Transcription
TEZA DE DOCTORATCERCETĂRI PRIVIND DINAMICA UNITĂŢILOR DEPOMPARE CU BALANSIER FOLOSITE ÎN INDUSTRIAPETROLIERĂ ÎN VEDEREA OPTIMIZĂRIICONSTRUCTIV-FUNCŢIONALEConducător de doctorat:Prof. univ. dr. ing. Alexandru PUPĂZESCUDoctorand:ing. Georgeta ZAMFIRPloieşti2016
Rezumat teză de doctoratIng. Georgeta ZAMFIRDoresc să aduc cele mai calde şi sincere mulţumiri conducătorului meu ştiinţificdomnului Prof. univ. dr. ing. Alexandru Pupăzescu pentru sprijinul acordat pe tot parcursulelaborării tezei şi pentru atenta îndrumare realizată cu multă răbdare şi un deosebitprofesionalism.Mulţumesc, de asemenea, domnului Prof. univ. dr. ing. Dorin Bădoiu pentru înţelegere,sugestii şi sprijinul acordat.Mulţumesc tuturor colegilor din departamentul de Inginerie Mecanică şi celor dinUniversitatea Petrol-Gaze care m-au încurajat şi sprijinit în tot acest timp.Nu în ultimul rând, mulţumesc familiei mele care pe toată perioada elaborării tezei dedoctorat m-a înţeles şi mi-a fost alături.NotăLa efectuarea unora din programele de cercetare prezentate în cadrul tezei de doctorat s-auutilizat Sistem portabil achiziţie date și software achiziţie date CATMAN achiziționate decătre Universitatea Petrol-Gaze din Ploiești, prin Programul Operaţional Sectorial„Creşterea Competitivităţii Economice”, în cadrul proiectului POSCCE ID860/cod SMIS CSNR 14682 „Centru regional de determinare a performanţelor şi monitorizare a stăriitehnice a materialului tubular utilizat în industria petrolieră”, cofinanţat prin FondulEuropean de Dezvoltare Regională „Investiţii pentru viitorul dumneavoastră”.2
Rezumat teză de doctoratIng. Georgeta ZAMFIRAbstractThe research conducted in the thesis entitled “Research concerning the dynamics ofthe sucker rod pumping units used in the petroleum industry in view of the constructiveand functional optimization” can be summarized in the following stages:- the analysis and development of some study models of the dynamics of the suckerrod column and of the kinematics and dynamics of the mechanism of the pumpingunits;- the transposition of the study models in computer programs by using theprogramming environment Maple that includes a large variety of symbolicprogramming procedures which have proved extremely useful in solvingoptimization problems;- achieving of an experimental program that had as main purpose the validation of themodels and computer programs developed. The measurements, experimental dataacquisition and processing were performed with the equipment integrated into theechometric device for four wells belonging to OMV Petrom;- developing a methodology for choosing the optimal dimensions of the components ofthe pumping units of conventional construction when there are imposed someconditions for the values and the variation of certain cinematic and dynamicparameters during their functioning.In the first chapter entitled “Dimensional and functional characteristics of the maintypes of pumping units produced and/or used currently in our country” have beenhighlighted the main dimensional and functional characteristics of the pumping units, aparticular attention being given to those pumping units produced in our country by VulcanS.A. Bucureşti and by the subsidiary of the american company Lufkin. Also, it has beenpresented the stages for designing the sucker rod pumping installations in accordance withAPI RP 11L.In the second chapter entitled “Methods used in the analysis of the kinematics ofdifferent types of pumping units” have been analyzed the methods for studying thekinematics of the mechanism of the pumping units, both those falling within theapproximate and elementary kinematics theory as well as that corresponding to exactkinematics.In the third chapter entitled “Study concerning the dynamics of the sucker rod column” itwas presented the determination by calculus of the surface dynagraph