2765.Оборудование для добычи нефти и газа Часть 2

ных замеров и расчетов требуют больших затрат времени и тру­ довых ресурсов. С другой стороны, несовершенство современ­ ных групповых замерных установок, не позволяющих достаточ­ но точно определить дебит малопродуктивных, скважин также осложняет работы по повышению эффективности работы штан­ говых установок. Поэтому диагностирование работы СШНУ, позволяющее оперативно определить параметры работы обору­ дования является необходимым процессом, которому в после­ днее время уделяется все большее внимание как со стороны эк­ сплуатационников, так и со стороны научно-исследовательских и внедренческих фирм.

Диагностирование работоспособности элементов СШНУ и определение основных параметров комплекса «скважина — пласт — оборудование» возможно двумя основными методами.

Прямой замер действительных показателей давления жид­ кости, температуры и состава продукции непосредственно на приеме скважинного насоса и в других характерных точках сква­ жины и передача этих данных на поверхность по специальным кабелям. Затем эта информация обрабатывается, анализирует­ ся и согласовывается с информацией, полученной от поверх­ ностных наземных источников, таких, например, как динамо­ метр и расходомер. Информация, полученная таким путем, яв­ ляется наиболее достоверной и полной, но такая система диаг­ ностики является сложной и дорогой, как в монтаже, так и в эксплуатации. Динамометрирование СШНУ является основным способом диагностирования работы ШГН, колонны штанг, насосно-комцрессорных труб и СК. Разработанные многими ученными и инженерами (Eickmeier J.R., Gibbs S.G., Neely А.В., Patton L.D., Adamacjie I., Slonneger J.C., Вирновский A.C., Пар­ ный И.А., Белов И.Г., Адонин А.Н., Пирвердян А.М., Касья­ новым В.М. и др.) [20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27] теоретические обоснования и математические модели процесса добычи нефти скважинными насосными установками позволяют обрабатывать динамограммы для их последующего анализа и определения неисправностей. При помощи динамограмм можно установить многочисленные параметры работы глубинонасосных устано­ вок, знание которых значительно облегчает как обнаружение неисправностей.

Для динамометрирования у нас в стране и зарубежом исполь­ зуются различные приборы отличающиеся по конструкции и принципам действия системы.

Рассмотрим некоторые из них.

Наиболее распространенным в мире является гидравличес­ кий геликсный динамометр, устанавливаемый между траверса­ ми канатной подвески станка-качалки. Широкое распростране­ ние данного вида оборудования обусловлено его простотой, опе­ ративным получением первичной информации — динамограм­ мы и возможностью здесь же, на месте, определения основных неисправностей СШНУ или причин недостаточной эффектив­ ности работы установки.

К недостаткам данного вида оборудования относятся низкая точность и достоверность информации, субъективность в оцен­ ке и расшифровке динамограмм, остановка станка-качалки для установки динамографа, большие затраты времени и ручного труда операторов по исследованию скважин, особенно при слож­ ных погодно-климатических условиях, невозможность телеме­ ханизации и телеавтоматизации процесса динамометрирования, затруднение в сборе и обработке полученной информации с по­ мощью ЭВМ.

В настоящее время в нефтяной промышленности при техни­ ческой диагностике СШНУ широкое распространение получи­ ли микропроцессоры.

Одним из частных видов динамограмм является ваттметрограмма — рис. 7.75 [25].

Под ваттметрограммой (см. рис. 7.75) понимается график из­ менения электрической мощности, потребляемой электропри­ водом станка-качалки за цикл качания. Циклические ваттметрограммы электропривода станка-качалки несут информацию как о глубинной части насоса, так и о наземной. Метод контро­ ля по ваттметрограммам основан на сравнении формы кривой, снятой на данной скважине при нормальном режиме ее работы (при первоначальном запуске, после проведения ремонта, при условии, что ее параметры, такие как число качаний, длина хода плунжера насоса, положение уравновешивающих грузов в пери­ од после снятия исходной ваттметрограммы не менялись).

Еще одним направлением определения работоспособности машин и механизмов является вибродиагностика [23].

