Динамометрирование скважин, оборудованных СШНУ

СОДЕРЖАНИЕ

Введение……………………………………………………………………………...2

Динамометрирование. Общие сведения……………………………………………3

Динамографы, их виды и принцип действия………………………………………4

Простейшая  теоретическая динамограмма нормальной работы УШГН…….......8

Динамограммы  нормальной работы………………………………………………13

Образцы динамограмм  работы УШГН с разными видами неисправностей…...14

Заключение………………………………………………………………………….18

Список  литературы…………………………………………………………………19

 

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время основным техническим средством диагностирования установок скважинных насосов в  процессе их эксплуатации остается динамометрирование. В нефтепромысловой деятельности этому  вопросу уделяется первостепенное внимание, поскольку своевременное  определение качественных и количественных показателей работы глубиннонасосного  оборудования позволяет эксплуатировать  скважины с наименьшими недоборами продукции и минимальными экономическими издержками.

Правильная и своевременная  диагностика работы глубиннонасосного  оборудования позволяет добиться бесперебойного функционирования установки ШГН, обеспечить оптимальный режим отбора нефти  из пласта, вовремя выявить нарушения  в работе установки и выбрать  рациональный метод их устранения, что положительно скажется на процессе добычи нефти из скважины и продлению  межремонтного периода установки.

 

 

ДИНАМОМЕТРИРОВАНИЕ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

В процессе работы установки штангового глубинного насоса на трубы и штанги действуют разнообразные нагрузки:

1. Статические  силы веса штанг, труб и столба  жидкости.

2. Архимедова  сила, действующая на штанги, погруженные  в жидкость, и уменьшающая вес  штанг.

3. Сила инерции  движущихся масс штанг, столба  жидкости и труб.

4. Силы упругости  материала штанг, труб и столба  жидкости.

5. Силы трения.

Измерение нагрузок осуществляется специальным  прибором, называемым динамографом. Динамограф — прибор, регистрирующий на специальном бланке изменение нагрузки на штанги за время насосного цикла.

Графическая зависимость нагрузки, действующей  в каком-либо сечении штанг в  течение насосного цикла (ход вверх — ход вниз) как функция перемещения этого сечения, называется динамограммой.

Изменение нагрузки, действующей на полированный шток за одно качание балансира станка-качалки, является результатом сложного взаимодействия большого числа различных факторов. Каждый фактор вызывает свойственное ему изменение нагрузки на полированный шток и соответствующим образом изменяет конфигурацию динамограммы.

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.

Динамограмма  позволяет выявить качественные показатели работы глубиннонасосной установки: пропуски через нагнетательный и  всасывающий клапаны, влияние газа, низкую и высокую посадку плунжера, прихват плунжера, утечку жидкости из труб и т.д.

По динамограмме можно определить и количественные показатели работы глубиннонасосной установки: величину нагрузки на полированный шток в любой момент его движения, амплитуду  нагрузки, коэффициент подачи, ориентировочный  дебит и др.

 

ДИНАМОГАФЫ, ИХ ВИДЫ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

Динамограф  — прибор, регистрирующий на специальном  бланке изменение нагрузки за время  насосного цикла. Существует много  типов динамографов, но все они  по принципу действия могут быть разделены  на несколько классов: механические, гидромеханические, электрические, электронные  и др.

Для динамометрирования штанговых глубиннонасосных установок  в настоящее время используются электронные устьевые динамографы, реализующие измерительные системы  двух классов:

• стационарные (постоянный контроль);
• нестационарные (оперативные измерения).

На  промыслах России применение стационарных систем ограничено. Они используются в условно распределенных «телеметрических»  системах контроля и управления, а  также в локальных системах (скважинной и кустовой) автоматики.

Основные  объемы контроля состояния ШГНУ реализуются  по традиционной технологии за счет оперативных  исследований на основе нестационарных систем измерений.

Нестационарные  системы динамометрирования используют прямые и косвенные методы контроля нагрузки и перемещения полированного штока.

 

Косвенные методы

В настоящее время практически  все производители динамографов имеют своей номенклатуре динамографы, реализующие косвенные методы измерения.

Измерительные системы данного класса в основном ориентированы на относительные  измерения. Это означает, что контролируется изменение параметра во времени, а не его абсолютное значение. К примеру, динамограф может измерить разность нагрузок между двумя точками динамограммы в тоннах, но не может измерить абсолютное значение ни в одной из точек динамограммы.

Среди косвенных методов контроля наибольшее распространение получили системы, в которых используются закрепляемые на полированном штоке УШГН датчики, контролирующие изменение нагрузки штока по изменению его диаметра (так называемые «накладные» динамографы типа «СИДДОС-мини»). При этом положение штока, как правило, контролируется на основе показаний акселерометра (по ускорению рассчитываются сначала скорость, затем перемещение).

Рассмотрим, как функционирует накладной  динамограф на примере моноблочного динамографа «СИДДОС-мини» фирмы СИАМ (рис. 1) с накладным на полированный шток датчиком ускорения для контроля перемещения. Прибор предназначен для регистрации изменения во времени нагрузки на полированный шток  и его перемещения при различных режимах работы станка-качалки.

Рис. 1.

