В работе рассмотрены методы гашения колебаний давления в выкидной линии скважин, возникающих при работе скважинных штанговых насосов за счет устьевых компенсаторов давления с разными силовыми характеристиками. В качестве устьевых компенсаторов рассмотрены известные современные пневмокомпенсаторы (диафрагменные и поршневые) и компенсаторы, имеющие силовую характеристику с квазинулевой жесткостью. Диафрагменные и поршневые и пневмокомпенсаторы представляют собой фактически пневмопружины, имеющие соответствующие силовые характеристики. У диафрагменного пневмокомпенсатора на его силовую характеристику влияет то, что при определенном смещении диафрагмы происходит ее «перескок». Это может вызывать нежелательные эффекты при работе диафрагменного пневмокомпенсатора. Для поршневого пневмокомпенсатора предложена математическая модель. Численно решено дифференциальное уравнение, описывающее движение поршня пневмокомпенсатора. Проведен расчет коэффициента пульсации устьевого поршневого пневмокомпенсатора с учетом динамики его работы. Определена область применения пневмокомпенсаторов. Анализ разработанной математической модели показал, что коэффициент пульсации давления, рассчитанный по известной методике, может иметь заниженное значение-до 50 %. Представлен вариант принципиально новой схемы компенсатора, имеющего силовую характеристику с рабочим участком квазинулевой жесткости. Предложенный компенсатор с квазинулевой жесткостью представляет собой пневмопружину, перемещающуюся между направляющими расчетной формы. Форма направляющих рассчитывается таким образом, чтобы восстанавливающая сила компенсатора была постоянной и равной заданной величине, определяемой средним давлением на устье скважины. При этом коэффициент пульсации давления будет близок нулю, чего невозможно добиться при помощи известных пневмокомпенсаторов.

No abstract

Modern oil extracting has difficulties with extraction at depths exceeding 2 kilometers from mid and low debit wells. Traditional way for extraction from mid and low debit wells (pumping unit) is unacceptable for this task, because of rod column break hazard. Meanwhile, submersible electrical centrifugal pumps that are usually used for oil extracting from big depth have very low efficiency on low debit wells. Due to that, a new class of oil extraction equipment has appeared—submersible plunger pumps. Their world-leading manufacturer is China. The biggest progress in submersible plunger pump linear drive research was reached in Perm National Research Polytechnic University. Although efficiency of this type of pumps on low debit wells is much higher than centrifugal pumps have, it is still very low and does not exceed 30%. Thus, efficiency improvement of gaining popularity submersible plunger pumps is an important task not only for oil extraction but also for energy saving. Major power loss happens in windings of submersible linear motors. Because of that, first step of pump efficiency improvement is improvement of linear drive efficiency. Motor design optimization allows to significantly raise its efficiency to 50%. Higher efficiency could be reached by optimizing motor operation algorithm and using better materials.

Актуальность. На сегодняшний день наиболее актуальной задачей механизированной добычи нефти является увеличениерентабельности эксплуатации низко-дебитного и осложненного фонда скважин. Одним из перспективных путей ее решения является совершенствование традиционных и разработка альтернативных технологий эксплуатации, в частности плунжерныхнасосныхустановокс погружным приводом.Эффективность работыпогружных плунжерных установок в значительной степени определяется нагрузкой, действующей на плунжер насоса. Существенный рост циклических переменных нагрузок на плунжер и привод обусловлен колебаниями давления в насосно-компрессорных трубах, возникающими вследствие неравномерной подачи насоса.Вышесказанное обуславливает актуальность разработки методов и технологий снижения колебаний (пульсаций) давления в насосно-компрессорных трубах погружных плунжерных установок. Объект: установка насосная плунжерная с погружным приводом, оборудованная пневматическими компенсаторами давления (пневмокомпенсаторами), работающая в стендовой скважине. Пневмокомпенсаторы представляют собой устройства, предназначенные для создания равномерного течения жидкости в насосно-компрессорных трубах. Цель: исследование эффективности пневмокомпенсаторов в составе плунжерных насосных установок с погружным приводом, анализ влияния технологических и геометрических параметров пневмокомпенсаторов на эффективность сглаживания колебаний давления и скорости потока в насосно-компрессорных трубах. Методы: разработка аналитической математической модели работы погружной плунжерной установки в стендовой скважине; проведение численных экспериментов для выявления закономерностей влияния технологических параметров пневмокомпенсаторов на эффективность их работы; физическое моделирование работы погружной плунжерной установки на стендовой скважине. Результаты. Получено аналитическое выражение, позволяющее для заданного закона изменения подачи насоса и энергоемкости системы пневмокомпенсаторов рассчитать динамику давления в насосно-компрессорных (насосно-компрессорных) трубах. В результате моделирования работы погружной плунжерной установки в стендовой скважине получена теоретическая барограмма изменения давления в насосно-компрессорных трубах в течение цикла откачки, которая хорошо согласуется с фактической барограммой. Моделированием работы погружной плунжерной установки, оборудованной пневмокомпенсаторами, показано значительное, практически на порядок, снижение пульсаций давления в насосно-компрессорных трубах и нагрузок на плунжер и привод. Проанализировано влияние суммарного объема и давления зарядки пневмокомпенсаторов на эффективность их работы. Даны практические рекомендации по расчету оптимального давления зарядки пневмокомпенсаторов.

No abstract