Рис. 7.75. Теоретическая ваттметрограмма нормальной работы СШНУ

Ра — максимальная мощность при нагрузке от веса половины столба жидкости в трубах и силы трения подземном оборудовании; Рп — макси­ мальная мощность при нагрузке от веса уравновешенного груза и силы трения в подземном оборудовании; Рт — мощность холостого хода элек­ тропривода станка-качалки; АЕ — ход устьевого штока вверх; ЕВ — ход устьевого штока вниз; АД — расстояние штанг плюс сокращение штанг; ЕМ — расстояние труб плюс сокращение штанг; ДЕ — ход плунжера вверх; МВ — ход плунжера вниз

Теоретические и экспериментальные исследования показы­ вают, что по характеристикам вибрации можно получить до­ вольно обширную информацию о состоянии механизма. Разра­ ботаны различные методики анализа характеристик и соотнесе­ ние их с конкретными взаимодействующими рабочими парами, рассмотрим например работу опорного подшипника. В новом подшипнике при малом зазоре частота колебаний низкая, амп­ литуда колебаний мала. По мере износа подшипника растут ча­ стота и амплитуда колебаний, что может служить диагностиру­ ющим фактором. Таким образом, с помощью аналитических за­ висимостей можно установить характер изменений параметров вибрации Ь процессе износ машин. К преимуществу вибродиагиСютики можно отнести определение неисправного узла в слож­ ной системе диагностики. Одним из недостатков вибродиагнос­

тики является выбор места расположения датчика, так как в раз­ личные точки корпуса редуктора сигналы от различных соуда­ ряющихся кинематических пар могут приходить в различных фазах и изменять общий уровень сигнала.

Динамограмма снимаемая на поверхности всегда имеет иска­ жение от сил трения, упругости колонньг штанг, упругости ко­ лонны штанг и т.д. Поэтому поверхностные динамограммы по­ лезно сравнивать с плунжерной скважинной динамограммой.

Скважинные плунжерные динамограммы получают с помо­ щью глубинного динамографа. Рассмотрим конструкцию глу­ бинного гидравлического динамографа ДГТ-1С-360Г [21].

Глубинный динамограф (рис. 7.76) состоит из двух частей: гидравлического датчика усилий и записывающего устройства. Гидравлический датчик усилий расположен в нижней части ди­ намографа и состоит из цилиндрической серьги /, цилиндра 6, пальцев 4 и 5, переводника 7 и уплотнительных колец 11. Ци­ линдрическая серьга в нижней части имеет муфту для соедине­ ния динамографа со штангой, а верхней части окна для пальцев 4 и 5. исключения возможности его перекоса в процессе работы. Поршень 3 служит для преобразования усилия сжатия, действу­ ющих в штанговой колонне, вдавление масла в полости М. Длина поршня 3 выбрана с учетом выполнения в нем окна для пальцев 4 и 5 и исключения возможности его перекоса в процессе рабо­ ты. В теле цилиндра имеются окна 10, через которые серьга со­ единена с поршнем при помощи пальцев 4 и 5. Длина окна 10 выбрана из расчета обеспечения движения пальцев 4 и 5 на дли­ ну рабочего хода поршня 3 с некоторым запасом хода для ком­ пенсации объемных изменений масла в полости М от нагрева или утечек в условиях скважин. Фиксация верхнего пальца от­ носительно нижнего осуществляется при помощи установочно­ го винта 14. С обоих концов цилиндра 6 выполнены резьбы для соединения датчика усилий с переводником 7 и для закрытия заглушкой 2. Переводник 7 служит для соединения датчика уси­ лий с записывающим устройством динамографа. Полость М цилиндра 6, заключенная между переводником 7и верхним тор­ цом поршня 3, служит рабочей камерой датчика усилий и за­ полняется машинным маслом. Продольное отверстие К в пере­ воднике выполняет функцию гидравлического канала связи ка­ меры с рабочей камерой М. Полость цилиндра 6, ограниченная

Рцс. 7.76. Динамограф глубинный гидравлический ДГТ-1С-360Г

нижним тйрцом поршня 3 и заглушкой 2, образует воздушную камеру, благодаря чему торец поршня изолирован от окружаю­ щей Среды. В качестве записывающего устройства динамографа применяются глубинные манометры типа МГГ или МГП. За­ писывающая часть заключена в корпусе 9, который имеет резьбу для присоединения снизу к переводнику 7 и вверху к полумуфте 9, предназначенной для присоединения динамографа со штанго­