for the four phases ofthe functioning cycle of a sucker rod pumping installation. The calculus algorithm has beentransposed into a computer program by using the programming environment Maple.In the fourth chapter entitled “Study of the dynamic behavior of the pumping units” havebeen developed models for the study of the dynamics of the pumping units mechanism anda methodology for choosing the optimal dimensions of the components of the pumping unitsof conventional construction when there are imposed the values for some cinematic anddynamic parameters. It has also made a comparative analysis of energy consumption3
Rezumat teză de doctoratIng. Georgeta ZAMFIRbetween the initial case and that obtained after the optimization process by evaluating themotor mechanical work during a functioning cinematic cycle.In the fifth chapter entitled “Experimental analysis of the exploitation behavior of thesucker rod pumping installations in view of the dynamic models validation” has beenpresented the experimental program that had the main purpose to validate the modelsdeveloped for studying the dynamics of the sucker rod column and of the kinematics and ofthe dynamics of the mechanism of the pumping units. The measurements were performedwith the equipment integrated into the echometric device for four wells belonging to OMVPetrom: Colibaşi 256, Colibaşi 263, Boldeşti 857 şi Tazlău 268. The experimental resultshave been allowed the determination of the surface dynagraph and of the variation of themotor moment at the cranks shaft during a cinematic cycle. These results have beencompared with the simulations results obtained in the previous chapters.The sixth chapter of the thesis presents the final conclusions, the original contributionsof the author and the directions of the future research.Keywords: sucker rod pumping installation, mechanism, well, polished rod, sucker rodcolumn, cinematic cycle, kinematics, dynamic analysis, motor moment, optimization,surface dynagraph, cranks shaft, echometric measurements.4
Rezumat teză de doctoratIng. Georgeta ZAMFIRCUPRINSPag.tezăINTRODUCERE. 51. Caracteristici dimensionale şi de funcţionare ale principalelortipuri de unităţi de pompare cu balansier construite şi/saufolosite în prezent în ţara noastră . 91.1. Consideraţii generale privind construcţia şi funcţionareainstalaţiilor de pompare cu prăjini. 91.2. Tipuri de unităţi de pompare cu balansier construite şi/saufolosite în prezent în ţara noastră. 121.2.1. Caracteristici constructive şi funcţionale aleunităţilor de pompare cu balansier . 121.2.2. Unităţi de pompare cu balansier construite laVulcan S.A. Bucureşti. 151.2.3. Unităţi de pompare cu balansier construite defirma Lufkin . 181.3. Proiectarea sistemelor de pompare cu prăjini înconformitate cu normele API RP 11L . 241.4. Concluzii . 312. Metode folosite în analiza cinematicii diferitelor tipuride unităţi de pompare cu balansier. 332.1. Consideraţii generale privind studiul cinematic alunităţilor de pompare cu balansier. 332.2. Teoria cinematicii aproximative . 342.3. Teoria cinematicii elementare . 352.4. Metode de analiză a cinematicii exacte a unităţilorde pompare cu balansier . 352.5. Studiu comparativ privind teoriile de analiză cinematicăa unităţilor de pompare de construcţie clasică. 502.6. Concluzii . 563. Analiza comportării dinamice a garniturii de prăjini de pompare. 583.1. Probleme generale privind sarcina la prăjina lustruită. 583.2. Determinarea prin calcul a dinamogramei de suprafaţă. 593.3. Simularea comportării dinamice a garniturii de prăjinide pompare în vederea ridicării dinamogramei de suprafaţă. 633.4. Concluzii . 774. Studiul comportării dinamice a unităţilor de pompare cu balansier 794.1. Consideraţii generale. 794.2. Stabilirea legii de variaţie a momentului motor la5Pag.rezumat7999111213141417212222232829-
