Комплекс для добычи высоковязкой нефти с модернизацией подземного оборудования-Курсовая работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

Комплекс для добычи высоковязкой нефти с модернизацией подземного оборудования-Курсовая работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа-Текст пояснительной записки на Украинском языке вы можете легко его перевести на русский язык через Яндекс Переводчик ссылка на него https://translate.yandex.ru/?lang=uk-ru или с помощью любой другой программы для перевода
К вашему рассмотрению представлен дипломный проект, в котором рассмотрен ряд вопросов связанных с добычей высоковязких нефтей.
При нормальных пластовых условиях нефть добывается с помощью глубинных вставных и невставних насосов (чертеж №1), которые приводятся в действие станками – качалками балансирными или безбалансирними (чертеж №2 и №3). Но при условии высокой вязкости пластового флюида, это оборудование показало неудовлетворительную работу, а как правило, вообще нерабочим. При использовании вставных насосов чаще наблюдался срыв последних из замковой опоры; также наблюдалось зависание насосов, как вставных, так и невставних; нередким явлением являются обрывы; процесса присущи большие нагрузки в точке подвеса штанг (чертеж №5). К недостаткам балансирных и безбалансирних станков-качалок следует отнести большие габаритные размеры, что заставляют строить большие фундаменты и опорные рамы (чертеж №4), и вилика энергоемкость привода, что увеличивает цену добытой нефти. Анализ режимов работы станков-качалок показывает что нормальному функционированию их приводов препятствуют два фактора. Это, во-первых, разница между значениями пускового и номинального моментов вращения асинхронного двигателя, приводит к необходимости применения двигателей повышенной мощности для обеспечения требуемых значений пускового момента и недогрузка их в стационарном режиме. Во-вторых, применение нерегулируемых по вращательному моменту приводов ведет к неравномерности его нагрузки в течение одного хода штанги. Эта неравномерность частично компенсируется применением противовесов, однако полностью исключить ее невозможно, что в свою очередь ведет к снижению срока службы двигателя.
И так, перед нами встала проблема, для решения которой в данном дипломном проекте был проведен литературный и патентный поиск.
Анализ технических средств, применяемых для добычи высоковязких нефтей, показывает, что преимущественное распространение имеют установки скважинных штанговых насосов (СШН) с применением специальных технических решений для обеспечения надежности работы колонны штанг и насоса в вязкой среде. Это, как правило, средства, обеспечивающие движение штанг вниз без зависания путем создания дополнительных усилий, растягивающих штангову колонну (обважненні штанги, гидравлический тяжелый низ, насосы с вакуумным усилителем и др.). Однако более перспективными представляются технические решения, которые не создавали бы дополнительных усилий на штанги и соответственно привод и тем самым не снижали, а повышали ресурс работы оборудования в скважине.
Одним из таких решений является применение безбалансирних цепных приводов с механизмом преобразования вращательного движения и возвратно-поступательное с гибкими звеньями (чертеж №8). Этот тип преобразующего механизма обладает редукуючою действием и обеспечивает на большей части хода равномерное движение штанг в отличие от станка-качалки, у которого закон движения близок к гармоническому. Отмеченные свойства преобразующего механизма позволяют снизить металлоемкость привода, применить электродвигатель меньшей мощности, обеспечить закон движения штанг, способствующий уменьшению сил вязкого трения в подземной части установки при откачке высоковязких нефтей в среднем в 1,6 раз. Это в свою очередь снизит нагрузку на колонну штанг, вследствие чего уменьшится частота обрывов штанг и увеличится предел применения серийных насосов скважин по вязкости откачиваемой жидкости.
Самой перспективной на мой взгляд конструкции привода является біротативний электропривод.
Конструкция построена на основе электродвигателя в котором одновременно вращаются и ротор и статор, а регулирование скорости выходного вала обеспечивается путем перераспределения угловых скоростей между ротором и статором.
Применение регулируемого біротативного электропривода (чертеж №7) позволяет построить станок-качалку принципиально нового типа, обладающий требуемыми по условиям эксплуатации характеристиками.
