1458

Рис. 2.77. Гидравлический динамограф ДГ-3

I — стрелка с пером; 2 — корпус самописца; 3 — геликоидальная мано­ метрическая пружина; 4 — возвратная пружина ходоуменьшителя; 5 — винт ходоуменьшителя; 6 — столик; 7 — ведомый ролик; 8 — капилляр­ ная трубка; 9 — верхняя траверса; 10 — силоизмерительиое устройство; II — верхняя штанга (устьевой шток); 12 — нижняя траверса канатной подвески; 13— шнур; 14— направляющий ролик; 15— сменный мерный шкив; 16 — ведущий ролик

латуни. К нижней стороне мембраны прилегает поршень, кото­ рый передает на нее усилия, возникающие при работе динамог­ рафа, и создает в полости мессдозы давление жидкости, пропор­ циональное приложенному усилию [36, 40, 43].

Рычаги силоизмерительного устройства 10 вставляются меж­ ду траверсами канатной подвески так, что вся нагрузка, воспри­ нимаемая верхней траверсой 9, передается через них на ниж­ нюю 12. При этом верхний рычаг опирается на нижний в двух точках: через стальной шарик, установленный на поршне мессдозы и через цилиндрический ролик, который закладывается в поперечные канавки на противоположной стороне рычагов. Переставляя этот ролик из одних канавок в другие, можно изме­ нять масштаб измерения усилий (40, 80, 100 кН).

Корпус самописца 2 укреплен при помощи кронштейна на верхнем рычаге силоизмерительного устройства. В верхней час­ ти самописца расположена геликоидальная манометрическая пружина 3, на оси которой закреплена стрелка с пером По­ лость пружины сообщается с полостью мессдозы капиллярной трубкой 8.

Изменение давления жидкости в гидравлической системе мессдозы — капилляр — геликоидальная пружина вызывает по­ ворот стрелки с пером на угол, пропорциональный нагрузке в точке подвеса штанг.

Конец пера касается цилиндрической поверхности столика б, по краям которого размещены ведущий 16 и ведомый 7 ролики с диаграммной бумажной лентой. Столик, в свою очередь, зак­ реплен на каретке, которая перемещается по вертикальным на­ правляющим при помощи ходоуменьшителя, повторяя в задан­ ном масштабе возвратно-поступательное движение точки под­ веса штанг.

Механизм ходоуменьшителя состоит из ходового винта 5, ходовой гайки, неподвижно закрепленной на каретке, возврат­ ной пружины 4 и сменного мерного шкива 15. На мерный шкив намотан шнур, свободный конец которого проходит через на­ правляющий ролик 14 я укрепляется на устье скважины.

Во время движения динамографа вместе с канатной подвес­ кой вверх разматывающийся шнур вращает шкив и ходовой винт, при этом каретка со столиком передвигается в верхнее положе­ ние, а возвратная пружина взводится. При ходе подвески вниз возвратная пружина, вращая ходовой винт в обратную сторону, перемещает каретку в крайнее нижнее положение.

Перемещение каретки можно менять, устанавливая мерные шкивы различного диаметра. Динамограф комплектуется двумя

шкивами, которые обеспечивают масштабы измерения переме­ щений 1:30, 1: 45. Изменение перемещения в масштабе 1:15 обес­ печивается мерным шкивом, постоянно соединенным с ходо­ вым винтом. Выбор того или иного масштаба определяется дли­ ной хода устьевого штока: при длине хода до 1,2 м применяется масштаб измерения 1:15, до 2,1 м — 1:30 и до 3,5 м — 1:45.

Самописец динамографа снабжен также специальным уст­ ройством для перемещения диаграммной ленты без остановки станка-качалки.

Технология динамографирования. Перед динамографированием тарированный прибор ДГ-3 подготавливается к работе:

прибор заправляется диаграммной лентой; перо заправляется чернилами; проверяется нулевое положение пера; прочерчивается нулевая линия.

При подготовке динамографа к работе опорные ролики уста­ навливаются в зависимости от длины хода и нагрузки. Если на­ грузка не известна, их следует установить сначала на наиболь­ шую нагрузку, чтобы не перегрузить силоизмерительную часть прибора.

В зависимости от типа канатной подвески монтаж динамог­ рафа производится следующим образом.

При наличии канатной подвески типа ПКН: станок-качалка останавливается в крайнем нижнем положении; траверса под­ вески разводится при помощи имеющихся на ней двух подъем­ ных винтов; в образовавшееся окно вводится силоизмеритель­ ная часть прибора, которая должна быть установлена центрично; после этого верхняя траверса плавно опускается на рычаги силоизмерительного устройства и станок-качалка пускается в работу.