вой колонной. Сжимающие усилия, действующие на низ штан­ говой колонны в месте установки динамографа, передаются че­ рез цилиндрическую серьгу 1, пальцы 4 и 5 поршню 3, который, перемещаясь вверх, сжимает масло в рабочей камере М. Изме­ нение давления масла в рабочей камере М передается через гид­ равлический канал связи К в камеру, где-размещен сильфон 13 геликсного манометра, и преобразующий механизм увлекает перо, которое регистрирует давление на фольге. Перемещение каретки с фольгой осуществляется часовым механизмом типа 270 4П-Б.

Глубинная динамограмма получаемая с помощью ДГТ-2С- 360Г является наиболее достоверной и полной о рабочем состо­ янии глубинного насоса, но такая система диагностики является сложной и дорогой, как в монтаже, так и в эксплуатации. Ос­ новной недостаток данного устройства заключается в том, что для получения динамограммы необходимо произвести спускоподъем оборудования.

На промыслах наиболее распространен переносной гидрав­ лический динамограф ГДМ-3 Рис. 7.77, технические характери­ стики которого приведены ниже.

Динамограф состоит из силоизмерительного устройства и са­ мописца с ходоуменыпителем, смонтированных в одном блоке. В силоизмерительное устройство входят два рычага-вилки и гид­ равлическая мессдоза (трансформатор давления), которая встро­ ена в верхний рычаг и представляет собой полость, заполнен­ ную жидкостью и перекрытую мембраной из тонкой листовой

Рис. 7.77. Гидравлический динамограф ДГ-3

латуни. К нижней стороне мембраны прилегает поршень, кото­ рый передает на нее усилия, возникающие при работе динамог­ рафа, и создает в полости мессдозы давление жидкости, пропор­ циональное приложенному усилию [27, 21].

Рычаги силоизмерительного устройства 10 вставляются меж­ ду траверсами канатной подвески так, что вся нагрузка, воспри­ нимаемая верхней траверсой 9, передается через них на ниж­ нюю 12. При этом верхний рычаг опирается на нижний в двух точках: через стальной шарик, установленный на поршне мессдозы и через цилиндрический ролик, который закладывается в поперечные канавки на противоположной стороне рычагов. Переставляя этот ролик из одних канавок в другие, можно изме­ нять масштаб измерения усилий (40, 80, 100 кН).

Корпус самописца 2 укреплен при помощи кронштейна на верхнем рычаге силоизмерительного устройства. В верхней час­ ти самописца расположена геликоидальная манометрическая пружина 3, на оси которой закреплена стрелка с пером 1. По­ лость пружины сообщается с полостью мессдозы капиллярной трубкой 8.

Изменение давления жидкости в гидравлической системе мессдозы — капилляр — геликоидальная пружина вызывает по­ ворот стрелки с пером на угол, пропорциональный нагрузке в точке подвеса штанг.

Конец пера касается цилиндрической поверхности столика б, по краям которого размещены ведущий 16 и ведомый 7 ролики с диаграммной бумажной лентой. Столик, в свою очередь, зак­ реплен на каретке, которая перемещается по вертикальным на­ правляющим при помощи ходоуменьшителя, повторяя в задан­ ном масштабе возвратно-поступательное движение точки под­ веса штанг.

Механизм ходоуменьшителя состоит из ходового винта 5, ходовой гайки, неподвижно закрепленной на каретке, возврат­ ной пружины 4 и сменного мерного шкива 15. На мерный шкив намотан шнур, свободный конец которого проходит через на­ правляющий ролик 14 я укрепляется на устье скважины.

Во время движения динамографа вместе с канатной подвес­ кой вверх разматывающийся шнур вращает шкив и ходовой винт, при этом каретка со столиком передвигается в верхнее положе­ ние, а возвратная пружина взводится. При ходе подвески вниз возвратная пружина, вращая ходовой винт в обратную сторону, перемещает каретку в крайнее нижнее положение.

