Исследование шгну

| Анализ динамограммы позволяет: |
| – подобрать оптимальный режим работы ШСНУ для заданных условий; |
| – выявить нежелательные отклонения в работе ШСНУ; |
| – определить причины, вызвавшие снижение или прекращение подачи насоса; |
| – выбрать вид подземного ремонта; |

Динамометрирование. Общие сведения

• При установке штангового глубинного насоса на трубы и штанги возникают разнообразные нагрузки, такие как статические силы веса штанг, труб и столба жидкости, Архимедова сила, сила инерции, силы упругости материала и силы трения. Для измерения этих нагрузок используется специальный прибор – динамограф.

• Динамограф регистрирует изменение нагрузки на штанги за время насосного цикла. Графическая зависимость нагрузки, действующей в каком-либо сечении штанг в течение насосного цикла, называется динамограммой. Каждый фактор вызывает своё изменение нагрузки на полированный шток и соответствующим образом изменяет конфигурацию динамограммы.

Исследование работы штанговых глубиннонасосных установок с использованием динамографа

Исследование работы штанговых глубиннонасосных установок динамографом выполняется с целью контроля режимов их эксплуатации, обнаружения нарушений в работе глубиннонасосного оборудования и выявления причин, вызывающих эти нарушения. Зная, как изменяется конфигурация динамограммы при тех или иных нарушениях в работе глубиннонасосного оборудования, можно распознать эти нарушения, не извлекая внутрискважинное оборудование на поверхность.

Цель и применение динамограммы

Динамограмма позволяет выявить качественные и количественные показатели работы глубиннонасосной установки. С её помощью можно определить величину нагрузки на полированный шток в любой момент его движения, амплитуду нагрузки, коэффициент подачи, ориентировочный дебит и другие параметры.

Виды динамографов и их принцип действия

Динамограф – это прибор, который может быть использован для измерения изменения нагрузки во время насосного цикла. Существует множество типов динамографов, но их все можно разделить на несколько классов в зависимости от принципа действия: механические, гидромеханические, электрические, электронные и другие.

Когда дело доходит до динамометрирования штанговых глубиннонасосных установок, на сегодняшний день наиболее популярными являются электронные устьевые динамографы, которые реализуют измерительные системы двух классов: стационарные (для постоянного контроля) и нестационарные (для оперативных измерений).

В России стационарные системы контроля ограничены в использовании на промыслах. Они используются в условно распределенных телеметрических системах контроля и управления, а также в локальных системах автоматики для скважин и кустов.

Основные объемы контроля

Основные объемы контроля состояния штанговых глубиннонасосных установок осуществляются по традиционной технологии с помощью оперативных исследований на основе нестационарных систем измерений. Нестационарные системы динамометрирования используют как прямые, так и косвенные методы контроля нагрузки и перемещения полированного штока.

Косвенные методы измерения

В современных условиях практически все производители динамографов предлагают свои модели, основанные на косвенных методах измерения. Такие измерительные системы ориентированы на относительные измерения, то есть на контроль изменения параметра во времени, а не на его абсолютное значение.

Системы, использующие накладные датчики устьевых штанговых глубиннонасосных установок для контроля изменения нагрузки на полированный шток, получили наибольшее распространение. Такие динамографы могут измерять разность нагрузок между двумя точками динамограммы в тоннах, но не могут определить абсолютное значение нагрузки в каждой точке.

Пример динамографа

Один из примеров такого динамографа – моноблочный динамограф СИДДОС-мини компании СИАМ. Он оснащен накладным на полированный шток датчиком ускорения, который контролирует перемещение штока при различных режимах работы станка-качалки.

## Динамограф

Динамограф работает по внутренней программе, управляемой встроенным микропроцессорным контроллером. Он синхронизирует работу всех элементов, обрабатывает информацию с первичных датчиков, отображает режимы работы и результаты контроля на цифровом дисплее, сохраняет параметры и результаты измерений в долговременную память, а также обеспечивает связь с внешними устройствами, такими как компьютер или визуализатор.

При контроле динамограмм динамограф устанавливается на нерабочую часть полированного штока под траверсами подвески УШГН. В приборе используется метод пересчета изменения диаметра штока в изменение нагрузки штока с одновременной регистрацией перемещения штока. Показания акселерометра используются для расчета периода качания балансира УШГН и длины хода подвески. 
В течение исследования данные, полученные с накладного датчика, обрабатываются и записываются в память. При обработке данных производится фильтрация, расчет нагрузки в зависимости от диаметра полированного штока, рассчитывается перемещение полированного штока, вычисляется максимальная и минимальная нагрузка на полированный шток, регистрируется темп качания балансира (кач/мин).

Накладные динамографы являются одним из самых простых и оперативных средств для контроля нарушений и оценки эффективности работы УШГН. Они надежны и не требуют значительно нагруженных механизмов. Однако, у них есть свои ограничения.

