Обоснование параметров и разработка конструкции энергосберегающего привода штангового скважинного насоса (стр. 1 )

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

ТАРАЗСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им.

На правах рукописи

УДК 622.013:622.276.342

СЕЙДАЛИЕВ ТАЛГАТ ОРЫНБАСАРОВИЧ

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕГО ПРИВОДА ШТАНГОВОГО СКВАЖИННОГО НАСОСА

05.05.06 – «Горные машины»

Диссертация на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Научный руководитель

доктор технических наук,

профессор

Тараз 2014

ОГЛАВЛЕНИЕ

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ………………………………….	4
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………….	7
ГЛАВА 1. ОБЗОР КОНСТРУКЦИИ ПРИВОДОВ ШТАНГОВЫХ СКВАЖИННЫХ НАСОСНЫХ УСТАНОВОК И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ РАБОТЫ ……………………...	12
	1.1 Распространенные конструкции приводов ШСНУ…………..	12
	1.2 Конструкции длинноходовых приводов ШСНУ……………..	18
	1.3 Задача настоящей работы………………………………………	38
ГЛАВА 2. КОНСТРУКЦИИ ИССЛЕДУЕМЫХ ПРИВОДОВ ШТАНГОВЫХ СКВАЖИННЫХ НАСОСОВ ………….	40
	2.1 Станок – качалка традиционной конструкции (схема а)……..	40
	2.2 Привод штангового скважинного насоса с гибкой связью шатуна с балансиром (схема б)…………………………..........	45
	2.3 Конструкция станка – качалки с гибкой связью шатуна с балансиром и поворотной головкой (схема в).........................	49
	2.4 Конструкция передач станков – качалок……………………...	55
ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА СТАНКОВ – КАЧАЛОК ………………….	65
	3.1 Особенности схемы и работы станков – качалок. Обоснование метода исследования……………………………	65
	3.2 Расчетные схемы и конструктивные параметры станков – качалок. Принятые обозначения и расчетные модели силового анализа рабочих процессов…………………………	69
	3.3 Моделирование движения звеньев механизмов станков – качалок………………………………………………………….	77
	3.4 Определение радиуса кривошипа в станках – качалках с гибкой связью шатуна с балансиром………………………….	81
	3.5 Построение профиля поворотной головки балансира………..	84
ГЛАВА 4. АНАЛИЗ ОСОБЕННОСТЕЙ РАБОТЫ И ХАРАКТЕРИСТИК СТАНКОВ – КАЧАЛОК …………..	90
	4.1 Анализ особенностей работы станков – качалок……………..	90
	4.2 Сравнительный анализ характеристик работы станков – качалок………………………………………………………….	117
	4.3 Размерные ряды станков – качалок и их характеристики……	120
ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………..	134
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ………………….	136
ПРИЛОЖЕНИ о реализации научных результатов КазНТУ им. ……………………………………	148
ПРИЛОЖЕНИ о реализации научных результатов нефтедобывающего предприятия ТОО «Эмбаведьойл»…..	150
ПРИЛОЖЕНИ о реализации научных результатов ТОО «Амангельды Газ»……………………………………….	152
ПРИЛОЖЕНИ о реализации научных результатов ТарГУ им. ………………………………………..	153
ПРИЛОЖЕНИ схемы станков-качалок…………….	154