Rezumat teză de doctoratIng. Georgeta ZAMFIRarborele manivelelor .4.3. Studiul cinetostatic al mecanismului unităţilor depompare cu balansier .4.4. Optimizarea constructiv-funcţională a unităţilor depompare cu balansier .4.5. Concluzii .5. Analiza experimentală a comportării în exploatare a instalaţiilorde pompare cu prăjini în vederea validării modelelordinamice de studiu.5.1. Sistemul ecometric utilizat în cercetarea sondelorîn pompaj .5.2. Rezultate ale măsurătorilor ecometrice realizate în cadrulprogramului experimental.5.3. Analiza comparativă a rezultatelor experimentale cucele obţinute folosind programele de simulare.5.4. Concluzii .6. Concluzii finale, contribuţii originale şi direcţii de continuarea cercetării .6.1. Concluzii finale .6.2. Contribuţii originale .6.3. Direcţii de continuare a cercetării .Bibliografie .Abstract.Anexa 1.Anexa 2.Anexa 3.Anexa 4.Anexa 5.Anexa 6.Anexa 7.Anexa 8.Anexa 66-
Rezumat teză de doctoratIng. Georgeta ZAMFIRINTRODUCEREEste cunoscut faptul că cea mai mare parte din producţia de petrol se extrage prin pompaj,instalaţiile de pompare cu prăjini fiind sistemul de extracţie cel mai simplu de utilizat şi cel maieficient pentru sondele care nu mai pot asigura o exploatare eruptivă. Predicţia cu un grad cât maimare de precizie a performanţelor unor astfel de instalaţii în timpul funcţionării este extrem dedificilă datorită interacţiunilor complexe care există între componente, cu influenţă directă asupracomportării lor dinamice. De aceea, elaborarea unor modele matematice care să exprime cât maicorect dinamica instalaţiilor de pompare cu prăjini şi apoi a unor programe de calculator care săpermită simularea funcţionării acestora pentru diferite condiţii de exploatare pot conduce la oproiectare cât mai eficientă a instalaţiilor de pompare cât şi la optimizarea proceselor de lucru şi acosturilor de producţie.Primele cercetări privind analiza instalaţiilor de pompare cu prăjini, care au condus la rezultatedeosebite în evoluţia lor constructiv-funcţională datează din anii 30 ai secolului trecut, materializateprin realizări privind dinamometrele fixate la nivelul pompelor de adâncime şi evaluareaîncărcărilor datorate vibraţiilor sistemelor de pompare. La inceputul anilor 60 Institutul American alPetrolului a iniţiat o serie de cercetări privind proiectarea sistemelor de pompare cu prăjini care aucondus la elaborarea normelor API RP 11L – Recommended Practice for Design Calculations forSucker-rod Pumping Systems. O mare parte din cercetările ulterioare privind proiectarea şicomportarea în exploatare a instalaţiilor de pompare cu prăjini s-au concentrat mai ales asuprastudiului dinamicii garniturii de prăjini de pompare şi asupra unor probleme legate de analiza şisinteza structural-funcţională a mecanismului unităţilor de pompare. În această direcţie se înscriu şicercetările realizate în prezenta teză de doctorat.În capitolul 1 se prezintă structura şi etapele procesului de funcţionare ale instalaţiilor depompare cu prăjini, cu evidenţierea principalelor caracteristici dimensionale şi de funcţionare aletipurilor de unităţi de pompare cu balansier construite şi/sau folosite în prezent în ţara noastră. Suntdetaliate etapele care trebuiesc parcurse în proiectarea acestor instalaţii în conformitate cu normeleAPI RP 11L, subliniindu-se că în stabilirea caracteristicilor de funcţionare, în special a valorilormaxime ale sarcinii la prăjina lustruită şi a momentului motor la arborele manivelelor, nu se ţineseama de cinematica unităţii de p
API RP 11L, subliniindu-se că în stabilirea caracteristicilor de funcţionare, în special a valorilor maxime ale sarcinii la prăjina lustruită şi a momentului motor la arborele manivelelor, nu se ţine seama de cinematica unităţii de pompare ceea ce face ca aceste valori să fie necesar a fi preluate cu precauţie. Se poate concluziona că pentru o cât mai corectă evaluare a .
