Аналалитический расчёт цепного привода для УСШН
Содержание
Актуальность темы………………………………………………………………..
Цель курсовой работы…………………………………………………….…..
Глава 1. Применение цепных приводов для скважинных насосных установок
1.1.Эффективность примененя ЦП для ШСН…………………………………5
1.2. Технические средства для осуществления технологического процесса..9
1.3. Конструкция ПЦ 80-6-1/4 и
принцип его
работы…………………………………….………………………
1.4.Проектирование эксплуатации скважин
УСШН с цепными приводами………………………………………………………
Глава 2. .Аналалитический расчёт цепного привода для УСШН.
2.1.Факторы, характеризующие
работу ЦП ШСНУ в эксплуатации нефтяных
скважин……………………………………………………………
2.2 Методика проектирования УСШН.……………………………………..18
2.3. Уравновешивание цепных приводов…………………………………...19
Глава 3.Техника безопасности
3.1. Меры безопасности при использовании привода по назначению……22
3.2. .Требования безопасности при реализации
технологического процесса....
Заключение……………………………………………………
Список использованных источников…………………………………………...
Актуальность темы:
С каждым годом увеличивается доля трудно-извлекаемых запасов в общем
нефтяном балансе России. Это обусловлено вступлением большого числа высокопродуктивных залежей и месторождений в позднюю стадию разработки, характеризующуюся интенсивным снижением добычи нефти, резким ростом обводнённости , неблагоприятными качественными характеристиками запасов нефти в залежах .Образующиеся вязкие эмульсии, солеобразование и отложения парафина приводят к снижению коэффициента полезного действия установок скважинных штанговых насосов (УСШН) и отказам оборудования. Для добычи нефти на месторождениях с трудноизвлекаемыми запасами нефтедобывающим предприятиям необходимо затрачивать повышенные финансовые, трудовые и материальные ресурсы, использовать нетрадиционные технологии, специальное оборудование, специальные реагенты и материалы.
Одним из перспективных направлений снижения затрат при добыче нефти скважинными штанговыми насосами (СШН) является применение в составе УСШН безбалансирных приводов на основе редуцирующих преобразующих механизмов (РПМ), получивших название «цепные приводы».
В 2001 году успешно проведены
приемочные испытания цепного
привода в Республике
Цель курсовой работы : раскрыть эффективность применения ЦП для УСШН
Глава 1.
Применение цепных приводов для скважинных насосных установок
1.1.Эффективность применения ЦП для ШСНУ
На месторождениях высоковязкой нефти с осложненными условиями эксплуатации (обводнененность, наличие механических примесей и т. д.) для добычи скважинной продукции в последние годы хорошо зарекомендовали себя штанговые насосные установки (ШСНУ) с наземными цепными приводами (ЦП) . ЦП отличаются меньшим габаритом в отличие от традиционных балансирных станков-качалок (СК). Это делает ее более эффективным при обеспечении работы одной и той же установки ШСНУ с учетом того, что, в СК процесс уравновешивания осуществляется за счет применения специальных тяжелых грузов. Поэтому ЦП менее металлоемкие.
Эффективные применения цепных приводов вместо станков-качалок в данном случае обусловлены обеспечением равномерного движения штанг на преобладающей части хода, снижением их максимальной скорости и, следовательно, пропорциональных скорости сил вязкого трения в подземной части установки. Реализация тихоходных режимов откачки позволяет эксплуатировать малодебитные скважины в непрерывном режиме, снизить нагрузки на штанги и привод, повысить работоспособность штанг за счет уменьшения амплитуды и частоты циклов приложения переменных нагрузок, повысить коэффициент наполнения насоса, снизить затраты электроэнергии на подъем продукции вследствие меньших потерь на преодоление вязкого трения и равномерной загрузки электродвигателя привода. В результате равномерного движения штанг увеличивается в 1,6-1,7 раза предельная производительность насосной установки при откачке высоковязкой продукции, снижается число отказов штанг из-за образования водонефтяной эмульсии, уменьшаются габариты привода и затраты на транспорт, монтаж и обслуживание .
