2. Неисправности возникающие в клиноременной передаче.
При неправильной установке ремней они быстро изнашиваются и рвутся, что увеличивает расход ремней и следовательно, повышает затраты на эксплуатацию станка-качалки, вызывают остановку подачи жидкости на поверхность, что может сопровождаться замерзанием выкидной линии скважины, прихватом плунжера насоса, что в итоге уменьшает объем добычи нефти.
Эффективность работы одного из самых распространенных видов оборудования для механизированной добычи нефти - штанговых скважинных насосных установок зависит от очень многих факторов, определяемых как правильным выбором отдельных элементов оборудования, так и правильной эксплуатацией, обслуживанием и своевременным ремонтом оборудования. Подбор оборудования СШНУ и режимов ее эксплуатации определяется геолого-техническими данными скважины.
В тоже время дебит скважины, зависит от величины забойного и пластового давления, давления насыщения, газового фактора, обводненности нефти и некоторых других факторов изменяющихся в процессе эксплуатации. Проведение же постоянных замеров и расчетов требуют больших затрат времени и трудовых ресурсов. С другой стороны, несовершенство современных групповых замерных установок, не позволяющих достаточно точно определить дебит малопродуктивных, скважин также осложняет работы по повышению эффективности работы штанговых установок. Поэтому диагностирование работы СШНУ, позволяющее оперативно определить параметры работы оборудования является необходимым процессом, которому в последнее время уделяется все большее внимание как со стороны эксплуатационников, так и со стороны научно-исследовательских и внедренческих фирм.
Диагностирование работоспособности элементов СШНУ и определение основных параметров комплекса "скважина-пласт-оборудование" возможно двумя основными методами.
Прямой замер действительных показателей давления жидкости, температуры и состава продукции непосредственно на приеме скважинного насоса и в других характерных точках скважины и передача этих данных на поверхность по специальным кабелям. Затем эта информация обрабатывается, анализируется и согласовывается с информацией, полученной от поверхностных наземных источников, таких, например, как динамометр и расходомер. Информация, полученная таким путем, является наиболее достоверной и полной, но такая система диагностики является сложной и дорогой, как в монтаже, так и в эксплуатации. Динамометрирование СШНУ является основным способом диагностирования работы ШГН, колонны штанг, насосно-компрессорных труб и СК. Разработанные м нога ми ученными и инженерами: Eickmeier J.R., Gibbs S.G., Neely А.В., Patton L.D., Adamache I., Slonneger J.C., Вирновский.А.С., Чарный И.А., Белов И.Г., Адонин А.Н., Пирвердян A.M., Касьянов В.М., и др. теоретические обоснования и математические модели процесса добычи нефти скважинными насосными установками позволяют обрабатывать динамограммы для их последующего анализа и определения неисправностей. При помощи динамограмм можно установить многочисленные параметры работы глубинонасосных установок, знание которых значительно облегчает как обнаружение неисправностей.
Для динамометрирования у нас в стране и зарубежом используются различные приборы, отличающиеся по конструкции и принципам действия системы.
Рассмотрим некоторые из них.
Наиболее распространенным в мире является гидравлический геликсный динамометр, устанавливаемый между траверсами канатвой подвески станка-качалки. Широкое распространение данного вида оборудования обусловлено его простотой, оперативным получением первичной информации- динамограммы и возможностью здесь же, на месте, определения основных неисправностей СШНУ или причин недостаточной эффективности работы установки.
К недостаткам данного вида оборудования относятся низкая точность и достоверность информации, субъективность в оценке и расшифровке динамограмм, остановка станка-качалки для установки динамографа, большие затраты времени и ручного труда операторов по исследованию скважин, особенно при сложных погодно- климатических условиях, невозможность телемеханизации и телеавтоматизации процесса динамометрирования, затруднение в сборе и обработке полученной информации с помощью ЭВМ.
