45. Кинематическая схема станка-качалки имеет вид (рис.1)

Рисунок 1. Кинематическая схема станка-качалки

Составим уравнения работы всех действующих сил за ход вверх и ход вниз. Считается работа положительной, если направление силы совпадает с направлением движения. На заднем плече балансира на расстоянии с от поры балансира поместим груз G, величину которого необходимо определить.

При ходе штанг вверх сумма работ всех сил равна

(1)

где - нагрузка при ходе вверх ; - растягивающая сила в шатуне.

Сумма работ всех сил при ходе штанг вниз равна

(2)

где - нагрузка при ходе вниз; - сжимающая сила в шатуне.

Из (1) определим

(3)

из (2) находим

(4)

По условиям уравновешенности электродвигателя, растягивающие и сжимающие усилия в шатуне должны быть равны, т.е. , тогда имеем с учетом (3) (4)

(5)

Отсюда находим G с учетом, что

(6)

Из формулы (6) следует, что для равноплечого балансира (а=в), если груз G поместить в точку соединения шатуна с балансиром (с=в), то вес контргруза G должен равняться весу штанг плюс половина веса столба жидкости ( ).

Формула (6) поясняет принцип уравновешивания станка – качалки.

При выводе формулы (6) не учитывался вес деталей станка – качалки: шатуна, кривошипа, верхней траверсы, неуравновешенной части самого балансира и др.

Например, вес двух шатунов и поперечной траверсы действует так, же как контргруз.

Если их общий вес равен G то, очевидно, никакого дополнительного груза для уравновешивания не потребуется.

Необходимый для уравновешивания груз G можно сосредоточить не только в точке А - точка соединения траверсы с балансиром, но в точке В - точке соединения шатуна с кривошипом. Также уравновешивающий груз можно перемещать вдоль кривошипа с учетом соответствующего соотношения длин рычагов.

В случае размещения груза на продолжении кривошипа, на расстоянии от R оси вращения, то вес контргруза необходимо уменьшить в r\R раз, который будет равен

(7)

Таким образом, уравновешивание станка- качалки можно обеспечить размещение необходимого контргруза либо на заднем плече балансира, либо на кривошипе. Поэтому различают балансирное, кривошипное и комбинированное уравновешивание.

Балансирное – уравновешивание применяется у станка – качалки малой грузоподъемности;

Кривошипное – у станка – качалки большой грузоподъемности;

Комбинированное – у станка – качалки средней грузоподъемности.

Балансирные контргрузы выполняются в виде чугунных пластин, навешиваемых на заднее плечо балансира.

Кривошипные контргрузы выполняются в виде полуовальных чугунных отливок-пластин, укрепляемых на кривошипах.

Для уравновешивания станка-качалки используются номограммы, в паспортной характеристике станка-качалки.

Однако определение веса контргруза и места его установки на кривошипе или балансире расчетным путем, с помощью форм или номограмм, не всегда обеспечивает наилучшее уравновешивание станка-качалки.

Это объясняется тем, что теоретически невозможно учесть все нагрузки, возникающие в звеньях станка- качалки, а также степень изношенности узлов качалки, к.п.д. всей установки, которые в теоретических формулах не учитывается, но существенно влияют на уравновешивание станка- качалки.

Окончательное уравновешивание осуществляется с помощью контролирования тока, потребляемого электродвигателем, при ходе головки балансира вверх и вниз. Стрелка амперметра, включенного в питающую двигатель электролинию, должна давать одинаковые максимальные отключения при ходе вверх и вниз.

46. Как рассчитывается теоретическая производительность ШСН

В практике для удобства обычно пользуются выражением условной теоретической производительности, исчисляемой по длине хода сальникового штока, замеряемой на поверхности. Тогда формула для определения условной теоретической производительности (в / сутки) примет вид

(6)

где 1440=24 · 60 мин в сутки

- площадь сечения плунжера в ;

S - длина хода, сальникового штока в м;

n- число качаний в минуту, сообщаемое штангам на поверхности.

Действительная производительность глубинного насоса, т.е. фактическое количество добытой жидкости (нефти), в промысловой практике всегда меньше теоретической.

47. Дефекты в работе ШСН

Динамометрия ШСНУ

Снятие диаграммы нагрузки на полированный шток в зависимости от хода называется динамометрией штанговой скважинной насосной установки и осуществляется силоизмерительным регистрирующим прибором-динамометром.

Снятые динамограммы сравниваются с теоретической, это позволяет выяснить отклонения от нормальной работы установки в целом и дефекты в работе самого ШСН. Динамограмма также позволяет уточнить режим откачки и возможности его улучшения.

Имеются динамографы механические, гидравлические, электрические, электромагнитные, тензометрические и др.

Наибольшее распространение получили гидравлические динамографы, в которых нагрузка на полированный шток передается через рычажную систему на упругую диафрагму камеры, заполненной жидкостью. Давление жидкости в камере, пропорциональное усилию в штоке, по капилляру передается геликсиной пружине.