Другим направлением решения задачи обеспечения добычи нефти при наименьших затратах является перевод части скважин, эксплуатирующихся установками электроцентробежных насосов (УЭЦН), на эксплуатацию штанговыми скважинными насосными установками (ШСНУ).
С точки зрения техники и технологии добычи нефти теоретический к.п.д. ШСНУ выше, чем УЭЦН, что при правильном подборе оборудования должно обеспечивать экономию электроэнергии. Применение ШСНУ в скважинах с дебитами до 85 м/сут обеспечивает следующие преимущества по сравнению с использованием УЭЦН :
- возможность гибкого изменения
режима эксплуатации скважины
в зависимости от геолого-
- меньшее влияние отложения солей;
- наличие сравнительно
В то же время, нередко применение для форсирования отборов скважинных штанговых насосов больших диаметров и увеличение частоты качаний точки подвеса штанг станков-качалок уменьшают эффективность работы и коэффициент эксплуатации оборудования, что не способствует снижению затрат на добычу нефти .
Логичным и естественным решением проблемы представляется увеличение длины хода насоса. При этом возрастает срок его службы, при неизменной скорости откачки уменьшается вероятная частота обрывов штанг и увеличивается коэффициент подачи. Появляются предпосылки эффективного применения ШСНУ вместо УЭЦН в следующих областях :
- эксплуатация штанговыми
- межскважинная перекачка
Опыт работы показывает, что в интервале дебитов жидкости 20-85 м/сут могут использоваться как УЭЦН, так и ШСНУ, причем область рационального применения последних, как правило, ограничена дебитами 50-60 м/сут и требует уточнения для конкретных налоговых условий, цены на нефть и др.
Оптимальным вариантом обеспечения режимов откачки скважинных штанговых насосов с длиной хода 6-7 м признано использование безбалансирных приводов с редуцирующими преобразующими механизмами с гибкими звеньями.
Установки с цепным приводом характеризуются следующими отличительными особенностями :
- постоянная скорость движения
точки подвеса штанг на
- наличие у преобразующего
- меньшая по сравнению с
- редуцирующие свойства преобразующего механизма позволяют без усложнения конструкции обеспечить тихоходные режимы откачки в широком диапазоне изменения скорости;
- спокойные длинноходовые
- сокращение энергетических
- повышение коэффициента
Перечисленные особенности дают возможность при использовании ПЦ обеспечить такие эксплуатационные преимущества, как теоретически идеальное уравновешивание, равномерная загрузка электродвигателя и увеличение коэффициента использования мощности .
1.2.Технические средства для осуществления технологического процесса.
Для приведения в действие СШН при осуществлении технологического процесса с использованием длинноходовых цепных приводов ПЦ 80-6-1/4. С технологической точки зрения все цепные приводы имеют следующие особенности:
-фиксированную длину хода;
-реверсивный редуцирующий
-благоприятный закон движения штанг с равномерной скоростью на большей части хода и относительно низкой частотой качаний;
-максимальную скорость штанг в 1,7 раза меньше, чем у балансирных аналогов при равной частоте качаний;
-при ремонте скважины откатываются от устья на необходимое
расстояние
1 — цепной привод, 2 — канатная подвеска, 3 — устьевой шток, 4 — сальник, 5 — устьевая арматура, 6 — колонна НКТ, 7 — колонна штанг, 8 — скважинный насос, 9 — станция управления, 10 — основание
Рисунок 1 — Схема УСШН с цепным приводом
1.3. Конструкция ПЦ 80-6-1/4 и принцип его работы.
Цепные приводы ПЦ 80-6-1/4
Технические характеристики привода ПЦ 80-6-1/4:
Максимальная нагрузка в точке подвеса штанг, кН 80
Номинальная длина хода точки подвеса штанг, м 6,0
Наибольший допускаемый крутящий момент
на тихоходном валу редуктора, кН…………………………………………………………………………
Передаточное отношение редуктора 50
Кинематический параметр преобразующего механизма 17
Частота качаний, мин-1 1,0 — 4,0
Габаритные размеры привода (с основанием), м:
высота 10,2
длина 6,5
ширина 2,4
Минимальная масса противовеса, кг…………………………………1800
Максимальная масса противовеса, кг 6000
Полная масса привода (с основанием), кг 17300
Мощность электродвигателя, кВт до 22
Кинематическая схема реверсирующего редуцирующего преобразующего механизма привода ПЦ 80-6-1/4 показана на рисунке 2, общий вид привода — на рисунке 3.