В настоящее время в нефтяной промышленности при технической диагностике СШНУ широкое распространение получили микропроцессоры.
Одним из частных видов динамограмм является ваттметрограмма (см. рис. 4.126).
Рв - максимальная мощность при нагрузке от веса половины столба жидкости в трубах и силы трения подземном оборудовании-
Р„ - максимальная мощность при нагрузке от веса уравновешенного груза и силы трения в подземном оборудовании;
Рхх - мощность холостого хода электропривода станка-качалки;
АЕ - ход устьевого штока вверх;
ЕВ - ход устьевого штока вниз;
АД - расстояние штанг плюс сокращение штанг;
ЕМ - расстояние труб плюс сокращение штанг;
ДЕ - ход плунжера вверх;
MB - ход плунжера вниз.
Под ваттметрограммой понимается график изменения электрической мощности, потребляемой электроприводом станка-качалки за цикл качания. Циклические ваттметрограммы электропривода станка-качалки несут информацию как о глубинной части насоса, так и о наземной. Метод контроля по ваттметрограммам основан на сравнении формы кривой, снятой на данной скважине при нормальном режиме ее работы (при первоначальном запуске, после проведения ремонта, при условии, что ее параметры, такие как число качаний, длина хода плунжера насоса, положение уравновешивающих грузов в период после снятия исходной ваттметрограммы не менялись).
Еще одним направлением определения работоспособности машин и механизмов является вибродиагностика.
Теоретические и экспериментальные исследования показывают, что по характеристикам вибрации можно получить довольно обширную информацию о состоянии механизма. Разработаны различные методики анализа характеристик и соотнесение их с конкретными взаимодействующими рабочими парами. Рассмотрим например работу опорного подшипника. В новом подшипнике при малом зазоре частота колебаний низкая, амплитуда колебаний мала. По мере износа подшипника растут частота и амплитуда колебаний, что может служить диагностирующим фактором. Таким образом, с помощью аналитических зависимостей можно установить характер изменений параметров вибрации в процессе износ машин. К преимуществу вибродиагностики можно отнести определение неисправного узла в сложной системе диагностики. Одним из недостатков вибродиагностики является выбор места расположения датчика, так как в различные точки корпуса редуктора сигналы от различных соударяющихся кинематических пар могут приходить в различных фазах и изменять общий уровень сигнала.
Динамограмма снимаемая на поверхности всегда имеет искажение от сил трения, упругости колонны штанг, упругости колонны штанг и т.д. Поэтому поверхностные динамограммы полезно сравнивать с плунжерной скважинной динамограммой.
Скважинные-плунжерные динамограммы получают с помощью глубинного динамографа, например, гидравлического динамографа ДГТ-1С-360Г.
Простейшая теоретическая динамограмма нормальной работы штангового насоса имеет форму параллелограмма (см. рис. 4.127). Она строится для условий, когда насос исправен и герметичен, цилиндр насоса заполнен несжимаемой жидкостью, погружение насоса под динамический уровень равно нулю, в насосной установке не возникают динамические нагрузки, коэффициент наполнения насоса равен единице.
Процесс восприятия нагрузок штангами изображается наклонной линией АБ. Отрезок Б1Б соответствует в масштабе перемещений сумме деформаций штанг и труб. Прямая БВ, параллельная оси абсцисс, отвечает максимальной статической нагрузке у точки подвеса за ход вверх.
Процесс разгрузки штанг в условиях полного заполнения цилиндра несжимаемой жидкостью протекает аналогично процессу восприятия нагрузки и изображается линией ВГ, параллельной АБ. Дальнейшему движению устьевого штока вниз при постоянной нагрузке, равной весу штанг в жидкости минус силы трения, соответствует прямая ГА.
Действительная динамограмма работы штангового насоса отличается от теоретической в основном из-за влияния сил инерции и колебательных процессов в колонне штанг. Вследствие влияния сил инерции динамограмма оказывается повернутой на некоторый угол по часовой стрелке, а продольные колебания в колонне штанг вызывают волнообразное изменение нагрузки на устьевой шток.
