5.16. Динамограммы

Динамограмма представляет собой замкнутую фигуру, раз­меры которой зависят от действующих усилий и длины хода полированного штока (при выбранных масштабах измерения G и S). Форма динамограммы связывается с работой всей глубинно-насосной установки (ее подземной части) и отражает нарушения в различных элементах подземного оборудования. Динамометрирование позволяет оперативно устанавливать нарушения в работе установки и принимать соответствующие меры.

1.Теоретические динамограммы

Простейшая теоретическая идеальная динамограмма, за­фиксированная у плунжера при нормальной работе глубинного насоса, представлена на рис. 5.18, а. Точка А характеризует на­чало хода плунжера вверх, когда нагнетательный клапан закрыт, а всасывающий — открыт и на плунжер действует нагрузка G_n, величина которой определяется точкой В. Таким образом, линия АВ — это линия восприятия нагрузки на плунжер при

Рис. 5.18. Простейшие теоретические динамограммы при статическом режиме работы установки:

а - зафиксированная у плунжера; б - зафиксированная в точке подвеса

начале хода вверх. В течение всего хода вверх (линия ВС) на­грузка остается постоянной. В точке С (начало хода плунжера вниз) нагнетательный клапан открывается, а всасывающий — закрывается, и нагрузка G_n с плунжера передается на трубы (линия CD). В течение всего хода вниз (линия DA) нагрузка на плунжер остается постоянной.

При фиксировании динамограммы в ТПШ вид динамо­граммы изменяется, что связано с особенностями восприятия нагрузки колонной штанг, являющейся упругой системой. Для статического режима при нормальной работе глубинного насоса динамограмма в ТПШ имеет вид, представленный на рис. 5.18, б. Точка А соответствует началу хода полированного штока вверх. Плунжер насоса остается неподвижным в течение определенного времени (нагнетательный клапан закрыт), и происходит начальная деформация штанг и труб (линия АВ). В точке В всасывающий клапан открыт, нагрузка на штанги стабилизируется и остается постоянной в течение хода вверх (линия ВС). В точке С полированный шток (ТПШ) начинает двигаться вниз. Всасывающий клапан закрывается, а через определенное время открывается нагнетательный. Нагрузка

Рис. 5.19. Влияние на форму динамограммы инерци­онных и вибрационных процессов

в ТПШ снижается (линия CD), штанги сокращаются, а трубы удлиняются (упругие деформации штанг и труб). В точке D нагрузка на штанги стабилизируется и остается постоянной в течение всего хода вниз (линия DA). На динамограмме нане­сены нагрузки от сил трения при ходе вверх и вниз. Нагрузки, действующие в установке при статическом режиме работы, нанесены на динамограмме рис. 5.18, б.

Более сложными становятся динамограммы с учетом инер­ционных и вибрационных нагрузок. На рис. 5.19 показаны все нагрузки, действующие в системе при ходе вверх и вниз.

Теоретические динамограммы могут быть построены только для некоторых случаев. В практической деятельности расшифровка динамограмм требует индивидуального квали­фицированного анализа. В настоящее время для расшифровки динамограмм используется метод сравнения, базирующийся на адекватной математической модели работы глубинно-насосной установки. Суть этого метода заключается во введении в модель любой неисправности в любом элементе глубинно-насосной установки, которая отражается на модельной динамограмме. Сравнение фактической (промысловой) динамограммы с мо­дельной позволяет установить характер неисправности. Такой подход позволяет с помощью математической модели построить необходимое количество модельных динамограмм, используя которые можно устанавливать по виду практической динамо­граммы неисправность.

2. Практические динамограммы

Рассмотрим некоторые практические динамограммы, кото­рые дешифруются при использовании простейшего анализа.

Влияние свободного газа, попадающего в цилиндр насоса при такте всасывания (рис. 5.20).

Эти динамограммы отличаются характером процесса раз­грузки колонны штанг при ходе вниз. Если под плунжером на­соса имеется свободный газ, то при ходе плунжера (штанг) вниз замедляется процесс разгрузки штанг вследствие сжимаемости газожидкостной смеси в цилиндре насоса. При этом вид дина­мограммы зависит от давления на приеме насоса. При малых давлениях на приеме получают динамограмму, показанную на рис. 5.20, а, а при больших — динамограмму, показанную на рис.

Рис. 5.20. Динамограммы для случая влияния свободного газа:

а - динамограммы при небольших давлениях у приема на­соса, причем линия 1 при Р_пр1, 2 - Р_пр2, 3 - при Р_пр3 (Р_пр1> Р_пр2> Р ), линия 4 - срыв подачи насосом; б - динамограмма при большом давлении у приема насоса

5.20, б. По мере роста объема свободного газа в цилиндре насоса площадь динамограммы уменьшается (линии 1,2,3 на рис. 5.20, я), а при срыве подачи вследствие свободного газа динамограм­ма приобретает следующий вид (линия 4 на рис. 5.20, а).