В результате, косвенные методы динамометрирования, включая накладные динамографы, имеют свои особенности, которые ограничивают возможности их использования для контроля нарушений и оценки эффективности работы УШГН.

## Прямые методы измерения

Прямые методы измерения нагрузок на штоки являются одним из самых точных и разрешающих способов контроля в технической сфере. Они реализуются в межтраверсных динамографах, которые монтируются в пространство между траверсами и штоком.

Одним из главных преимуществ прямых методов является возможность контроля абсолютных значений нагрузок на штоке и его перемещения. Это позволяет обеспечить более высокую точность и разрешающую способность, поскольку исключается влияние неконтролируемых факторов.

Динамографы с прямыми методами измерения не имеют недостатков, характерных для накладных динамографов, и обеспечивают эффективный контроль следующих дополнительных данных для интерпретации динамограмм:

- Период качания балансира УШГН
- Длина хода подвески
- Максимальная и минимальная нагрузка на шток
- Темп качания балансира (кач/мин)

Недостатки межтраверсных динамографов с прямыми измерениями включают более длительные процессы монтажа и демонтажа, а также наличие нагруженных механических узлов, требующих периодического обслуживания и смены изношенных деталей. Раньше для монтажа и демонтажа таких динамографов требовалась разгрузка подвески колонны штанг, но сейчас используются динамографы со встроенными или внешними подъемными механизмами, позволяющими проводить монтаж динамографа без разгрузки подвески.

Несмотря на некоторые недостатки, преимущества прямых измерений при динамометрировании неоспоримы.

### Исследование глубинно-насосных установок

Исследование динамометрии глубинно-насосных штанговых установок

Основой для исследования глубинно-насосных штанговых установок является динамометрия. Динамометрия представляет собой метод эксплуатационного контроля подземных установок и является основой для установления правильного технического режима работы насосной установки.

Принцип динамометрии

Суть метода заключается в использовании динамометра для измерения нагрузки на сальниковый (полированный) шток без подъема насоса над землей. Нагрузка записывается на бумаге в виде динамограммы – диаграммы шагов вверх и вниз в зависимости от перемещения поршневого штока.

Контроль работы и анализ динамограммы

Контроль работы станции на основе динамограммы включает выявление причин снижения откачки и простоев, выбор и выделение необходимых подземных ремонтов, проверку качества проведенных ремонтов. При длительной эксплуатации анализ динамограммы используется для выбора режима работы, обеспечивающего требуемый отбор жидкости при минимальных затратах энергии.

Теоретическая динамограмма и обработка данных

Простейшая теоретическая динамограмма для нормальной работы подземного насоса имеет прямоугольную форму. Реальная работа на форму динамограммы влияют силы инерции и трения в системе. Вычисление элементов теоретической динамограммы и совмещение их с практической динамограммой называется обработкой динамограммы.

Измерение и показатели

Для измерения усилий и перемещения по динамограмме необходимо определить нулевую линию и величины силы и перемещения. Нулевая линия – линия при отсутствии нагрузки. Динамограмма позволяет выявить коэффициенты заполнения и подачи насоса.

Динамограммы и рабочие характеристики

Динамограммы играют важную роль в определении рабочих характеристик глубинных насосов и оборудования. Так, на рисунке представлена типичная динамограмма насоса.

Известны гидравлические, механические и электрические динамографы. На следующем рисунке показана принципиальная схема карманного гидравлического динамометра ИКГН-1 (ГДМ-3).

Он состоит из двух основных частей: измерительной и регистрирующей. Измерительная часть состоит из месдозы 11 и рычага 12. Полость месдозы 10, заполненная жидкостью (спиртом или водой), перекрывается латунной или резиновой мембраной, на которую опирается поршень 9.

Карманный гидравлический динамометр предназначен для работы со стандартными канатными подвесками типов ПКН-3, ПКН-5 и ПКН-10. Измерительная часть прибора вставляется между стойками штанги канатной подвески, и тяговое усилие штанги преобразуется в силу, сжимающую месдозу. Одновременно рычаг 12 толкает поршень 9 и внутри полости месдозы эти силы преобразуются в давление жидкости, которое через капилляр 8 воспринимается манометрической спиральной пружиной 7. При увеличении давления пружина разжимается, и соединенная с ней ручка 6 натягивает грузовую линию.

При движении динамометра вверх катушка 1, прикрепленная одним концом к неподвижной части устьевого устройства, сматывается со шкива 2 и вращается вместе с рабочим винтом 3. Одновременно рабочая гайка вместе с шагом перемещается вверх по направляющей 4.