Перемещение каретки можно менять, устанавливая мерные шкивы различного диаметра. Динамограф комплектуется двумя

шкивами, которые обеспечивают масштабы измерения переме­ щений 1:30, 1:45. Изменение перемещения в масштабе 1:15 обес­ печивается мерным шкивом, постоянно соединенным с ходо­ вым винтом. Выбор того или иного масштаба определяется дли­ ной хода устьевого штока: при длине хода до 1,2 м применяется масштаб измерения 1:15, до 2,1 м — 1:30 и до 3,5 м — 1:45.

Самописец динамографа снабжен также специальным уст­ ройством для перемещения диаграммной ленты без остановки станка-качалки.

Технология динамографирования. Перед динамографированием тарированный прибор ДГ-3 подготавливается к работе:

—прибор заправляется диаграммной лентой;

—перо заправляется чернилами;

—проверяется нулевое положение пера;

—прочерчивается нулевая линия.

При подготовке динамографа к работе опорные ролики уста­ навливаются в зависимости от длины хода и нагрузки. Если на­ грузка не известна, их следует установить сначала на наиболь­ шую нагрузку, чтобы не перегрузить силоизмерительную часть прибора.

В зависимости от типа канатной подвески монтаж динамог­ рафа производится следующим образом.

При наличии канатной подвески типа ПКН: станок-качалка останавливается в крайнем нижнем положении; траверса под­ вески разводится при помощи имеющихся на ней двух подъем­ ных винтов; в образовавшееся окно вводится силоизмеритель­ ная часть прибора, которая должна быть установлена центрично; после этого верхняя траверса плавно опускается на рычаги силоизмерительного устройства и станок-качалка пускается в работу.

На канатной подвеске типа ПСШ: станок-качалка останав­ ливается в нижнем положении, не доходящем до крайнего на 20—25 см; на крышку головки устьевого сальника устанавлива­ ется штангодержателв, обхватывающий устьевой шток. К конст­ рукции щтангодержателя предъявляются следующие требования: он должен надежно удерживать шток и не портить его поверх­ ность. После монтажа штангодержателя станок-качалку пуска­ ют в работу на время, необходимое для разводки траверсы ка­ натной подвески.

Разводка происходит за счет того, что штангодержатель упи­ рается в крышку головки устьевого сальника и удерживает в неподвижном состоянии устьевой шток вместе с верхней травер­ сой, а нижняя траверса с канатом движется относительно штока.

В образовавшееся окно вводится силоизмерительная часть динамографа, станок-качалка растормаживается и нижняя тра­ верса плавно возвращается в исходное положение. Далее ста­ нок-качалка останавливается для демонтажа штангодержателя, а затем запускается в работу.

После монтажа динамографа в канатной подвеске следует вруч­ ную прочертить линию веса штанг. Для этого станок-качалка ос­ танавливается в крайнем нижнем положении, когда его балансир не перешел нижнюю мертвую точку. Отметив линию веса штанг, перо поднимается со столика с бумагой и СК запускается в рабо­ ту. На ходу, в течение первых нескольких качаний, регулируется ход столика динамографа таким образом, чтобы при крайнем вер­ хнем положении балансира храповик ведущего ролика не доходил на несколько миллиметров до его шестерни. После этого свобод­ ный конец приводного шнура закрепляется на устье скважины так, чтобы обеспечивалась параллельность с устьевым штоком.

Динамограмма записывается в результате опускания пера при помощи арретира на столик динамографа. Динамограмму следу­ ет записывать после выхода скважины на прежний режим, из­ менение которого было связано с предыдущей остановкой ДЛя монтажа прибора в канатной подвеске.

После записи динамограммы прочерчивается линия суммар­ ного веса штанг и жидкости. Для этого СК останавливается в крайнем верхнем положении, когда балансир не перешел верх­ нюю мертвую точку.

Необходимо, не запуская скважины, эту линию прочертить через 5—7 мин повторно, чтобы установить, наличие утечек.

После снятия динамограммы прибор демонтируется, опреде­ ляется число полных качаний станка-качалки и оформляется ДИ- намограмма.

При оформлении динамограммы должны быть зафиксированы следующие данные: дата динамографирования, номер скваясинь!, номер динамографа, положение ролика между силоизмерительны. ми рычагами, тип станка-качалки, длина хода устьевого штока, чис­ ло качаний балансира в минуту, масштаб измерения перемещения.