Превышение подачи установки над притоком. Очень часто по форме динамограммы при влиянии свободного газа похожи на динамограммы, когда подача насоса превышает приток про­дукции в скважину и давление на приеме резко снижается. В этом случае необходимо проследить за формой динамограмм, фиксируемых последовательно одна за другой после кратков­ременной остановки скважины. В случае превышения подачи насоса над притоком продукции в скважину первая после оста­новки скважины динамограмма покажет полное заполнение цилиндра при такте всасывания (рис. 5.21, динамограмма 1). Последовательно фиксируемые динамограммы 2, 3 и 4 будут принимать форму, характерную для влияния свободного газа.

Рис. 5.21. Динамограмма при превышении притока продукции в скважину:

1 - нормальное заполнение цилиндра при такте всасывания (после остановки скважины); 2, 3, 4 - динамограммы, фикси­руемые через определенные промежутки времени после снятия первой динамограммы

Нарушение герметичности насоса, связанное с утечками в нагнетательной части насоса (нарушение герметичности нагнетательных клапанов или пары «цилиндр-плунжер»), ха­рактеризуется выполаживанием линии восприятия нагрузки штангами при ходе вверх, большей крутизной линии разгрузки штанг и скруглением линии нагрузки в точках С и D (рис. 5.22, а). Утечки в приемной части насоса (нарушение герметичности всасывающего клапана или посадочного конуса вставного насо­са — при нижней посадке) характеризуются выполаживанием линии разгрузки штанг при ходе вниз, большей крутизной линии восприятия нагрузки штангами и скруглением линии нагрузки в точках А и В при ходе вверх (рис. 5.22, б).

Неправильная посадка плунжера насоса отражается на динамограммах по-разному. Удар плунжера о нижний (вса­сывающий) клапан или низкая посадка плунжера вследствие неправильной подгонки длины штанг при монтаже проявляется на динамограмме петлей в нижнем левом углу ее (рис. 5.23, а). Срыв нижнего конуса захватным штоком при высокой посадке плунжера проявляется на динамограмме в виде петли в правом верхнем углу и характерными изменениями нагрузки при ходе

Рис. 5.22. Динамограммы при нарушении герметичности насоса: а - утечка в нагнетательной части насоса; б - утечка в приемной части насоса

вниз, определяемыми колебаниями колонны штанг вследствие удара в момент посадки конуса (рис. 5.23, б).

Рис. 5.23. Динамограммы при неправильной посадке плунжера в цилиндре насоса:

а - при ударе плунжера о всасывающий клапан; б - высокая посадка плунжера и срыв нижнего конуса захватным штоком

Обрыв штанг (отворот плунжера) характеризуется на динамограмме незначительной разницей в нагрузках при ходе вверх и вниз, т.е. динамограмма имеет форму узкой горизон­тально расположенной петли (рис. 5.24), которая располагается на уровне нагрузки от веса штанг в продукции скважины, если произошел отворот плунжера или обрыв штанг у плунжера (рис. 5.24, а). Местоположение такой динамограммы связано с

местом обрыва: петля располагается между нулевой нагрузкой и нагрузкой от веса штанг в продукции (рис. 5.24, б).

Рис. 5.24. Динамограммы при обрыве штанг (отвороте плунжера):

а - обрыв штанг у плунжера (отворот плунжера); б - обрыв штанг в середине штанговой колонны (динамограмма 1) и обрыв в верхней части колонны (динамограмма 2)

Заедание плунжера характеризуется на динамограмме значительным местным увеличением или снижением нагрузки в сравнении с нагрузками при нормальной работе установки. На рис. 5.25, а показана динамограмма с заеданием плунжера в конце хода вверх, а на рис. 5.25, б — когда заедание плунжера происходит в конце хода вниз.

Следует отметить, что динамометрирование штанговых глубинно-насосных установок является эффективным сред­ством контроля состояния системы и позволяет своевременно принимать необходимые меры в случае нарушения работы отдельных элементов. Кроме того, динамограмма позволяет рассчитывать с определенной точностью некоторые техноло­гические характеристики, хотя для этого необходимо обычную методологию снятия динамограмм дополнить регистрацией на­грузок, действующих в верхнем и нижнем мертвых положениях полированного штока, для чего в этих положениях необходима остановка станка-качалки.

Рис. 5.25. Динамограммы при заедании плунжера в цилиндре:

а - в конце хода вверх; б - в конце хода вниз