Dynamic analysis of well equipment to produce oil

Abstract

Purpose is to study dynamics of a technological cycle of well oil production equipment to evaluate the forces acting on its structural components while operating. It is required to improve their reliability and durability owing to the decreased inertia. Methods. Mathematical modeling of the system relies upon the basic law of motion dynamics of a complex system with the attached mass involving deformation of the components and further implementation of the mathematical model using me-thods of mathematical analysis. To improve informativeness and reliability of the results, obtained in the process of mathematical modeling, it is proposed to divide the technological cycle into separate stages each of which characterizes a certain motion process as well as changes in the nature of forces influencing the system elements. Findings. Analysis of results of mathematical modeling of the system operating cycle makes it possible to draw conclusions about the process time as well as about the motion nature of a landing top during operation and a value of inertia acting on the well-drilling equipment demonstrating the ways to decrease them while providing reliability and durability of the facilities. Components of a hydraulic drive have been studied thoroughly while dividing its operation into eight phases of motion cycles. It has been identified that decrease in the inertia influence on the system components results from the following: power hydraulic cylinders are manufactured with the step-up diameter increase in their upper half; hollow rods in their lower half are equipped with а discharge valve dumping a certain share of liquid into a reservoir to decrease the traverser raise velocity. Originality. Mathematical modeling has helped identify that drastic decrease in the system inertia depends upon its structural and kinematic characteristics; moreover, it may vary broadly. Practical implications. During the practical operation of well-drilling equipment for oil production, decrease in inertia effect on the system components will help improve its reliability and durability.

Мета. Дослідження динаміки технологічного циклу установки свердловинного нафтовидобувного обладнання з метою оцінки сил, що діють на елементи конструкції в процесі роботи для підвищення їх надійності і довговічності експлуатації за рахунок зниження інерційності. Методика. В основу математичного моделювання системи покладено основний закон динаміки руху складної системи з приєднаною масою з урахуванням деформації елементів і з подальшою реалізацією математичної моделі методами математичного аналізу. Для підвищення інформативності та достовірності отриманих в процесі аналітичного моделювання результатів весь цикл технологічного процесу запропоновано розбивати на окремі фази, кожна з яких характеризує певний процес руху і зміна характеру дії сил, що впливають на елементи системи. Результати. Аналіз результатів математичного моделювання робочого циклу системи дозволяє зробити висновки про тривалість процесу, характер руху точки підвісу колони протягом циклу експлуатації та величини інерційних сил, що діють на елементи установки свердловинного обладнання, вказуючи шляхи їх скорочення, забезпечить надійність і довговічність роботи установки. Детально досліджено елементи гідравлічного приводу насосної установки шляхом розбиття його роботи на 8 фаз циклів руху. Встановлено, що зменшення впливу інерційних сил на елементи системи досягається наступним чином: силові гідравлічні циліндри виконуються з ступінчастим збільшенням діаметра у верхній їх частині, а порожнинні штоки в нижній частині обладнані скидним, який здійснює скидання частини рідини в резервуар, зменшуючи при цьому швидкість підйому траверси. Наукова новизна. Встановлено за допомогою математичного моделювання, що істотне зменшення інерційності системи залежить від конструктивних і кінематичних її характеристик і може змінюватися в широких межах. Практична значимість. У практиці експлуатації установки свердловинного обладнання для видобутку нафти зниження впливу інерційних сил на елементи системи дозволить підвищити її надійність і довговічність.

Цель. Исследование динамики технологического цикла установки скважинного нефтедобывающего оборудования с целью оценки сил, действующих на элементы конструкции в процессе работы для повышения их надежности и долговечности эксплуатации за счет снижения инерционности. Методика. В основу математического моделирования системы положен основной закон динамики движения сложной системы с присоединенной массой с учетом деформации элементов и с последующей реализацией математической модели методами математического анализа. Для повышения информативности и достоверности полученных в процессе аналитического моделирования результатов весь цикл технологического процесса предложено разбивать на отдельные фазы, каждая из которых характеризует определенный процесс движения и изменение характера действия сил, влияющих на элементы системы. Результаты. Анализ результатов математического моделирования рабочего цикла системы позволяет сделать выводы о продолжительности процесса, характер движения точки подвеса колонны в течение цикла эксплуатации и величины инерционных сил, действующих на элементы установки скважинного оборудования, указывая пути их сокращения, обеспечит надежность и долговечность работы установки. Подробно исследованы элементы гидравлического привода насосной установки путем разбития его работы на 8 фаз циклов движения. Установлено, что уменьшение влияния инерционных сил на элементы системы достигается следующим образом: силовые гидравлические цилиндры выполняются с ступенчатым увеличением диаметра в верхней их части, а полостные штоки в нижней части оборудованы сбросным клапаном, осуществляющий сброс части жидкости в резервуар, уменьшая при этом скорость подъема траверсы. Научная новизна. Установлено при помощи математического моделирования, что существенное уменьшение инерционности системы зависит от конструктивных и кинематических ее характеристик и может изменяться в широких пределах. Практическая значимость. В практике эксплуатации установки скважинного оборудования для добычи нефти снижение влияния инерционных сил на элементы системы позволит повысить ее надежность и долговечность.