. Машины и нефтяное оборудование, 1971, № 6, С. 35−36.
  73. .З., Ишемгужин Е. И., Шаммасов Н. Х., Сорокин В. Н. Работа бурильной колонны в скважине. М: Недра, 1973 — 216 с.
  74. .З., Подавалов Ю. А. Промысловые испытания глубинного механического регистратора момента при турбинном и роторном бурении. // Вопросы бурения скважин и добычи нефти и газа. Науч. труды УНИ, 1972, Вып № 8, С. 26 28.
  75. .З., Сидоркин Д. И. Затраты мощности поверхностного привода винтовой насосной установки. Технологии ТЭК — 2004-№ 3-с. 31−35
  76. .З., Шаммасов Н. Х. Забойные буровые машины и инструмент. М.: Недра, 1976 — 239 с.
  77. .З. Управление устойчивостью и динамикой бурильной колонны. М: Недра, 1991 — 208 с.
  78. Теория эксперимента. Налимов В. В. Физико-математическая библиотека инженера. Изд. Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит-ры, 1971. -208 с.
  79. ТУ 14−1-5408−2000. Штанги насосные
  80. ТУ 14−1-5438−2001. Штанги насосные и штоки устьевые полые
  81. К.Р. и др. Насосная добыча высоковязкой нефти из наклонных и обводненных скважин. М.: Недра, 2003. — 303 с.
  82. К.Р. Эксплуатация наклонно-направленных насосных скважин. -М.: Недра, 1993. 176 с.
  83. И.Л., Алиев Ш. Н., Джабарзаде Д. И. и др. Инструкция по эксплуатации насосных штанг. М.: Недра, 1968.
  84. И.Л. Штанги для глубинных насосов. Баку: Азнефтеиздат, 1955.
  85. B.C. и др. Практические расчёты в бурении. М.: Недра, 1966.
  86. B.C. Проектирование режимов бурения. М.: Гостоптехиздат, 1958.
  87. Цзе Ф.С., Морзе И. Е., Хинкл Р. Т. Механические колебания, перевод с англ., М.: Машиностроение, 1966. 508 с.
  88. Л.Г. Нефтепромысловые машины и механизмы. Учебное пособие для вузов М.: Недра, 1983. — 312 с.
  89. Л.Г., Молчанов Г. В., Рабинович A.M. и др. Расчет и конструирование нефтепромыслового оборудования. М.: Недра, 1987. -422 с.
  90. Н.И. Бурение нефтяных скважин, т. 1 М.: Гостоптехиздат, 1944 — 436 с.
Заполнить форму текущей работой

Пора сдавать?