В начальный момент времени штанга находится в нижнем положении, трос 3 на барабане 4 находится между двух спиральных шкивов. При включении двигателя 9 через шестерню 8 и зубчатое колесо 5 крутящий момент передается на барабан. Трос начинает наматываться на левый спиральный шкив. Одновременно с барабаном начинает вращаться шестерня 6 с маховиком 7 и винтовым валом 10. Укладчик троса 11 перемещается по винту 10 влево, укладывая трос в спиральный желоб барабана. Во время перемещения по винту 10 укладчик 11 через путевой датчик дает команду серводвигуну 12, который перемещает запирающий ролик вариатора біротативного двигателя 9. После того, как трос будет полностью уложен в желоб спирального шкива барабана, двигатель 9, изменяет направление вращения при помощи вариатора, при этом направление вращения ротора относительно статора не меняется, так же как не меняются параметры электропитания. Двигатель, вращаясь в обратную сторону, начинает раскручивать барабан так, что трос начинает опускаться. Момент вращения двигателя и вес троса со штангой действуют в одном направлении, раскручивая барабан и вместе с ним маховик 7. По мере опускания троса частота вращения барабана растет, она достигает максимального значения в тот момент, когда трос проходит точку крепления к оси барабана. Кинетическая энергия маховика в этот момент достигает максимального значения. Продолжая вращаться, маховик вращает барабан в том же направлении, трос при этом наматывается на правый спиральный шкив барабана, используя сохраненную при спуске кинетическую энергию. На последней стадии намотки троса маховик теряет энергию за счет потерь в колебательной механической системе (трение в подшипниках, вес жидкости, поднимается, трение троса об шкивы и т. п.). Тогда на малой скорости подключается двигатель 9 и доводит до конца намотки троса, компенсируя потери. После этого процесс подъема-спуска троса и штанги повторяется.
Процесс маятникового движения наиболее экономичный, поскольку электропривод компенсирует только потери в колебательной системе, причем необходимость в этом возникает в конце периода намотки троса, когда частота вращения барабана минимальная. Поэтому мощность привода составляет 30...45 % от необходимой для подъема жидкости из скважины.
Регулирование скорости спуска и подъема штанги можно осуществлять изменением момента инерции маховика 7, а период следования циклов спуска-подъема устанавливается режимом работы двигателя 9 путем перестановки путевых датчиков 13.
В сравнении с традиционными станками-качалками предлагаемая схема построения установки для спуска-подъема штанги глубинного насоса имеет следующие преимущества:
• простота конструкции, что не требует массивных противовесов, балансира, редуктора;
• уравновешенность масс вращающихся все усилия, действующие в системе, замыкаются на основе, что делает возможным уменьшение фундамента;
• экономичность, в связи с использованием регулируемого біротативного двигателя мощностью, в 4...6 раз меньше, чем мощность двигателей в станках-качалках традиционных конструкций;
• универсальность, которая заключается в том, что путем минимальных переналадок (например, изменением момента инерции маховика и перестановкой путевых датчиков) можно применить один тип устройства для широкого ряда штанговых насосов с различными характеристиками;
применение свободных колебаний системы с крутильным маятником вместо системы с вынужденными колебаниями (как в традиционных станков-качалок) позволяет оптимизировать энергетические и эксплуатационные характеристики погружной насосной штангової установки.
При проведении литературного и патентного поиска было выявлено, что в целях уменьшения влияния вязкости в практике насосной добычи применяют различные технические приемы (чертеж №9): уменьшают скорости помпирование, увеличивают проходные сечения в насосно-компрессорных трубах (НКТ) и насосе (чертеж №6) для уменьшения гидравлических сопротивлений. Это достигается за счет тихоходного откачки - уменьшение числа качаний до трех-четырех в минуту, длины хода до 0,9 - 0,6 м, а также за счет применения НКТ увеличенного диаметра. Также известны технологические схемы добычи высоковязкой нефти, в которых пластовый флюид перед поднятием на поверхность разбавляется малов\'язкою жидкостью (чертеж №10).
Наиболее перспективным на мой взгляд является конструкция насоса с гидромотором и шнеком (чертеж №13). Принципиальной відміністю насоса является применение узлов, которые обеспечивают принудительное заполнение цилиндра насоса вязкой жидкостью - силового насоса 7 и шнека 11.
Насос работает следующим образом. При ходе плунжера 3 насоса вниз его поступательное движение сквозь насосную штангу 4 передается плунжеру силового насоса 7. При этом клапан 8 закрывается и рабочая жидкость, находящаяся в полости Г, по гидролинии 6 поступает в гидромотор 10. Вращение гидромотора через муфту 5 передается шнеку 11, и он перемещает вязкую жидкость, что заполнила пространство между лопатками, сквозь окно А до приема полого плунжера 3 через канал Б и далее через открытый клапан 2 в надплунжерну область. При ходе плунжера 3 вверх клапан 2 закрывается под давлением жидкости, находящейся в НКТ и столб жидкости перемещается к устью скважины. Силовой плунжер 7 движется вверх, клапан 8 при этом открывается, образуя канал для перетока жидкости из полости В в полость Г. Одновременно часть жидкости возвращается в камеру винтового насоса (шнека). Далее цикл повторяется.
Использование шнека позволяет, вопервых, разрушить стуктуру вязкой жидкости, во-вторых, увеличить коэффициент наполнения насоса.