Внутри полости винта установлена возвратная спиральная пружина. При движении вверх пружина сжимается, а при движении вниз пружина разжимается, возвращая ступеньку в исходное положение. Таким образом, фигурная ступенька в некоторой степени повторяет движение наполнительного стержня. Меняя шкивы, можно регистрировать движения в масштабах 1:15, 1:30 и 1:45. Предельные усилия составляют 40, 80 и 100 кН.

Развитие автоматизации и дистанционного управления в нефтедобыче привело к широкому использованию телевизионных динамометров с манометрами фиксированной длины. Телевизионные динамометры выпускаются в виде различных систем с различными конструкциями датчиков, линиями связи с динамометром и электрическими схемами динамометров. Все системы имеют датчики нагрузки и перемещения в каждом запорном узле и компьютер с программным обеспечением в центре управления для диагностики технического состояния скважинного оборудования.

Зарубежным аналогом динамометра является Reutert (Германия). Основное отличие – использование в измерительном элементе сильфона вместо пружины; компания "Ehometer" (США) предлагает динамометры, измерения которых проводятся на портативном компьютере.

Измерение уровня жидкости в скважине необходимо для исследования насосного оборудования, в частности, для того, чтобы убедиться, что насосное оборудование должным образом погружено ниже уровня жидкости.

Статический уровень жидкости – это уровень жидкости в закрытой скважине, где давление на дно скважины равно давлению пласта.

Динамический уровень жидкости – это уровень жидкости в активной скважине (в данном случае с глубинно-насосным оборудованием).

Для измерения расстояния от устья скважины до динамического уровня жидкости используются звуковые методы.

Наиболее широко используются различные эхолоты, например, ЭП-1 для скважин с затрубным давлением 0,1 МПа. Принцип работы этих установок заключается в том, что в затрубное пространство пневматической пушкой или взрывчаткой посылается акустический импульс. Этот импульс отражается от поверхности жидкости и возвращается к отверстию в виде эха, которое воздействует на термофон, где преобразуется и усиливается в электрический импульс, который затем записывается щупом на движущейся бумажной ленте.

Зная скорость распространения звука в кольце, расстояние Hдин от поверхности жидкости можно рассчитать по следующему уравнению:

Тp – время прохождения волны до репера, с;

Туp – время прохождения волны до уровня, с;

υ – скорость распространения звука в затрубном пространстве, м/с.

Репер представляет собой отрезок трубы большего диаметра, чем трубопровод, чтобы перекрыть кольцевой зазор на 60-65%, и размещается на 50-100 м выше требуемого уровня. Длина секции (для скважин глубиной до 300 м) составляет около 5 м. Глубина репера определяется путем измерения длины трубы рулеткой.

В последнее время для эхолокации в откачиваемых скважинах используются безреперные системы. В этих условиях скорость звука определяется расчетным методом на основе газового состава среды. Для измерения уровня жидкости, находящейся под давлением в пространстве за трубой, Ю.А. Балакиров разработал метод волнового измерения. Импульсы генерируются специальным устройством, состоящим из термофона и полой оболочки, через которую возбудитель сообщается с затрубным пространством скважины.

Волновые измерения производятся с помощью эхометра ЭМ-52, который может измерять динамический уровень скважины до 4000 м при давлении в затрубном пространстве 7,5 МПа.

Динамометр и эхометр являются основным оборудованием для исследования установки глубокого бурения, также в затрубное пространство спускается оборудование для измерения давления и температуры.

Давление и температура измеряются вдоль ствола скважины и в стволе с помощью встроенных манометров и скважинных термометров.

Наиболее широко используются манометры максимальной глубины и скважинные манометры, которые непрерывно регистрируют показания. Первая группа манометров называется манометрами максимального давления, так как они регистрируют только наибольшее давление в интервале измерения; вторая группа манометров имеет часовой механизм и может регистрировать давление непрерывно.

Глубинные манометры выпускаются в двух конструкциях:

В поршневом манометре давление передается исполнительному элементу через поршень, а в геликсном – через винтовую манометрическую пружину-геликс.

Поршневые манометры

Пределы измерений, МПа 2,5-25;4-40;1-18 0,1-5;0,5-12;1-25 0,2-4;0,3-6;0,4-8;0,8-18;1-20;1,2-25;1,5-30

Максимальная рабочая температура, °С 130 60 100

Приведенная погрешность, % ±1,5 ±0,5 ±0,1÷0,25

Принципиальная схема поршневого манометра МГП показана на рисунке справа.

