Для измерения
нагрузок на штанги и определения качественных показателей работы глубинного
насоса применяют приборы, называемые динамографами. Эти приборы записывают на
бумаге значения нагрузок на сальниковый шток за одно двойное качание (вверх и
вниз) в виде диаграммы. Записанная диаграмма называется динамограммой.
Рис. 4. Схема устройства
карманного динамографа ГДМ-3.
Нагрузка на
сальниковый шток определяется как параметрами насосной установки и режимом ее
работы, так и состоянием насосного оборудования и характером работы отдельных
его узлов. Например, при плохой работе нагнетательного клапана нагрузка от
столба жидкости будет восприниматься штангами частично или вообще не будет
восприниматься. Таким образом, неисправности насосной установки и другие
факторы,
влияющие на
работу оборудования, будут влиять на форму и размеры динамограммы, т. е. по
динамограмме можно определить причину неисправности установки и своевременно
принимать меры к ее устранению.
Будучи
простым и удобным средством контроля за работой глу-биннонасосного
оборудования, динамографы нашли широкое применение. Известны динамографы
гидравлические, механические, электрические. В НГДУ применяются гидравлические
динамографы конструкции Г. М. Мининзона и др. На рис. 4 приведена
принципиальная схема гидравлического карманного динамографа ГДМ-3. Прибор
состоит из двух основных частей: измерительной и самописца. Измерительная часть состоит из месдозы 11 и
рычага 12. Полость 10 месдозы, заполненная жидкостью (спиртом или водой),
перекрывается латунной или резиновой мембраной, на которую опирается поршень
9. Измерительную часть прибора вставляют между траверсами канатной
подвески штанг, в которой растягивающие усилия штанг преобразуются в
усилия, сжимающие месдозу. При этом рычаг 12 нажимает на поршень 9 и в полости
месдозы создается давление, которое через
капиллярную трубку 8
воспринимается манометрической
геликсоидальной пружиной 7.
При увеличении давления пружина
разворачивается и прикрепленное к ней перо 6 чертит линию нагрузки. Бланк
диаграммы прикреплен к столику 5 самописца. При движении динамографа вверх нить
1, прикрепленная одним концом к неподвижной части устьевого оборудования,
сматывается со шкива 2, заставляя его вращаться вместе с ходовым винтом 3. При
этом ходовая гайка (на рисунке не показана) вместе со столиком движется вверх
по направляющим 4. В полости винта расположена спиральная возвратная пружина.
При ходе вверх пружина заводится, при
ходе вниз — раскручивается и
возвращает столик в первоначальное положение. Таким образом, столик с
бланком повторяет движение
сальникового штока в определенном масштабе. Длина записи хода сальникового
штока зависит от диаметра шкива 2. Сменные шкивы позволяют записывать
перемещения в масштабе 1 : 15, 1 : 30
или 1 : 45.
Для
определения величины нагрузки по динамограмме динамограф предварительно
тарируют при помощи разрывной или тарировочной машины. Динамографы ГДМ-3
выпускают с пределами измерений 4000, 8000 и 10 000 кгс (т. е. от 40 до 100
кН). Максимально допустимая погрешность прибора (по техническим нормам) составляет
+2%.
Простейшая
теоретическая динамограмма работы глубинного насоса за один ход вверх и вниз
имеет форму параллелограмма (рис. 5). По вертикальной оси отложены (в масштабе)
нагрузки, действующие на сальниковый шток, а по горизонтальной (в масштабе) —
перемещение сальникового штока. Нагрузка на шток по мере его перемещения вверх
и вниз изменяется в следующем порядке.
Ход вверх.
В конце хода вниз сальниковый шток и плунжер находятся в крайнем нижнем
положении; при этом нагнетательный клапан насоса открыт, всасывающий клапан
закрыт. На шток действует нагрузка только от штанг. Этому положению
соответствует точка А на динамограмме. В момент начала движения сальникового
штока вверх плунжер останавливается, нагнетательный клапан закрывается, и шток
воспринимает нагрузку от штанг и столба жидкости в подъемных трубах. Под
действием этой нагрузки штанги растягиваются, подъемные трубы разгружаются
(давление столба жидкости в этот момент воспринимается плунжером) и
сокращаются. В продолжение всего процесса растяжения штанг и сокращения труб
плунжер остается неподвижным по отношению к цилиндру насоса, в то время как
сальниковый шток перемещается на величину, равную сумме растяжения штанг и
сокращения труб. Процесс - восприятия штоком нагрузки от давления на плунжер
столба жидкости записывается на диаграмме наклонной прямой АБ; линия Бб
показывает величину перемещения сальникового штока в процессе действия
нагрузки; она равна сумме величин растяжения штанг и сокращения труб. По
окончании процесса восприятия нагрузки штангами начинается движение плунжера и
открывается приемный клапан насоса; этому моменту на динамограмме соответствует
точка Б. Дальнейшее движение сальникового штока и плунжера вверх до крайнего
верхнего положения происходит при неизменной нагрузке; на динамограмме этот
процесс изображается прямой БВ.