4 ОПИС ТЕХНИЧЕСКОГО ПРЕДЛОЖЕНИЯ

Принципиальной відміністю насоса является применение узлов, которые обеспечивают принудительное заполнение цилиндра насоса вязкой жидкостью - силового насоса 7 и шнека 11. Насос включает в себя плунжер 3 с нагнетательным клапаном 2, соединенный вверху с автозцепом 1, а внизу с помощью штанги 4 - с силовым насосом 7. Последний оснащен клапаном 8, В приемной и нагнетательной Г емкостями, что зв\'язанігідролініями 6 и 9 с гидромотором 10. Гидромотор 10 с помощью муфты 5 жестко соединен со шнеком 11. Причем гидромотор, муфта и шнек выполнены пустотелыми и сквозь них пропущена штанга 4.
Насос работает следующим образом. При ходе плунжера 3 насоса вниз его поступательное движение сквозь насосную штангу 4 передается плунжеру силового насоса 7. При этом клапан 8 закрывается и рабочая жидкость, находящаяся в полости Г, по гидролинии 6 поступает в гидромотор 10. Вращение гидромотора через муфту 5 передается шнеку 11, и он перемещает вязкую жидкость, что заполнила пространство между лопатками, сквозь окно А до приема полого плунжера 3 через канал Б и далее через открытый клапан 2 в надплунжерну область. При ходе плунжера 3 вверх клапан 2 закрывается под давлением жидкости, находящейся в НКТ и столб жидкости перемещается к устью скважины. Силовой плунжер 7 движется вверх, клапан 8 при этом открывается, образуя канал для перетока жидкости из полости В в полость Г. Одновременно часть жидкости возвращается в камеру винтового насоса (шнека). Далее цикл повторяется.
Использование шнека позволяет, вопервых, разрушить стуктуру вязкой жидкости, во-вторых, увеличить коэффициент наполнения насоса.




Рисунок 4.1 – Штанговый насос с гидромотором и шнеком:
1 – автосцепку, 2 – нагнетательный клапан, 3 – плунжер, 4 – штанги, 5 – муфта, 6 – гидро линия, 7 – силовой насос, 8 – клапан, 9 – гидро линия, 10 – гидромотор, 11 – шнек, А – приемное окно, Б – проходной канал, В – приемная полость, Г – нагнетательная полость.

Сборка насоса выполняется в мастерской. Далее он вывозится на скважину. Узлы установки - силовой насос, гидромотор, шнек, гидролинии представляют собой единый блок, который опускается в скважину на НКТ. Штанги опускаются отдельно и соединяются с плунжером 3 при помощи автозцепу 1.