Аналіз конструкцій та дослідження клапанів штангового свердловинного насоса

Анотація

Для видобування нафти використовують штангові свердловинні насоси, у яких одними із найвідповідальніших елементів є клапани. Зазвичай у таких насосах використовують кулькові клапани. Проте, проведений аналіз кулькових клапанів показав, що вони мають ряд недоліків, серед яких втрата герметичності клапана під час роботи, неможливість застосування у свердловинах із викривленим стовбуром, низька працездатність, знос тощо. Сьогодні існують інші конструкції клапанів, такі як тарілчасті та золотникові, які мають суттєві переваги над кульковими. У статті наведено будову та принцип дії пропонованого клапана золотникового типу. Для визначення його гідродинамічних характеристик та порівняння із гідродинамічними характеристиками кулькового клапана побудовано тривимірні моделі та проведено імітаційне моделювання їх роботи за однакових граничних умов. Програма, яка використовувалась для імітаційного моделювання – FlowSimulation, яка є доповненням програми SolidWorks. FlowSimulation дозволяє вирішувати такі завдання як аеродинаміка твердих тіл, процеси тепломобміну в системих охолодження, процеси фільтрації. Також у цій прогнамі можливо досліджувати відразу кілька варіантів моделі виробу або можливих його конфігурацій і отримати більш наочні результати: будь-які параметри доступні для аналізу – швидкість, тиск, густина, температура – ​​безпосередньо на моделі виробу. Для отримання точніших результатів імітаційного моделювання сітки скінченних елементів обох клапанів було оптимізовано. У результатів імітаційного моделювання отримано розподіли швидкостей руху рідини у поздовжніх та поперечних перерізах досліджуваних клапанів. Встановлено, що гідравлічний опір руху рідини у золотникового клапана майже такий, як і у кулькового. Золотниковий клапан дозволяє збільшити коефіцієнт наповнення насоса без збільшення глибини занурення його під динамічний рівень, збільшити подачу насоса, зменшити навантаження на штангову колону та застосовувати його при інтенсивніших режимах роботи штангової свердловинної насосної установки. Також золотниковий клапан рекомендується використовування під час відкачування в’язких рідин і  рідин, у яких наявний вільний газ, та у свердловинах, в яких спостерігаються асфальто-смоло-парафінові відклади.