Рис. 5. Теоретическая динамограмма.
Нагрузка на
сальниковый шток при этом движении равна силе тяжести штанг, погруженных в
жидкость, плюс нагрузка от давления столба жидкости на плунжер.
Ход вниз.
В начале хода вниз всасывающий и нагнетательный клапаны закрыты, сальниковый
шток воспринимает нагрузку от штанг, погруженных в жидкость, и столба жидкости.
Этому моменту соответствует точка В.
По мере движения сальникового штока вниз шток, штанги и плунжер
разгружаются, передавая нагрузку на трубы, причем трубы растягиваются, а штанги
сокращаются. Плунжер остается неподвижным по отношению к цилиндру насоса. Этот
процесс на динамограмме изображается наклонной линией ВГ. Линия Гг на
динамограмме определяет перемещение сальникового штока в процессе разгрузки;
оно равно сумме величин сокращения штанг и растяжения труб. По окончании
процесса разгрузки штока нагнетательный клапан открывается и начинается
движение плунжера вниз; этому моменту на динамограмме соответствует точка Г.
Дальнейшее движение сальникового штока и плунжера происходит при открытом
нагнетательном клапане и неизменной нагрузке и изображается на динамограмме
линией ГА. В точке А цикл возобновляется.
Теоретическая
динамограмма работы глубинного насоса, имеющая форму параллелограмма,
получается при работе глубинного насоса в скважине в дегазированной жидкости
при коэффициенте наполнения, равном единице, и при отсутствии динамических нагрузок,
т. е. при весьма медленном и плавном движении системы «сальниковый шток —
штанги — плунжер» вверх и вниз. Если бы при работе глубинного насоса не было
упругой деформации (растяжения и обратного сокращения) штанг и труб,
теоретическая динамограмма имела бы вид прямоугольника, т. е. линии АБ и ВГ
были бы перпендикулярны линиям БВ и ГА.
При работе
насосной установки бывают различные неполадки, приводящие к снижению
коэффициента подачи глубинного насоса. Причинами этого снижения могут быть
утечки жидкости через неплотности в насосе и в трубах, вредное влияние газа на
работу насоса, изменения в состоянии притока жидкости в скважину; вследствие
этого нарушается нормальный процесс изменения нагрузки на сальниковый шток.
Каждому нарушению нормальной работы насоса соответствует своя характерная форма
динамограммы. Зная, как изменяется форма динамограммы при тех или иных нарушениях,
по динамограмме можно определить эти нарушения, не поднимая насоса на
поверхность.
На рис.6
показано несколько наиболее характерных практических динамограмм глубинного
насоса. Динамограмма а отражает нормальную работу глубинного насоса.
Динамограмма б указывает на утечки жидкости при
ходе плунжера вверх. Установить это можно путем следующих рассуждений. На
динамограмме видно, что при ходе вверх линия восприятия нагрузки фактической
динамограммы лежит правее теоретической, т. е.
нагрузка воспринимается штангами
медленнее, чем при нормальной работе насоса. Это возможно только при
негерметичности нагнетательной части насоса. Линия снятия нагрузки лежит левее
соответствующей линии теоретической динамограммы, т. е. в самом начале хода
сальникового штока вниз нагрузка от столба жидкости снимается со штанг быстрее,
чем при нормальной работе насоса. Это также возможно только при утечках в
нагнетательной части.
Утечки в
нагнетательной части возможны как через резьбовые соединения труб, клапан и его
седло, так и через зазор между плунжером и цилиндром. Установлено, что при
утечках жидкости через зазор между цилиндром и плунжером линия восприятия
нагрузки выпуклая (линия 2 на графике г), а в других случаях - вогнутая (линия
7).
Аналогичным
сравнением фактических динамограмм с теоретическими можно прийти к
определенным выводам о причинах ненормальной работы установки.
