Назначение и принцип действия динамографа

Для контроля за работой насосов в скважинах и для измерения нагрузок на штанги применяют особые приборы с пишущим устройством – динамографы. С помощью этих приборов получают динамограмму – график изменения нагрузки в точке подвеса насосных штанг в зависимости от их перемещения.

Динамографы, используемые на нефтяных промыслах различаются по принципу работы: механические, гидравлические, электрические, электромагнитные, тензометрические и др. Наиболее распространен гидравлический динамограф ГДМ-3 (рисунок 1).

 

 

Рисунок 7.1 – Схема устройства гидравлического динамографа

 

Прибор устанавливают в канатную подвеску так, что ее траверсы сжимают рычаг10 и месдозу 9, в полости 8, в которой нагрузка трансформируется в давление жидкости, передаваемое на геликсную пружину 7. При этом перо 6 чертит на бланке динамограмму. Динамограмма записывается в мечение одного цикла – «ход вверх и вниз».

Подвижный столик 5 с бланком передвигается по направляющим 4 так, как при подъеме головки балансира вверх, нить 1, прикрепленная одним концом к неподвижной части устьевого оборудования стягивается с ролика, заставляя его вращаться вместе с ходовым винтом 3. При этом перемещается и столик с диаграммой. При перемещении вниз возвратная пружина раскручивается и возвращает столик в первоначальное положение.

Динамограф имеет три масштаба измерения дины хода, которые изменяют при помощи сменных роликов с масштабом (1:25; 1:30; 1:45). Масштаб измерения нагрузки определяется путем тарировки прибора и указывается в паспорте прибора. Масштаб изменяется путем перестановки опоры месдозы и рычага (40; 80; 100 кН).

 

 

Теоретическая динамограмма

Нагрузка на полированный шток по мере его передвижения вверх изменяется в следующем порядке.

В конце хода вниз полированный шток и плунжер находятся в крайнем нижнем положении; при этом нагнетательный клапан насоса открыт, приемный – закрыт. На полированный шток действует лишь нагрузка от веса штанг. Этому положению соответствует точка А на динамограмме.

В момент начала движения полированного штока вверх нагнетательный клапан закрывается, на полированный шток кроме веса штанг начинает действовать и вес жидкости, заключенной в трубах. Под действием этой силы штанги растягиваются (упругая деформация), а длина подъемных труб сокращается до первоначального значения. В продолжение всего процесса растяжения штанг и сокращения длины труб плунжер остается неподвижным по отношению к насосу, в то время как полированный шток перемещается на величину, равную сумме нагрузок растяжения штанг и сокращения труб.

Процесс восприятия полированным штоком нагрузки от давления га плунжер столба жидкости записывается на диаграмме наклонной прямой АБ. Линия бБ характеризует перемещение полированного штока в процессе восприятия нагрузки штангами. После чего начинается движение плунжера, при этом открывается приемный клапан насоса (точка Б).

Движение полированного штока и плунжера вверх происходит при неизменной нагрузке; на динамограмме этот процесс изображается прямой БВ. Нагрузка на полированный шток в этом случае равна весу штанг, погруженных в жидкость, плюс нагрузка от давления столб жидкости на плунжер (Р).

В начале хода вниз нагнетательный и приемный клапаны закрыты, на полированный шток действует полная нагрузка от веса штанг и жидкости (точка В).

По мере движения полированного штока вниз – шток, штанги и плунжер разгружаются, передавая нагрузку на трубы, трубы растягиваются, а штанги сокращаются (линия БГ). Линия Гг характеризует перемещение полированного штока в процессе разгрузки, она соответствует сумме нагрузок сокращения штанг и растяжения труб. По окончании процесса разгрузки полированного штока нагнетательный клапан открывается, и начинается движение плунжера вниз (точка Г). Дальнейшее движение полированного штока и плунжера происходит при открытом нагнетательном клапане и неизменной нагрузке (линия ГА).

В точке А цикл возобновляется.

Такая динамограмма получается при работе насоса в дегазированной жидкости при коэффициенте наполнения, равном единице, и при отсутствии динамических нагрузок, т. е. при медленном и плавном движении системы (полированный шток - штанги - плунжер) вверх и вниз.

Если бы при работе глубинного насоса на происходило растяжения и обратного сокращения штанг и труб, теоретическая динамограмма имела бы вид прямоугльника.

 

Практические динамограммы

 

Силы трения направлены против движения, поэтому при ходе вверх они увеличивают нагрузку, а при ходе вниз уменьшают. Инерционные нагрузки вызывают инерционный поворот динамограммы. Волнистый характер линий обусловлен колебательными процессами в штангах. При работе насосной установки могут быть различные неполадки, приводящие к утечкам жидкости в насосе и трубах или снижению коэффициента подачи насоса, что нарушает нормальный процесс изменения нагрузки на полированный шток. Эти изменения нагрузки легко проследить по динамограмме.

Каждому нарушению нормальной работы насоса соответствует своя характерная форма динамограммы, по которой можно определить характер нарушения, не поднимая насос на поверхность.

Силы трения направлены против движения, поэтому при ходе вверх они увеличивают нагрузку, а при ходе вниз уменьшают. Инерционные нагрузки вызывают инерционный поворот динамограммы. Волнистый характер линий обу­словлен колебательными процессами в штангах. При работе насосной установ­ки могут быть различные неполадки, приводящие к утечкам жидкости в насосе и трубах или снижению коэффициента подачи насоса, что нарушает нормаль­ный процесс изменения нагрузки на полированный шток. Эти изменения на­грузки легко проследить по динамограмме.

Каждому нарушению нормальной работы насоса соответствует своя характер­ная форма динамограммы, по которой можно определить характер нарушения, не полнимая насос на поверхность.

 

 

 

a -~ нормальная тихоходная работа; б - влияние газа; в - превышение подачи насоса над притоком в скважину; г - низкая посадка плунжера; д ~ выход плунжера из цилиндра невставного насоса, е - удары плунжера о верхнюю ог­раничительную гайку вставного насоса; ж - утечки в нагнетаемой части, з ~ утечки во всасывающей части; и - полный выход из строя нагнетательной час­ти; к - полный выход из строя всасывающей части; л - полуфонтанный харак­тер работы насоса; м - обрыв штанг; (пунктиром показаны линии теоретиче­ской динамограммы).

Рисунок 3.3 - Практические динамограммы работы штангового насоса