Рисунок 2 — Кинематическая схема преобразующего механизма
привода ПЦ 80-6-1/4
1 — корпус; 2 — электродвигатель; 3 — редуктор; 4 — муфта; 5 — узел нижней звездочки; 6 — узел верхней звездочки; 7 — уравновешивающий
груз; 8 — каретка; 9 — цепь; 10 — барабан; 11 — тормоз ; 12 — ручной привод; 13 — грузовая лента; 14 — подвеска; 15 — клиноременная передача; 16 — основание; 17 — станция управления; 18 — пост управления; 19 — стяжка; 20 — технологический упор (шкворень); 21 — выдвижная штанга; 22 — люк; 23 — гайки; 24 — двери; 25 — кран сливной
Рисунок 3 — Общий вид привода ПЦ 80-6-1/4
Принцип работы ПЦ УСШН.
Привод включает корпус 1, электродвигатель 2, редуктор 3, муфта 4, узлы нижней и звездочки 5, узел верхней звездочки 6, уравновешивающий груз 7, каретка 8, цепь 9, барабан 10, тормоз 11, ручной привод 12, грузовая лента 13, подвеска устьевого штока 14, клиноременная передача 15, основание 16, станция управления 17, пост управления 18, стяжка 19, шкворень 20. Передача крутящего момента от электродвигателя осуществляется клиноременной передачей с возможностью изменения частоты качаний путем замены шкивов на редукторе. Корпус представляет собой сварную металлоконструкцию, в которой перемещается уравновешивающий груз 7, соединенный грузовой лентой 13 через барабан 10 с подвеской устьевого штока 14. Кроме того, в корпусе размещен также реверсирующий редуцирующий преобразующий механизм с гибким звеном, который включает в себя звездочки 5 и 6, замкнутое гибкое звено — тяговую однорядную цепь 9, а также каретку 8. которая имеет возможность перемещения в специальной полости уравновешивающего груза.
Крутящий момент от электродвигателя 2 через клиноременную передачу 15, редуктор 3, муфту 4 и нижнюю звездочку 5 передается на цепь 9, посредством скалки соединенную с кареткой 8 и уравновешивающим грузом 7. Цепь с кареткой преобразуют вращательное движение звездочки в поступательное движение груза
1.4.Проектирование
Проектирование эксплуатации скважин УСШН с цепными приводами представляет собой выбор элементов насосной установки и определение режима ее работы, обеспечивающих заданный отбор жидкости при оптимальных технологических и технико-экономических показателях эксплуатации. При этом выбирают: типоразмер привода, тип и диаметр СШН, конструкцию колонны НКТ. Рассчитывают глубину спуска насоса, частоту качаний и конструкцию штанговой колонны. Для осложненных условий эксплуатации подбирают дополнительное оборудование (газовые и песочные якоря, скребки-центраторы, утяжеленный низ штанговой колонны и др.).
Схематизация работы системы «пласт - скважина - насос»
Ствол скважины условно делится по характеру движения газожидкостной смеси на три зоны (рисунок 4).
Первая зона — от забоя скважины до приема насоса, вторая — от приема насоса до динамического уровня, третья — от динамического уровня до устья скважины.
В зоне от интервала перфорации до приема насоса может двигаться нефть, смесь нефти и воды или смесь нефти, воды и газа). В установившемся режиме откачки практически вся жидкость, дойдя до приема насоса, попадает в насос. При давлении на приеме насоса ниже давления насыщения часть свободного газа попадает в затрубное пространство, часть — на прием насоса. Проходя через столб нефти в затрубном пространстве над насосом, газ скапливается в объеме выше динамического уровня. В результате этого устанавливается определенное равновесное состояние, при котором в затрубном пространстве от приема насоса до динамического уровня находится газо-нефтяная смесь, а выше — только газ. Состав газа в затрубном пространстве по всему стволу скважины принимается соответствующим составу газа, выделившегося из нефти при давлении, равном давлению насыщения.