Помимо
качественных показателей работы глубинного насоса (утечка через насос, влияние
газа на работу насоса, неправильная посадка плунжера, заедание плунжера
и т. п.), по динамограмме определяют также количественные показатели: нагрузку
на сальниковый шток в любой момент движения, приближенное значение
коэффициента наполнения насоса и т. п. Таким образом, динамограф позволяет определять,
правильно ли работает насос, не влияет ли вредно на работу насоса газ,
достаточна ли глубина погружения.
Рис.6. Практические динамограммы (на динамограммах б
и д цифрами обозначен порядок их записи).
Частое контролирование работы насосных установок при
помощи динамографа дает возможность устанавливать причины неисправностей и
своевременно устранять их.
Решение:
1) vср= 2·Нр/Тр
= 250/3,5 = 71,4 м/с→ средняя скорость движения звука в межтрубном
пространстве;
Ндин = vср·Тур/2 = 71,4·8,6/2 = 307 м.
Ответ:
динамический уровень Ндин = 307 м.
2) Рз = Рб + (L – Lнкт) · ρж·q , где:
Рб – давление на башмаке НКТ; ρж –
плотность жидкости;
Рб= Рзат·е0,03415·Н·ρ/(z·Т) ,
здесь Н = Lнкт.
Рб1 = 0,6·е0,03415·1000·0,8/(0,65·290)
= 0,695 МПа, аналогично и Рб2.
Рб2 = 1,04 МПа.
ρж = ΔРб/(q·ΔH)↔ Н1=
71,4·4,5 = 321,3 м → динамический уровень для 1 режима.
Н2 =
71,4·5 = 357 м → для 2 режима.
ρж = 345000/(10·35,7)
= 980,4 кг/м3.
Рз1
= 0,69 +(1500 – 1000)·980,4·10
= 5,59 МПа.
Ответ: для 1
режима Рз = 5,59 МПа.
3) η = γ · β → коэффициент
подачи насоса;
β = АД/А´Д´ → коэффициент наполнения;
γ = ВС/В”С → коэффициент упругих деформаций.
Из графика (динамограммы): АД=1,5; А´Д´=1,71; ВС=1,41; В”С=2,1.
β = 1,5/1,71=0,877.
γ =1,41/2,1=0,67.
η = 0,877·0,67=0,588.
Q = Fпл· S · n · η ·
1440 = 8.04·10-4·2.1·6·0,588 ·1440
= 8,58 м3/сут.
Практическое
занятие №2.
Тема: Определение давлений в
работающей скважине.
1.
Скважина оборудована УСШН. Определить: давления –
забойное Рзаб, на приеме насоса Рпр, на выкиде из насоса
Рвык, коэффициент продуктивности Кпр.
2.
Скважина оборудована УЭЦН. Определить: давления –
забойное Рзаб, на приеме насоса Рпр, на выкиде насоса Рвык.
3.
Скважина фонтанная. Определить: давления – забойное Рзаб,
на приеме НКТ Рпр, на выкиде из башмака НКТ Рбаш.
4.
Скважина нагнетательная. Определить: давления –
забойное Рзаб, под пакером Рп1, над пакером Рп2,
пластовое Рпл.
Исходные
данные задачи находятся в приложении .
Решение:
1)Q =
______________________________________ Рур
=______________________________
Рзаб =
__________________________________ Рж затр
=________________________________
Рж к = ______________________________
Р тр к =___________________________________
Reк = _________________ Vк
=__________________________ Рур =_____________________
Кпр
=_________________________________________________________________________
Рпр =_________________________________________________________________________
Рвык
=_______________________________ Рж нкт =___________________________________
Ртр
=_______________________ Reнкт=_____________________
Vнкт=___________________
2) Рпр=________________________________,
где Рур=________________________________
Ржзатр=________________________________
Рвык=___________________________________
Ржнкт=________________________________
Ртр нкт=__________________________________
Vнкт=_________________________________
λ =_____________________________________
Рзаб
=_________________________________ Ржк=___________________________________
Ртр к=_________________________________
Vк=
________________ Reк=_______________
3)Q = ___________________ Рпр=_______________________
Рур=______________________
Рж зат=
________________________________ Р вык=__________________________________
Рж нкт=
________________________________ Ртр нкт=_________________________________
Reнкт= _____________________ Vнкт=______________
Рзаб=___________________________
Ржк=___________________________________
Р тр к=_________________________________
Reк=___________________________________
Vк=___________________________________
4) Q =__________________ Рпод
п1= _______________________________________________
Рнадп2=_______________________________
Рзаб=____________________________________
Рж=
_______________________ Ртр нкт=_____________________________________________
Vнкт=____________________ Ртр
к= _______________________________________________
Vк=______________________ Рпл=________________________
ΔР=_____________________