При увеличении давления геликсная пружина разворачивается и поворачивает перо, которое чертит линию на бумажном бланке, закрепленном на подвижном столике или барабане.

Перемещение столика пропорционально ходу полированного штока. Таким образом, смещение пера, пропорциональное усилиям в штоке, соответствует оси координат, а смещение столика, пропорциональное ходу штока- оси абсцисс.

Стандартное оборудование ШСНУ предусматривает возможность установки динамографа в разъеме между траверсами канатной подвески. Приводной механизм столика или барабана, с помощью шнура соединяется с неподвижной точкой – сальником устьевого оборудования.

При движении штока вверх шнур разматывается со специального шкива, который при этом поворачивается на несколько оборотов, вращая червячный ходовой винт, и перемещает столик. Одновременно при этом заводится спиральная возвратная пружина. При обратном ходе столик возвращается в исходное положение с помощью возвратной пружины, вращающий червяк и шкив в обратном направлении. Шнур при этом наматывается на шкив, оставаясь в натянутом состоянии. К прибору придается три сменных шкива различного диаметра. Это позволяет получить три различных масштаба хода.

Динамограмма и ее интерпретация

Теоретическая динамограмма имеет вид параллелограммы (сплошная линия) совместная с фактической (пунктирная линия), нормально работающей штанговой насосной установки при малых глубинах и в условиях отсутствия газа. Точка а соответствует нижней мертвой точке (н.м.т.) Линия аб соответствует деформации штанг и труб и отражает процесс восприятия штангами нагрузки от веса жидкости. Это происходит при перемещении штока на величину , начиная от н.м.т.

Линия ав соответствует полезному ходу плунжера, во время которого статическая нагрузка шток равна весу штанг и жидкости.

Точка в соответствует верхней мертвой точке (в.м.т.)

Рисунок 1. Теоретическая динамограмма (сплошная линия), совмещенная с фактической (пунктирная линия), нормально работающей штанговой насосной установки при малых глубинах

Линия вга соответствует ходу вниз, при котором штанги и трубы деформируются, но в обратном порядке, так как нагнетательный клапан открывается, штанги при этом теряют нагрузку и сокращается, а трубы ( всасывающий клапан закрывается ) приобретают ее и удлиняются.

Реальная динамограмма всегда отличается от теоретической.

Превышение пунктира над линией бв означает появление дополнительных нагрузок, связанных с инструкцией системы и трением, этим объясняется снижение пунктирной линии по отношению линии г а при ходе вниз.

Изучение снятой динамограммы и ее сопоставление с теоретической, позволяет выяснить ряд дефектов и неполадок в работе ШСКУ. Смещение точек б и г вправо (рис. 2, а) означает пропуски в нагнетательной части насоса в результате растягивания во времени процесса перехода нагрузки с труб на штанги. Пропуск с нагнетательной части приводит к заполнению объема цилиндра, высвобождаемого плунжером, перетекающей жидкостью и, таким образом, создает на плунжер подпор снизу. Чем больше утечки в нагнетательной части, тем сильнее смещение точек б и г вправо.

Смещение точек б и г влево (рис.2, б) означает пропуски в приемной части утечки жидкости в приемной части раньше времени снимают подпор плунжера снизу и штанги воспринимают вес жидкости быстрее.

Вредное влияние газа отражается (рис.2, в) на динамограмме плавным переходом от точки в к линии а г, что означает сжатие газа в цилиндре под плунжером.

Рисунок 2. Удар плунжера о всасывающий клапан отражается на динамограмме в виде короткого спада нагрузки вблизи н.м.т., ниже (рис.2, г)

Выход плунжера из цилиндра для невставного насоса отражается на динамограмме резким снижением нагрузки ниже в близи верхней мертвой точки в (рис.2, д).

Удары плунжера об ограничительную гайку цилиндра для вставного насоса отражается на динамограмме появлением пика у верхней мертвой точки в (рис.2 е).

Такая расшифровка динамограмм возможна в ограниченных случаях: малые глубины, жесткие штанги, малые диаметры плунжера.

При возникновении колебательных нагрузок динамограмма искажается. Это является результатом наложения на нормальную динамограмму нагрузок, вызванных колебательными процессами в штангах, которые в свою очередь есть интерференции собственных упругих колебаний штанг и вынужденных колебаний, вызванных работой станка-качалки.

Анализ расшифровка сложных динамограмм связанны с необходимостью перехода от динамограммы, снятой на верхнем конце колонны штанг (полированный шток), к динамограмме, соответствующий нижнему концу колонны и штанг.

Для подобной диагностики работы ШСНУ и получения глубинной динамограммы используют довольно сложную аналитическую обработку поверхностной динамограммы. При этом составляющие нагрузок, вызванные колебанием колонны штанг и их упругими деформациями, рассчитывают, и исключают при построении глубинной динамограммы.

На поверхностной динамограмме находят отражения все дефекты работы СК, шатунно-кривошипного механизма, в шпонках и зубьях редуктора и таким образом, динамометрирование штанговой скважинной насосной установки дает важную информацию о работе установки в целом.