Рисунок 4 — Схематизация работы системы «пласт - скважина - насос»
Глава 2.Аналалитический расчёт цепного привода для усшн.
2.1.Факторы, характеризующие работу
ЦП ШСНУ в эксплуатации
1) Кинематический параметр редуцирующего преобразующего механизма ЦП ШСНУ, характеризующий отношение полного хода точки подвес штанги (ТПШ) к радиусу ведущей (или ведомой) звездочки цепной передачи РПМ
Kрпм=Sо/R;
Крпм=11,3/2,4=4,7
2) Полный ход ТПШ, определяемый при помощи конструктивных размеров цепной передачи РПМ
Sо=2R+L;
Sо=2*2,4+6,5=11,3
где L – межосевое расстояние цепной передачи РПМ;
3)Передаточное отношение РПМ
i=1+(L/пR)=0,364+0,318*Крпм ;
i=0,364+318*4,7=1,85
4)Коэффициент, характеризующий потерю хода плунжера из-за упругих свойств (деформации растяжения) колонны штанг и труб
λ=Sо-Sпл;
λ=0,113-0,0015=0,1115
Sпл - площадь поперечного сечения плунжера
Sпл=Пd^2//4;
Sпл=3,14*43^2//4=0,0015м3
5) Максимальная скорость ТПШ(точки подвеса штанги) насосной установки с цепным приводом:
Umax=2nSo*(1,14//k+1);
Umax=2*4*0,113*(1,14//0,8+1)=
6) Коэффициент, характеризующий величину силу трения в доле от веса штанговой колонны в скважинной жидкости
bтр=Fтр*Pж ;
Рж=0,785*dпл^2*gжид*g*Lн;
Рж=0,785*0,0043^2*955*9,81*
Fтр=10%=0,1
bтр=16045*0,1=1604,5
7) Вес одного метра штанг в скважинной жидкости – qшт=9,46кг
qшт=9,46*9,8*10^-3=0,0927кН
8) Предельная (максимальная) теоретическая производительность ШСНУ с ЦП при откачке высоковязкой нефти:
Qпр=2558*(1-bтр*qшт//μ*2,4*m)*
Qпр=2558*(1-0,1*0,09//30*2,4*
Из выделенных параметров, только последний показатель по своей значимости однозначно может охарактеризовать искомый критерий оптимальности. Данный показатель по физической сущности характеризует также и эффективность ШСНУ с ЦП в соответствии с его основным назначением.
2.2 Методика проектирования УСШН
Ввиду большого количества и громоздкости расчетов рекомендуется при проектировании УСШН с длинно-ходовыми цепными приводами использовать данную подзадачу.
При расчете нагрузок в точке подвеса штанг во всех случаях (в т. ч. и для скважин с высоковязкой продукцией) необходимо учитывать динамические составляющие нагрузки, рассчитываются по формуле
− для привода ПЦ 80-6-1/4:
1)Рдин = 864nfштш ;
Рдин — динамическая составляющая нагрузки в точке подвеса штанг цепного привода, Н;
n — частота качаний привода, мин-1;
fшт — площадь поперечного сечения штанг, см2;
ш — коэффициент, определяемый соотношением площадей поперечного сечения тел штанг и НКТ.
2) fшт =Пd^2/4;
fшт =3,14*22^2/4=3,2см2
3) ш = fшт/Sнкт;
ш=3,2/14,5=0,3
Pдин =864*4*3,8*0,3=3940Н
При проектировании эксплуатации УСШН с длинноходовыми цепными приводами скважин с высоковязкой продукцией силы вязкого трения рассчитываются по соответствующим формулам, в которые необходимо подставлять скорость штанг хшт, рассчитанную формуле.
4) Хшт =nS/30;
где Хшт — скорость штанг в УСШН с цепным приводом, м/с;
S — длина хода точки подвеса штанг привода,м
Хшт= 4*6/30=0,8м/с
2.3. Уравновешивание цепных приводов
Долговечная и надежная работа цепных приводов, равно как и обеспечиваемая ими экономия удельных энергозатрат на подъем продукции может быть обеспечена лишь при условии их правильного уравновешивания.
