Исследование эффективности перераспределения мощности силового привода нефтедобывающего комплекса на малодебитных скважинах при внедрении конструкции электрогидроцилиндра рекуперативного действия

Abstract

Актуальность исследования обусловлена необходимостью разработки научно-обоснованной конструктивнотехнологической системы эффективного перераспределения мощности по исполнительным элементам высоконагруженного оборудования в соответствии с энергоемкостью процесса добычи углеводородного сырья. Актуальность подтверждена дефицитом отечественных технологий по разработке гибридных приводов рекуперативного действия, используемых для производства и преобразования энергии, основанных на исследовании синергетических связей насосных комплексов малодебитных скважин как основного показателя энергоэффективности. Цель: повышение энергоэффективности и ресурсной долговечности высоконагруженных нефтедобывающих насосных комплексов малодебитных скважин за счет внедрения разработанного гибридного привода с электрогидроцилиндром рекуперативного действия, обеспечивающего перераспределение мощности по исполнительным элементам. Объект: гибридная система привода добывающего станка-качалки с энергоэффективным электроцилиндром рекуперативного действия. Применялся комплексный метод исследования взаимодействия двух физически и технически разнородных сред (гидравлика и электромагнитные поля) в структуре нагруженных деталей гибридного привода. Методами кинематического анализа и силового расчета исследован циклический процесс динамического нагружения рабочего оборудования насосного комплекса. Использовалась методология системного анализа, а также метод перераспределения моментов сил инерции и мощностного баланса силового привода. Эффективно применен математический аппарат для установления зависимостей изменения мощностных характеристик от эксплуатационных показателей и динамических нагрузок насосного комплекса. Методом критического анализа установлены приоритеты развития геометрических параметров, а использование законов механики позволило обосновать структурные элементы кинематики, требующие усовершенствования. Инструментарий метода конечных элементов и расчетных систем позволил исследовать работоспособность гибридного привода, провести анализ и обработку полученных результатов. Результаты. Разработана конструкция гибридного электрогидроцилиндра рекуперативного действия, обеспечивающая эффективное преобразование механической и гидравлической энергии гидропривода в электрическую при воздействии силы тяжести масс рабочего оборудования нефтедобывающего насосного комплекса для малодебитных скважин. Разработанная конструкция существенно повышает энергоэффективность силовой установки и привода нефтедобывающего комплекса, обеспечивая перераспределение мощности гибридного привода в соответствии с энергоемкостью операций. Решена научная проблема эффективного способа перераспределения мощности по элементам нефтедобывающих комплексов в соответствии с энергоемкостью выполняемой операции и преобразования энергии собственных масс тяжести рабочего оборудования. Разработана и обоснована новая научная идея реализации принципов рекуперации энергии и оптимального перераспределения мощности при выполнении наиболее энергоемких рабочих процессов наземного добывающего насосного комплекса, что обогатило научную концепцию повышения энергоэффективности добывающих комплексов и расширило границы применимости полученных результатов в гибридных приводах.

The relevance of the research is caused by the need to develop a scientifically-based design and technological system for efficient power redistribution across the executive elements of high-loaded equipment in accordance with the energy intensity of extracting hydrocarbons. The relevance is confirmed by the lack of domestic technologies for development of hybrid recuperative drives used for energy production and conversion, based on the study of synergetic connections of pumping complexes of marginal wells, as the main indicator of energy efficiency. The main aim is to improve energy efficiency and resource life of high-loaded oil-producing pumping complexes of marginal wells by installation of a developed hybrid drive with an electro hydro cylinder of rerecuperative action, which provides power redistribution by executive elements. The object of the research is a hybrid drive system of the mining "pumping unit" with an energy-efficient electric hydro cylinder of recuperative action. The complex research method was used to study the interaction of two physically and technically dissimilar media (hydraulics and electromagnetic fields) in the structure of loaded parts of a hybrid drive. The cyclic process of dynamic loading of the working equipment of the pumping complex is studied by the methods of kinematic analysis and force calculation. We used the methodology of system analysis, as well as the method of redistribution of moments of inertia forces and power balance of the power drive. The mathematical apparatus was effectively applied to determine the dependencies of changes in power characteristics on operational indicators and dynamic loads of the pumping complex. The method of critical analysis allowed us to set priorities for the development of geometric parameters, and the use of the laws of mechanics allowed us to justify the structural elements of kinematics that require improvement. The tools of the finite element method and computer systems allowed us to study the performance of the hybrid drive, analyze and process the results obtained. Results. The authors have designed the hybrid electro hydro cylinder of recuperative operation, providing efficient conversion of mechanical and hydraulic energy to electric hydraulic drive under the influence of gravity of oil pump for low-yield complex wells. The developed design significantly increases the energy efficiency of the power plant and drive of the oil production complex, ensuring hybrid drive power redistribution in accordance with the energy intensity of operations. The scientific problem of an effective way to redistribute power across the elements of oil-producing complexes in accordance with the energy intensity of the operation performed and the conversion of the energy of its own mass of gravity of the working equipment is solved. The authors developed and proved the theory of power and power parameters of a ground-based mining pumping complex based on the implementation of the principles of energy recovery and power redistribution in the performance of work processes, which provided new results in the study of energy intensity.