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

ДСНУ	длинноходовые скважинные насосные установки
НКТ	насосно-компрессорные трубы
ПШГН	привод штангового глубинного насоса
ПШГНТ	привод штанговых глубинных насосов
РТМ	руководящий технический материал
РЦНШ	редуктор цилиндрический нефтяной штанги
РТМ	руководящий технический материал
ШСНУ	штанговые скважинные насосные установоки
ЦП	цепной привод
a	плечо приложения нагрузки на канатную подвеску к поворотной головке балансира, (м)
в	плечо приложения усилия тяги к поворотной головке балансира, (м)
c	плечо приложения к балансиру нагрузки на шарнир качания поворотной головки от усилия тяги, (м)
d	плечо приложения усилия в шатуне к балансиру, (м)
е	плечо приложения усилия в шатуне к кривошипу, (м)
Fп	нагрузка на канатную подвеску, (кН)
FТ	нагрузка на тягу поворотной головки, (кН)
Fш	усилие в шатуне. (кН)
f	плечо приложения силы тяжести противовеса к кривошипу, (м)
Gпр	сила тяжести противовеса, установленного на кривошипе, (кН)
Gгр	сила тяжести груза, установленного на балансире при комбинированном уравновешивании, (кН)
i	порядковый номер расчетного положения кривошипа в механизме станка – качалки
L	вылет канатной подвески относительно оси шарнира качания балансира, (м)
(L-а)	плечо приложения к балансиру нагрузки на шарнир качания поворотной головки от усилия в канатной подвеске, (м)
lх	длина хода канатной подвески, (м)
lгр	плечо приложения силы тяжести груза к балансиру, (м)
Мб	момент нагрузки на балансире, (кН·м)
Мкр	суммарный момент нагрузки на кривошипе, (кН·м)
	составляющая момента нагрузки на кривошипе, создаваемая нагрузкой канатной подвески. (кН·м)
Мпр	составляющая момента нагрузки на кривошипе, создаваемая силой тяжести противовеса, (кН·м)
Мгр	уравновешивающий момент на балансире, создаваемый силой тяжести груза Gгр, (кН·м)
	моменты, создаваемые на балансире усилием канатной подвески, соответственно, при рабочем и холостом ходах
Мб1, Мб2	моменты нагрузок на балансире при кривошипном и комбинированном уравновешивании
nх	частота ходов балансира, (1/мин)
Р, Е	вертикальная и горизонтальная проекции межосевого расстояния кривошипа и балансира, (м)
Q	тяговое усилие станка – качалки, (кН)
Rкр	радиус кривошипа, (м)
Rпр	радиус расположения центра тяжести противовеса на кривошипе, (м)
r	радиус профильной головки на заднем плече балансира, (м)
Н, L1, В	габариты станка – качалки, соответственно высота, длина, ширина, (м)
αб	полный угол поворота балансира, (град)
ωкр	угловая скорость вращения кривошипа, (рад/с)
η	к. п.д. станка – качалки
ηп, к	к. п.д. пары и число пар подшипников кривошипно – шатунного механизма
ηРП, ηред	к. п.д. клиноременной передачи и редуктора привода станка – качалки

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Одним из важнейших направлений развития нефтегазовой отрасли является энерго - и ресурсосбережение, требующее применения принципиально новых подходов не только в текущей производственной деятельности, но и в решении вопросов подбора, совершенствования и создания нового оборудования и технологий. Учет характеристик ресурсосбережения в их решении, особенно важен для компаний и фирм, как эксплуатирующих, так и производящих технологическое оборудование.

Осознание необходимости такого подхода, а также в условиях преобладания в производственных фондах предприятий устаревшего оборудования и отсутствия достаточных средств на его обновление, до настоящего времени не достигнуто. Не осознана и настоятельная необходимость создания современных методик анализа параметров оборудования, характеристик ресурсосбережения. Это находится в противоречии с современной тенденцией диверсификации производства, требующей ускорения замены оборудования и технологии на более современные и экономичные, создающие ресурс выживания в условиях жесткой конкуренции производителей.

В настоящее время это оборудование эксплуатируется на более 80% действующего фонда нефтяных скважин, им оснащается более 70% скважин, переводимых с фонтанного на механизированный способ эксплуатации.

Общепризнанным недостатком существующих приводов является высокая энергоемкость работы. Поэтому в условиях современной тенденции увеличения глубины скважин образовалась потребность в создании энергосберегающих приводов с увеличенной длиной хода.