Предварительное уравновешивание производится исходя из заданных значений эксплуатационных параметров. Укладка дополнительных уравновешивающих грузов производится с площадки обслуживания со стороны устья скважины. Доступ к отсекам для грузов осуществляется через двери в корпусе привода со стороны устья скважины
В приводах для частичной компенсации нагрузки от тягового усилия цепи на боковые ролики, при движении уравновешивающего груза как вверх, так и вниз применен способ несимметричного наполнения отсеков дополнительными грузами (рисунок 5).
1 — 4 — отсеки; 2 — корпус уравновешивающего груза
Рисунок 5 — Уравновешивание приводов ПЦ 80-6-1/4
Окончательное уравновешивание привода осуществляется после вывода скважины на режим по равенству тока электродвигателя при ходе точки подвеса штанг вверх и вниз.
Привод считается уравновешенным, если величина тока при ходе устьевого штока вверх и вниз отличается не более, чем на 10 %.
При большем расхождении, а также в случае изменения режима работы надлежит доуравновесить привод следующим образом:
- если величина тока больше при ходе устьевого штока вверх, необходимо добавить соответствующее количество уравновешивающих грузов;
- если величина тока больше при ходе вниз, необходимо убрать соответствующее количество уравновешивающих грузов.
Работа привода в неуравновешенном состоянии не допускается.
2.3.1. Уравновешивание привода ПЦ 80-6-1/4.
Общий вес дополнительных уравновешивающих грузов определяется по формуле:
1)Pдоп =(Pmax-Pmin/2)-17000;
где Рдоп — необходимый вес дополнительных уравновешивающих грузов, Н;
Pmax, Pmin — соответственно максимальная и минимальная нагрузка в точке подвеса штанг УСШН с цепным приводом, Н;
17000 — вес постоянной части (корпуса) уравновешивающего груза привода ПЦ 80-6-1/4, Н.
В случае, если данные о Рmax и Рmin отсутствуют, общий вес дополнительных уравновешивающих грузов определяется по формуле:
2) Рдоп = Ршт + (Рж/2) - 17000;
где Ршт — вес штанг в жидкости,Н.
Рж — вес столба жидкости , Н.
Рассчитав по формуле получаем:
Рдоп= 33000Н,
Если необходимый общий вес дополнительных уравновешивающих грузов менее 9420 Н, то все они укладываются в 1-й отсек (рисунок 5). Вес одного груза 1-го отсека у привода ПЦ 80-6-1/4 равен 117,7 Н. Укладку грузов необходимо производить в каждый отсек полными рядами. В каждый ряд в отсеке укладывается по два груза. Количество рядов грузов N1, укладываемых в 1-й отсек привода ПЦ 80-6-1/4 при весе дополнительных грузов менее 9420 Н определяется по формуле: и округляется до целого числа.
N1= Pдоп/235,4
Так ,как у нас общий вес дополнительных уравновешивающих грузов получился Рдоп=33000Н ,это больше 9420 Н, но менее 38200 Н, то в 1-й отсек укладывается 40 рядов, оставшиеся грузы укладываются во 2-й и 3-й отсеки полными и равными рядами. Вес полного ряда во 2-м и 3-м отсеках для привода ПЦ 80-6-1/4 равен 411,2 Н, вес одного груза 102,8 Н.
Количество N2, 3 рядов грузов, укладываемых во 2-й и 3-й отсеки при условии 9420 Н < Pдоп < 38200 Н определяем по формуле:
N2,3= (Рдоп – 9420)//411,2;
N2,3=(33000-9420)//411,2=57Н
Итак количество N2, 3 рядов грузов, укладываемых во 2-й и 3-й отсеки будет равна 57 Н.
Если требуемый общий вес дополнительных уравновешивающих грузов превышал 38200 Н, то в 1-й отсек укладывается 40 рядов, во 2-й и 3-й отсеки — по 70 рядов, оставшиеся грузы укладываются в 4-й отсек. Количество N4 рядов грузов, укладываемых в 4-й отсек при весе дополнительных грузов более 38200 Н определяется по формуле:
N4=(Рдоп-38200)//235,4;
Глава 3.Техника безопасности
3.1. Меры безопасности при использовании привода по назначению
В целях предупреждения несчастных случаев инструктаж по правилам техники безопасности обязателен для всех работников предприятий.