На канатной подвеске типа ПСШ: станок-качалка останав­ ливается в нижнем положении, не доходящем до крайнего на 20—25 см; на крышку головки устьевого сальника устанавлива­ ется штангодержатель, обхватывающий устьевой шток. К конст­ рукции штангодержателя предъявляются следующие требования: он должен надежно удерживать шток и не портить его поверх­ ность. После монтажа штангодержателя станок-качалку пуска­ ют в работу на время, необходимое для разводки траверсы ка­ натной подвески.

Разводка происходит за счет того, что штангодержатель упи­ рается в крышку головки устьевого сальника и удерживает в неподвижном состоянии устьевой шток вместе с верхней травер­ сой, а нижняя траверса с канатом движется относительно штока.

В образовавшееся окно вводится силоизмерительная часть динамографа, станок-качалка растормаживается и нижняя тра­ верса плавно возвращается в исходное положение. Далее ста­ нок-качалка останавливается для демонтажа штангодержателя, а затем запускается в работу.

После монтажа динамографа в канатной подвеске следует вруч­ ную прочертить линию веса штанг. Для этого станок-качалка ос­ танавливается в крайнем нижнем положении, когда его балансир не перешел нижнюю мертвую точку. Отметив линию веса штанг, перо поднимается со столика с бумагой и СК запускается в рабо­ ту. На ходу, в течение первых нескольких качаний, регулируется ход столика динамографа таким образом, чтобы при крайнем вер­ хнем положении балансира храповик ведущего ролика не доходил на несколько миллиметров до его шестерни. После этого свобод­ ный конец приводного шнура закрепляется на устье скважины так, чтобы обеспечивалась параллельность с устьевым штоком.

Динамограмма записывается в результате опускания пера при помощи арретира на столик динамографа. Динамограмму следу­ ет записывать после выхода скважины на прежний режим, из­ менение которого было связано с предыдущей остановкой для монтажа прибора в канатной подвеске.

После записи динамограммы прочерчивается линия суммар­ ного веса штанг и жидкости. Для этого СК останавливается в крайнем верхнем положении, когда балансир не перешел верх­ нюю мертвую точку.

Необходимо, не запуская скважины, эту линию прочертить через 5—7 мин повторно, чтобы установить, наличие утечек.

После снятия динамограммы прибор демонтируется, опреде­ ляется число полных качаний станка-качалки и оформляется ди­ намограмма.

При оформлении динамограммы должны быть зафиксированы следующие данные: дата динамографирования, номер скважины, номер динамографа, положение ролика между силоизмерительны­ ми рычагами, тип станка-качалки, длина хода устьевого штока, чис­ ло качаний балансира в минуту, масштаб измерения перемещения.

Рис. 2.78. Теоретическая (1) и фактическая (2) динамограммы

Теоретическая динамограмма. Простейшая теоретическая ди­ намограмма нормальной работы штангового насоса имеет форму параллелограмма (см. рис. 2.78). Она строится для условий, когда насос исправен и герметичен, цилиндр насоса заполнен несжи­ маемой жидкостью, погружение насоса под динамический уро­ вень равно нулю, в насосной установке не возникают динамичес­ кие нагрузки, коэффициент наполнения насоса равен единице.

Процесс восприятия нагрузок штангами изображается наклон­ ной линией АБ. Отрезок Б,Б соответствует в масштабе переме­ щений сумме деформаций штанг и труб. Прямая БВ, параллель­ ная оси абсцисс, отвечает максимальной статической нагрузке у точки подвеса за ход вверх.

Процесс разгрузки штанг в условиях полного заполнения цилиндра несжимаемой жидкостью протекает аналогично про­ цессу восприятия нагрузки и изображается линией ВГ, парал­ лельной 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 отли­ чается 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 динамограмму необходи­ мо выявить все факторы, влияющие на работу насоса. Для этого на основе практической динамограммы производят расчет эле­

ментов и построение теоретической динамограммы и их совме­ щение. Этот процесс называется обработкой динамограммы.

Построение теоретической динамограммы выполняется сле­

дующим образом (см. рис. 2.78).

Измерение нагрузки в точке подвеса штанг производится по вертикали, приведенной перпендикулярно к нулевой линии ди­ намограммы, которая прочерчивается перед монтажом динамог­ рафа на канатной подвеске.

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 устье­ вой шток, вызывающей отклонение пера самописца по вертика­ ли на 1 мм. Масштаб усилий можно найти и после динамометрирования из выражения

(2.145)

где L0— расстояние от нулевой линии до линии веса штанг, мм. Для точного определения масштаба усилий динамограф сле­ дует 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 ну­ левой линии через заданные точки динамограммы. Для измере­ ния фактического перемещения необходимо знать масштаб пе­ ремещений т, представляющий собой отношение длины хода устьевого штока S к длине динамограммы / (линия АГ, или Б,В),

Для построения расчетной динамограммы необходимо под­ считать статическую нагрузку, вес колонны штанг и деформа­

цию труб и штанг. Статическая нагрузка определяется по фор­ муле

где Рж— вес жидкости над плунжером насоса;

где Рпп — площадь сечения, плунжера, м2; Яд — динамический уровень жидкости, м; рт — плотность жидкости в подъемных трубах, кг/м3; Р'ш— вес колонны штанг в жидкости;

Для нанесения линии веса штанг на динамограмму (см. рис. 2.78) определяется ее удаление от нулевой линии из выражения

Отложив величину L0на перпендикулярах, проводят линию АГ(. Расстояние линии статической нагрузки от нулевой линии

Отложив Lcr на вертикальной оси динамограммы, проводят горизонтальную линию Б,В.