Для полного и правильного чтения динамограммы необходимо выявить все факторы, влияющие на работу насоса. Для этого, на основе практической динамограммы производят расчет элементов и построение теоретической динамограммы и их совмещение. Этот процесс называется обработкой динамограммы (см. рис. 4.128).
Построение теоретической динамограммы выполняется следующим образом.
Измерение нагрузки в точке подвеса штанг производится по вертикали, проведенной перпендикулярно к нулевой линии динамограммы, которая прочерчивается перед монтажом динамографа на канатной подвеске.
Нагрузка Р определяется по формуле
P = Lp, (4.96)
где L - расстояние по вертикали от нулевой линии до точки, где измеряется, нагрузка, мм; р - масштаб усилий динамографа, кг/мм.
Масштабом усилий называется величина нагрузки на устьевой шток, вызывающей отклонение пера самописца по вертикали на 1 мм. Масштаб усилий можно найти и после динамометрирования из выражения
P=P'u/L0 (4.97)
где Lo - расстояние от нулевой линии до линии веса штанг, мм.
Для точного определения масштаба усилий динамограф следует периодически тарировать. Тарировку можно производить на универсальной тарировочной машине или гидравлическим прессом для всех трех масштабов измерения усилий.
Перемещения по динамограмме измеряются по горизонтали как расстояния между перпендикулярами, проведенными к нулевой линии через заданные точки динамограммы. Для измерения фактического перемещения необходимо знать масштаб перемещений т, представляющий собой отношение длины хода устьевого штока S к длине динамограммы l (линия АГl, или БlВ),
m = S/l. (4.98)
Для построения расчетной динамограммы необходимо подсчитать статическую нагрузку, вес колонны штанг и деформацию труб и штанг. Статическая нагрузка определяется по формуле
Рcт = Рж+Р1ш, (4.99)
где Рж - вес жидкости над плунжером насоса;
Рж = Fпл Нд ρт g10-4 (4.100)
Fпл - площадь сечения, плунжера, м2; Нд - динамический уровень жидкости, м;
рт - плотность жидкости в подъемных трубах, кг/м3;
Р'ш- вес колонны штанг в жидкости;
Р'ш = АРш, (4.101)
где А=(ρш - ρт)/ ρш ,
Р'ш = q1l1+ q2l2+ q3l3, (4.102)
Для нанесения линии веса штанг на динамограмму определяется ее расстояние от нулевой линии из выражения
Lо = Р'ш/р (4.103)
Отложив величину L0 на перпендикулярах, проводят линию АГl
Расстояние линии статической нагрузки от нулевой линии подсчитывается по формуле
Lcт=Pcт/p. (4.104)
Отложив LCT на вертикальной оси динамограммы, проводят горизонтальную линию БlВ.
Линия восприятия нагрузки АБ находится отложением на линии БlВ величины деформации труб и штанг в масштабе.
Деформация труб и штанг определяется по формуле.
Величина отрезка, соответствующего значению деформации труб и штанг, составляет
БlБ=/т. (4.106)
Отложив на линии веса штанг линию Г1Г=БlБ и соединив точки А, Б, Г и В, определяют линию восприятия нагрузки АБ и линию снятия нагрузки ВГ.
Нa динамограмме линия Б,В представляет собой длину хода устьевого штока S, линия БВ - длину хода плунжера Sпл, а линия АГ- полезный или эффективный ход плунжера Sэф. Из-за неполного заполнения цилиндра жидкостью линии БВ и АГ на практических динамо- граммах могут быть не равными. Используя соотношения этих величин в масштабе, можно определить коэффициенты подачи наполнения насоса .