Вводный инструктаж, посвященный общим вопросам техники безопасности (который проводит инженер по технике безопасности предприятия), имеет целью ознакомить каждого вновь поступившего на работу с производственной обстановкой на предприятии, правилами внутреннего распорядка, общими законоположениями по охране ФУДа, опасными моментами, которые могут возникнуть в процессе Работы, и мерами их предупреждения.
Производственный инструктаж проходят работники как вновь принятые, так и переведенные на новое рабочее место с других участков. Этот второй этап - обучение работников по технике безопасности производства - осуществляется по специальным вопросам техники безопасности, связанной с их предстоящей работой, и непосредственно на рабочем месте.
Конструкция цепных приводов обеспечивает безопасность работ при монтаже, эксплуатации, ремонте и отвечает требованиям действующих ПБ 08-624-03 «Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности», утвержденных постановлением Госгортехнадзора России № 56 от 05.06.2003 г. и системы стандартов безопасности труда
К эксплуатации цепных приводов допускаются лица, изучившие эксплуатационную документацию на применяемое оборудование, прошедшие в установленном порядке производственный инструктаж по безопасности труда и обучение по «Целевой программе для обучения обслуживающего персонала на предприятиях, эксплуатирующих цепные приводы скважинного штангового насоса».
3.2.Требования безопасности при реализации технологического процесса.
В заторможенном состоянии тормоз привода должен обеспечивать неподвижность частей привода в любом положении при максимальной нагрузке в точке подвеса штанг.
Привод должен иметь надежные ограждения клиноременной передачи, а также движущихся частей. Конструкция ограждений должна быть быстросъемной и соответствовать требованиям ГОСТ 12.2.062
Снимать ограждения с движущихся частей разрешается только после полной остановки механизма. Запрещается пуск привода без установки на место ограждений и надежного их закрепления.
Работа на высоте при отсутствии огражденной рабочей площадки должна выполняться с применением предохранительных поясов.
Производственные площадки должны содержаться в чистоте. Разлитые нефтепродукты должны убираться, а территория периодически очищаться от грязи, снега и льда.
При ремонтных работах надлежит пользоваться только исправным инструментом
Запрещается работа с гаечным ключом с применением дополни-тельных рычагов.
При отодвигании привода от устья и обратно уравновешивающий груз должен находиться в нижнем положении на технологических упорах.
В процессе отодвигания привода от устья и обратно в радиусе 20 м от привода не должно быть посторонних людей.
Необходимо
еженедельно визуально
-имеет повреждения и
-на поверхности имеются
Для обеспечения безопасного обслуживания и эксплуатации электрооборудования на скважине необходимо соблюдать требования безопасности и порядок проведения необходимых мероприятий. Обустройство, монтаж, демонтаж, заземление, обслуживание и ремонт привода и его электрооборудования должны соответствовать требованиям ПБ 08-624-03 «Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности», утвержденного постановлением Госгортехнадзора России № 56 от 05.06.2003 г., зарегистрированным в Минюсте РФ 20.06.2003
(рег. № 4812), «Правил устройства электроустановок» ПУЭ (седьмое издание), утвержденных приказом Минэнерго России № 204 от 08.07.2002 г.; «Межотраслевых правил по охране труда ( Правила безопасности при эксплуатации электроустановок)» ПОТ РМ-016-2001, РД 153-34.0-03.150-00, а также эксплуатационной документации на приводы.

- Аналз ассортимента и экспертиза качества древесно-мебельных товаров
- Аналз финансового состояния филиала ФГУП «Почта России» Майнского почтампа
- Аналз форрования и испльзования кредитных ресурсов коммерческого банка
- Анали внутренней и внешней среды предприятия
- Аналид финансово-хозяйственной деятельности
- Аналид финансово-хозяйственной деятельности
- Анализ
- Аналiз технологiчностi конструкцii деталi
- Аналiз фiнансового стану комерцiйного банку
- Аналᴎз государственного регулирования ᴎ конᴛроля цен
- Аналаз конкурентоспособности продукции
- Аналаз показателей рентабельности
- Аналаз производства продукции животноводства
- Аналаз финансовой отчетности