Унификация элементов гидропривода

В статье представлен анализ унификации элементов гидропривода, а также — диаметральных размеров силовых органов. Целью работы является определение закономерностей в области унификации и применения приводов штанговых скважинных наосов.

Ключевые слова: унификация, привод, параметрический ряд, уравновешивающее устройство, штанговый скважинный насос.

Постепенное и непрерывное усложнение условий разработки и эксплуатации нефтяных месторождений привело к необходимости совершенствования и способов подъема пластовой жидкости, и оборудования, реализующего эти способы. В настоящее время наиболее широкое промышленное использование получили фонтанный, газлифтный, и также механизированные способы эксплуатации скважин: штанговыми скважинными насосами, гидропоршневыми и центробежными электронасосами.

Работы по созданию рядов гидравлических приводов штанговых скважинных насосов (далее — ШСН) как отечественных, так и зарубежных конструкций, базировались на использовании совершенно разных по типам и размерам элементов гидропривода. В результате в этих приводах не было имеющих унифицированные размеры насосов, распределителей, клапанов и т. п. элементов, а также силовых гидроцилиндров, уплотнений и подобных уз лов. Унифицировать все эти детали и узлы, когда установки серийно выпускаются, достаточно сложно и практически неосуществимо.

Упрощение внедрения гидропривода ШСН на промыслах, освоение их производства может быть обеспечено при унификации, обеспечить которую необходимо еще до запуска приводов в серийное производство на стадии их проектирования.

Унифицировать целесообразно отдельные узлы и детали гидропривода. Анализ показывает, что степень унификации будет тем больше, чем больше аналогии будет в схемах гидропривода каждого из типоразмеров параметрического ряда. Это делает еще целесообразней унификацию гидропривода на этапах, предшествующих конструктивной разработке приводов, при проработке схем приводов и их предварительном расчете.

Возможность унификации элементов гидропривода можно установить на основе анализа структурной схемы. Из нее следует, что приводы следует компоновать из набора повторяющихся функциональных блоков — силового органа, уравновешивающего устройства и т. п. Поэтому к основным вопросам унификации элементов при определенной их номенклатуре относится, прежде всего, определение их параметров, при которых они будут удовлетворительно работать в приводах всех типоразмеров. Очевидно, что максимальная унификация будет достигнута, когда число типоразмеров элементов установок будет в пределе сокращено до одного.

Осуществимо ли такое сокращение, которое привело бы, по существу, к максимально возможной унификации, и на какие элементы приводов необходимо распространять подобную унификацию?

Решение этой задачи основывается, прежде всего, на унификации гидравлических схем и сведения к минимуму числа типоразмеров установок. Очевидно, что при сведении к минимуму числа типоразмеров элементов гидропривода к одному на весь ряд параметры этого элемента должны соответствовать максимальным давлению и расходу жидкости, которые могут быть в любой из установок параметрического ряда. Только тогда полная унификация станет осуществимой. Целесообразность предельно возможной степени унификации можно определить в результате решения задачи оптимизации по ряду показателей, учитывающих, с одной стороны, положительный эффект, как например обеспечение большой серийности производства унифицированных деталей, упрощение производства приводов и запасных частей и т. п., а с другой стороны, отрицательный эффект, обусловленный последствиями «излишних» запасов по производительности и давлению, т. е. к некоторому увеличению затрат металла, труда и средств.

Априори можно утверждать, что подобная степень унификации тем более целесообразна, чем меньше будет диапазон вероятных расходов и давлений рабочей жидкости в установках всех типоразмеров.

К диаметральным размерам относятся диаметры штангового цилиндра (и его поршня), штока штангового цилиндра (и его уплотнений), трубного цилиндра (и его поршня), фальштока (и его уплотнений), устьевого штока, устьевой трубы и (их уплотнений).

Предел унификации этих размеров следующий. Для всей гаммы установок независимо от их параметров число размеров каждого диаметрального размера не должно превышать одного. Тогда производство всех деталей штоков и цилиндров, сложных в технологическом отношении, вследствие увеличения их серийности удешевится. Это же относится к уплотнениям для всех деталей. Однако при подобной унификации не будет обеспечена одинаковая долговечность уплотнительных устройств.

Возникает вопрос: можно ли подобрать значения диаметра цилиндров, при которых разница в долговечности этих узлов, применяемых в приводах различных типоразмеров, была бы приемлемой и, если это осуществимо, то какому диаметру она соответствует.

В основу создания унифицированного силового органа положим следующий принцип. Число унифицированных запасных частей для всех установок параметрического ряда должно быть меньше или равно числу запасных частей, специализированных для каждого размера установки в пределах ряда; трудоемкость ремонтов установок при введении унифицированных запасных частей не должна быть больше, чем при использовании неунифицированных. И наконец, недобор пластовой жидкости, обусловленный ремонтами приводов, в результате введения унификации не должен увеличиваться.

При выполнении перечисленных условий, но при равенстве численности уплотнений, трудоемкости ремонтов и сохранения производительности насосных установок, с введением унификации будет обеспечена экономия средств, обусловленная снижением стоимости изготовления деталей, снижением стоимости ремонтов и сокращением их длительности.

Область применения приводов ШСН определяется техническими и экономическими факторами. К первой группе относится совокупность условий, которым должен удовлетворять привод ШСН — соответствие максимальной нагрузки в точке подвеса штанг возникающим в работе усилиям, обеспечение необходимой длины хода точки подвеса штанг и числа двойных ходов.

Ко второй группе относится, прежде всего, заданный уровень экономического эффекта и ряд других показателей, которые характеризуют эффективность данного оборудования. Факторы первой и второй групп взаимосвязаны, поскольку экономическая эффективность привода определяется его техническими показателями, рассматриваемыми на фоне существующего оборудования, предназначенного для аналогичной работы.

В то же время при определении области применения гидравлического привода ШСН принципиально наличие уравновешивающего устройства. Его отсутствие приводит к повышенному расходу энергии, необходимой для приведения установки в действие, а следовательно, требует учета эксплуатационных расходов.

Литература:

1. Адонин А. Н. «Выбор способа добычи». М., Недра, 1982, 213 с.

3. Касьянов А. С. «Аналитический метод контроля работы глубинных штанговых насосов». М., ВНИИОЭНГ, 1973, 96 с.

4. Драготеску Н. Д. «Глубиннонасосная добыча нефти». М., Недра, 1966, 416 с.

5. Орлов П. И. «Основы конструирования», т.1 М., Машиностроение, 1977, 623 с.