Methods of Pressure Damping Upon the Ostium of Sucker Rod Pumps

Abstract

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.

Method of calculating pneumatic compensators for plunger pumps with submersible drive

“…Для устранения пульсационной характеристики плунжерного насоса и увеличения МРП насосной установки могут быть использованы пневмокомпенсаторы (ПК) как для буровых насосов, так и штанговых установок [1,2,5,11]. Они предназначены для снижения амплитуды колебаний давления путем выравнивания скорости потока жидкости в НКТ.…”

“…рис.1), определяющее суммарный объем газовых камер, и интервал их установки вдоль колонны НКТ. Известные методы расчета пневмокомпенсаторов [1,2,5,12] являются в большей степени приближенными, поскольку не учитывают физических принципов формирования колебаний давления и скорости жидкости в трубах, а также конструктивные особенности рассмотренного типа глубинных пневмокомпенсаторов, представляющих цилиндрические камеры.…”

“…С увеличением суммарного объема ПК возрастает энергоемкость системы пневмокомпенсаторов, амплитуда колебаний скорости потока и давления закономерно снижаются (рис.3), причем по мере роста количества ПК темп сглаживания пульсаций давления снижается. Для оценки степени выравнивания давления в трубах используется понятие коэффициента пульсации давления [1,2,5]…”

“…Следует отметить, что существующие методы расчета технологических параметров пневмокомпенсаторов не учитывают физических принципов формирования колебаний скорости потока и давления в трубах при работе ПК. В частности, в работах [1,12] начальное давление в пневмокомпенсаторе (давление зарядки ПК в скважинных условиях) рекомендуется выбирать в интервале 25-80 % от максимального давления в течение цикла откачки, что в рассмотренном случае соответствует интервалу давлений 3-9,5 МПа и меньше оптимального значения (10,9 МПа), полученного согласно разработанной методике.…”