Линия восприятия нагрузки АБ находится отложением на линии Б,В величины деформации труб и штанг в масштабе.

Отложив на линии веса штанг линию Г,Г Б,Б и соединив точки А, Б, Г и В, определяют линию восприятия нагрузки АБ и

линию снятия нагрузки ВГ.

На динамограмме линия Б,В представляет собой длину хода устьевого штока S, линия БВ — длину хода плунжера 5пл, а ли­ ния АГ — полезный или эффективный ход плунжера S3t>. Из-за неполного заполнения цилиндра жидкостью линии БВ и АГ на практических динамограммах могут быть не равными. Исполь­ зуя соотношения этих величин в масштабе, можно определить

Практические динамограммы. В зависимости от параметров штанговой насосной установки практические динамограммы нормальной работы насоса имеют весьма разнообразные очер­ тания (рис. 2.79).

На форму динамограммы существенно влияют глубина спус­ ка 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 укла­ дывается меньшее число полуволн колебаний нагрузки.

С увеличением числа качаний на динамограмме появляются затухающие волнообразные изменения нагрузки при ходе плун­ жера вверх и вниз.

При наличии утечки жидкости в нагнетательной части насо­ са (см. рис. 2.79, динамограммы 4, 5) процесс восприятия на­ грузки 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.

Характерные особенности динамограммы насоса, имеющего утечки в приемной части, следующие см. рис. 2.79, динамограм-

1—3 — нормальная работа насоса; 4, 5 — утечки в нагнетательной части насоса; 6 — не работает нагнетательная часть насоса; 7 — утечки в приемной части насоса; 8 — не работает приемная часть насоса; 9, 10— одновременные утечки в приемной я нагнетательной части насоса; //, 13 — влияние газа на работу насо­ са; 12— срыв подачи насоса газом; /4 — влияние газа и утечки в приемной части насоса; 15 — влияние газа и утечки в нагнетательной части насоса; 16 — влияние газа и запаздывание посадки нагнетательного клапана; 17 — запаздывание по­ садки всасывающего клапана; 18— запаздывание посадки нагнетательного кла­ пана; 19— запаздывание посадки всасывающего и нагнетательного клапанов; 20

— фонтанные проявления; 21 — обрыв (отворот) штанг; 22 — обрыв (отворот) штанг у плунжера; 23 — удар штанг при ходе вниз; 24 — удар штанг при ходе вверх; 25 — низкая посадка плунжера; 26 — пропуск жидкости в конце хода плунжера вверх; 27— сработка плунжерной пары; 28 — всасывающий я нагнета­ тельный клапан забиты грязью; 29 ----- низкая посадка плунжера, загрязнение клапанов; 30 — заедание плунжера в нижней части насоса; 31 — заклинивание плунжера во вставном насосе; 32 — заклинивание плунжера в невставном насо­ се; 33 — заклинивание плунжера в средней части насоса; 34 — высокая посадка плунжера; 35 — утечки в трубах; 36 — полный выход плунжера из цилиндра насоса причем с ростом числа качаний увеличивается их амплитуда, а число полуволн уменьшается

ма 7: процесс снятия нагрузки изображается линией, угол на­ клона которой к нулевой меньше, чем у линии снятия нагрузки при нормальной работе насоса; левый нижний угол динамог­ раммы закруглен; линия восприятия нагрузки идет более круто и угол между ней и нулевой линией имеет больший наклон.

Если насосная установка имеет одновременные утечки в.приемной и нагнетательной частях, то динамограмма имеет закруг­ ление левого нижнего и правого верхнего углов (см. рис. 2.79, динамограммы 9, 10).

Утечка жидкости из НКТ не придает динамограмме какихлибо специфических очертаний. Однако при помощи динамографирования можно установить ее наличие. Для этого при останов­ ленном 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 жид­ кости с газом имеют следующие характерные очертания (см. рис. 2.79, динамограммы 11—13): линия снятия нагрузки представ­ ляет собой кривую с той или иной кривизной, выпуклость кото­ рой 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 последу­ ющий набор этой нагрузки на динамограмме записывают поразному. Если удар нерезкий, нагрузка снижается плавно, по­ садка плунжера записывается в виде петли в нижнем левом углу динамограммы (см. рис. 2.79, динамограмма 25). Линия воспри­ ятия нагрузки отодвигается вправо от своего нормального поло­ жения. 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. 2.79, 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