= Sэф/ S=АГ/БlВ, (4.107)
= Sэф/ Sпл=АГ/БВ, (4.108)
Практические динамограммы. В зависимости от параметров штанговой насосной установки практические динамограммы нормальной работы насоса имеют весьма разнообразные очертания (см. рис. 4.129).
На форму динамограммы существенно влияют глубина спуска насоса, число качаний балансира, наличие свободного газа в цилиндре насоса, неисправность клапанных узлов и т. д.
Так, с увеличением глубины спуска насоса увеличивается высота линии нагрузки при ходе вниз по отношению к нулевой линии, возрастает нагрузка от веса жидкости при сохранении отношения веса штанг к весу жидкости, на динамограмме укладывается меньшее число полуволн колебаний нагрузки.
С увеличением числа качаний на динамограмме появляются затухающие волнообразные изменения нагрузки при ходе плунжера вверх и вниз, причем с ростом числа качаний увеличивается их амплитуда, а число полуволн уменьшается.
При наличии утечки жидкости в нагнетательной части насоса (см. рис. 4.129, динамограммы 4, 5) процесс восприятия нагрузки изображается линией, имеющей меньший угол наклона к горизонтали, чем линия восприятия нагрузки при нормальной работе насоса; правый верхний угол динамограммы закруглен; линия снятия нагрузки идет более круто и угол, образуемый ею и нулевой линией, имеет больший наклон.
(4.107)
Характерные особенности динамограммы насоса, имеющего утечки в приемной части, следующие (см. рис. 4.129, динамограмма 7) процесс снятия нагрузки изображается линией, угол наклона которой к нулевой меньше, чем у линии снятия нагрузки при нормальной работе насоса; левый нижний угол динамограммы закруглен; линия восприятия нагрузки идет более круто и угол между ней и нулевой линией имеет больший наклон.
Если насосная установка имеет одновременные утечки в приемки и нагнетательной частях, то динамограмма имеет закругление левого нижнего и правого верхнего углов (см. рис. 4.129, динамограммы 9, 10).
Утечка жидкости из НКТ не придает динамограмме каких-либо специфических очертаний. Однако при помощи динамографирова-ния можно установить ее наличие. Для этого при остановленном СК несколько раз прочерчивают линию максимальной нагрузки в течение 10-15 мин. Если эта линия при повторной записи не совпадает с первой, то имеют место утечки через НКТ.
Динамограммы работы штангового насоса при откачке жидкости с газом имеют следующие характерные очертания (см. рис. 4.129, динамограммы 11-13): линия снятия нагрузки представляет собой кривую с той или иной кривизной, выпуклость которой обращена влево вверх; процесс снятия нагрузки протекает замедленно, вследствие чего открытие нагнетательного клапана происходит позже, чем при нормальной работе; левый нижний и правый верхний углы динамограммы острые; линии снятия и восприятия нагрузки параллельны.
При низкой посадке плунжера снижение нагрузки и последующий набор этой нагрузки на динамограмме записывают по-разному. Если удар нерезкий, нагрузка снижается плавно, посадка плунжера записывается в виде петли в нижнем левом углу динамограммы (см. рис. 4.129, динамограмма 25). Линия восприятия нагрузки отодвигается вправо от своего нормального положения. Петля удара всегда располагается ниже линии веса штанг. При ударах плунжера полезная длина его хода уменьшается на длину горизонтальной проекции петли.
При высокой посадке плунжера динамограмма имеет петлю в верхнем правом углу (см. рис. 4.129, динамограмма 34). Часто петля располагается выше линии статической нагрузки.
Обрыв (отворот) штанг записывается на динамограмме в виде узкой горизонтальной замкнутой линии. Динамограмма совпадает с линией веса штанг, если обрыв произошел у самого плунжера (см. рис. 4-129, динамограмма 22). Чем выше глубина обрыва (отворота), тем меньше вес оставшейся части колонны штанг и тем ниже линии веса Штанг располагается динамограмма см. рис. 4.129, динамограмма 21.