Накладной динамограф «СИДДОС-мини»

 

Динамограф  работает по внутренней программе под  управлением встроенного микропроцессорного контроллера, который синхронизирует работу всех элементов, осуществляет обработку  информации с первичных датчиков, отображает режимы работы и результаты контроля на цифровом дисплее, заносит параметры и результаты измерений в долговременную память, а также обеспечивает связь с внешними устройствами (компьютер, визуализатор).

При контроле динамограмм динамограф  устанавливается непосредственно  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,  которое рассчитывается по показаниям встроенного в прибор акселерометра с расчетом 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).

Основные положительные свойства накладных динамографов:

• простота технологии и оперативность измерений;
• надежность, обеспечиваемая отсутствием значительно нагруженных механизмов.

Однако  косвенному методу контроля (соответственно накладному динамографу) присущи некоторые  основные ограничения, которые не позволяют  использовать накладные динамографы  как универсальное средство для  динамометрирования:

• зависимость результатов контроля от геометрических размеров и физических свойств полированного штока;
• невозможность контроля перемещений при невысоких темпах качания (около 3 кач/мин) из-за низкой разрешающей способности акселерометра;
• контролируемые динамографом параметры чувствительны не только к измеряемым нагрузкам и перемещениям, но и к таким неконтролируемым параметрам, как невертикальность движения штока и его изгиб;
• накладной динамограф контролирует относительные, а не абсолютные значения нагрузки на полированный шток, что, в свою очередь, не позволяет корректно произвести расчет максимальных и минимальных напряжений в колонне штанг.

Таким образом, мы видим, что косвенные  методы динамометрирования, а значит, и накладные динамографы, имеют  ряд особенностей, ограничивающих возможности  их использования для контроля нарушений  и оценки эффективности работы УШГН.

 

Прямые  методы

Прямые  методы измерения подразумевают контроль абсолютных значений нагрузок на шток и его перемещения. По сравнению с косвенными методами, они потенциально имеют лучшие точность и разрешающую способность, так как в них проще реализовать независимость показаний от неконтролируемых факторов.

Прямые  методы измерения реализуются в  так называемых «межтраверсных» динамографах, которые монтируются в пространство между траверсами, соединяющими канатную подвеску с полированным штоком.

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

• повторных динамограмм после кратковременной остановки ШГНУ или долива дополнительной жидкости в межтрубное пространство;
• статических нагрузок для построения линий веса штанг в жидкости и веса штанг с жидкостью;
• дополнительный контроль проявлений утечек после остановки УШГН на графиках изменения статических нагрузок во времени.

Среди основных недостатков межтраверсных  динамографов с прямыми измерениями  по сравнению с накладными динамографами  можно выделить более продолжительные  процессы монтажа и демонтажа; наличие  нагруженных механических узлов, требующих  периодического обслуживания и смены  изношенных деталей. До некоторого времени  данный тип динамографов имел еще  один существенный недостаток: для  его монтажа и демонтажа была необходима разгрузка подвески колонны  штанг. Однако для двухтраверсных подвесок в настоящее время используются динамографы со встроенными или внешними подъемными механизмами, позволяющими проводить монтаж динамографа без разгрузки подвески. Например, в комплектацию динамографов «СИДДОС-автомат», «Квантор» входят траверсные домкраты.

Представленные  недостатки не ограничивают возможности  использования динамографов с прямыми  измерениями как основного и  даже универсального инструмента для  решения задач динамометрирования УШГН.

Таким образом, основными преимуществами прямых измерений при динамометрировании являются:

• контроль абсолютных значений нагрузок и перемещения штока;
• выполнение всех видов контроля статических нагрузок, в том числе косвенного контроля наличия утечек;
• исключение искажений динамограмм, связанных с изгибом штока, ударами в подвеске, инерционностью и температурной чувствительностью узлов измерительной схемы динамографа, а также низкой разрешающей способностью.

Все больше предприятий выходит на рынок  производителей электронных динамографов. Наибольшее признание и распространение  получили приборы семейства «СИАМ», «Микон», «Автон», «Квантор».

 

 

ПРОСТЕЙШАЯ ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ДИНАМОГРАММА НОРМАЛЬНОЙ РАБОТЫ УШГН

Рассмотрим  простейшие условия работы штангового глубинного насоса, которые характеризуются:

• полной исправностью насосной установки;
• абсолютной герметичностью;
• отсутствием погружения под уровень жидкости;
• полным заполнением дегазированной жидкостью;
• отсутствием инерционных нагрузок;
• отсутствием сил трения.

Соответствующая этим условиям динамограмма носит название простейшей теоретической динамограммы нормальной работы штанговой глубиннонасосной установки.

На  практике получить такую динамограмму нельзя из-за невозможности полного  соблюдения практически всех перечисленных  условий. Несмотря на это, простейшая теоретическая  динамограмма незаменима для интерпретации  практических динамограмм.

Обработка динамограммы сводится к следующему:

1) на основании данных практической  динамограммы строится простейшая  теоретическая динамограмма нормальной работы (ПТДНР);

2) контур фактической динамограммы сопоставляется с контуром теоретической динамограммы;

3) сравнением динамограмм выявляются  характерные отличия фактической  динамограммы от теоретической;

4) по выявленным отличиям определяются  осложнения в работе подземного  оборудования;

5) исходя из определенных осложнений разрабатываются рекомендации по оптимизации работы УШГН.