При прохождении жидкости через фильтр 5 и камеру манометра измеренное давление действует на поршень 3, который перемещается внутри самоуплотняющегося сальника. Давление, действующее на поршень, уравновешивается натяжением пружины растяжения цилиндра 4. Один конец пружины неподвижен, а другой жестко соединен с поршнем. Движение поршня, пропорциональное воспринимаемому давлению, фиксируется на диаграмме пером 7, вставленным в барабан 2, который приводится в движение часовым механизмом 1. Осевое перемещение поршня пера и вращательное движение барабана часового механизма фиксируют на графике изменение давления во времени. В качестве рабочей жидкости для заполнения внутренней полости манометрического блока используется спиртовой раствор жидкого мыла. Для контроля температуры внутри скважины во время измерения давления внутри корпуса прибора помещается ртутный термометр с максимальным значением 6.

Глубинный манометр МГП выпускается с различными пределами измерения давления, с наибольшим пределом от 0 до 35 МН/м2. Диапазон измерения температуры составляет от 10°C до 100°C. Диаметр манометра составляет 32 мм, поэтому он может проходить через трубу диаметром 60 мм.

Геликсные манометры

Пределы измерений, МПа 6,3; 16; 25 10; 16; 25; 40; 60; 80; 100

Максимальная рабочая температура, °С +100 +160÷250

Приведенная погрешность, % ±0,5 ±0,25÷0,4

Схема глубинного геликсного манометра МГГ (рисунок справа): 1 – подвеска для проволоки; 2 – часовой привод; 3 – ходовой винт; 4 – корпус; 5 – трубчатая пружина (геликс); 6 – стержень; 7 – капилляр; 8 – сильфон; 9 – термометр; 10 – входное отверстие; 11 – ось (с пером); 12 – барабан (с бумажным бланком)

Давление среды через отверстие 10 в корпусе прибора воздействует на сильфон 8, который заполнен жидкостью. Внутренняя полость сильфона через канал в стержне 6 и капилляр 7 сообщается с внутренней полостью витой трубчатой (геликсной) пружины 5.

Для штанговой эксплуатащии используются манометры МПМ-4, ДЛПМ-2М и термометры типа "Сириус", при этом НКТ должны быть расположены эксщентрично.

По давлению и температуре на забое и различных глубинах по стволу скважины можно судить о характере прощесса добычи нефти и состояния скважин.

Глубинные термометры

Пределы измерений, МПа 0-30; 0-40; 0-60 0-60; 20-100; 40-140; 80-180; 120-220; 150-250

Максимальное рабочее давление, МПа 30 до 100

Приведенная погрешность, % 1,5 0,2-1,0

Не нашли нужную информацию? Воспользуйтесь поиском по сайту

Станок-качалка (УШГН)

Штанговые глубинные насосы (ШГН) представляют собой устройства, при помощи которых можно откачивать жидкие среды из скважин, характеризующихся значительной глубиной. Эти насосы наиболее часто используют для добычи нефти.

Станок-качалка — тип наземных приводов скважинных штанговых насосов при эксплуатации нефтяных скважин. Операторы по добыче нефти и газа определяют этот привод как «индивидуальный механический привод штангового насоса». По сути, станок-качалка является приводом штангового насоса, расположенного на дне скважины. Использование штангового насосного оборудования является одним из наиболее популярных способов откачивания нефти: около 70 % действующих нефтеносных скважин обслуживают именно штанговые насосы. Нефтяная скважина, оборудованная штанговым глубинным насосом — это именно та самая, всем известная «качалка», фотографию которой используют наиболее часто, говоря о нефтедобыче. УШГН – наиболее старый и распространенный в мире вид механизированной эксплуатации нефтяных скважин, это наиболее «фактурное» нефтедобывающее оборудование. Во мире сейчас находится в эксплуатации около 2 миллионов нефтяных скважин. УШГН оснащены примерно 750 000 из более чем 1 миллиона скважин, где применяют тот или иной способ механизированной добычи.

УШГН работает по принципу поршневого устройства: при помощи возвратно-поступательных движений наземного привода через колонну насосных штанг глубинный насос поднимает нефть к поверхности. Станок-качалка приводится в движение при помощи электрического двигателя через клиноременную передачу. Применяются и другие типы приводов для ШГН: цепной привод, гидравлический привод, длинноходовой привод, но назначение у всех одно – привести в движение колонну штанг, обеспечив работу глубинного насоса.

Принцип работы глубинных штанговых насосов

Ведущая роль в добыче «черного золота» по-прежнему принадлежит станкам-качалкам, которые используются на нефтепромыслах России и зарубежья вот уже более 80 лет. Эти станки в специальной литературе чаще называются приводами штанговых глубинных насосов, но аббревиатура ПШГН не особенно прижилась, и их по-прежнему именуют станками-качалками. По мнению многих нефтяников, пока по настоящему не создано другого более надежного и простого в обслуживании оборудования, чем эти приводы.

В компании CNPS вы можете заказать любое оснащение и оборудование для добычи нефти. В ассортименте компании есть и станки-качалки со всем необходимым дополнительным оборудованием.

Будьте первым, кто оставил отзыв на “Станок-качалка (УШГН)”