Лабораторна робота № 11
ДОСЛІДЖЕННЯ РЕЖИМУ РОБОТИ ШТАНГОВОЇ СВЕРДЛОВИННОЇ НАСОСНОЇ УСТАНОВКИ (ШСНУ) МЕТОДОМ ДИНАМОМЕТРУВАННЯ ІЗ ЗАСТОСУВАННЯМ ПЕОМ 11.1 МЕТА I ЗАВДАННЯ РОБОТИ 11.1.1 Вивчення призначення та застосування динамограм для оцінювання експлуатаційних показників свердловинного обладнання ШСНУ (ШСН, насосних штанг, тощо). 11.1.2 Ознайомлення з конструкцією і принципом дії накладного динамографа ТД-1н. 11.1.3 Набуття практичних навиків зняття динамограм на повнорозмірній ШСНУ за допомогою ПЕОМ. 11.1.4 Освоєння методики динамометрування. 11.1.5 Дослідження режиму роботи ШСНУ за результатами порівняльного аналізу теоретичних i реальних динамограм. 11.2 ОБЛАДНАННЯ, ІНСТРУМЕНТ 11.2.1 Повнорозмірна лабораторна ШСНУ. 11.2.2 Накладний динамограф ТД-1н. 11.2.3 ПЕОМ.
11.3 ТРИВАЛІСТЬ РОБОТИ Робота розрахована на 2 години.
11.4 ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ Динамометрування – це спосіб визначення навантаження в точці підвішування насосних штанг на устьовому штоці в залежності від його ходу. Роль динамометрування полягає в тривалому нагляді за роботою вибраного обладнання та ефективністю поступово здійснюваних заходів на покращення режиму роботи всієї насосної установки. У даний час на виробництві застосовують такі методи динамометрування: – з допомогоюмагнітоеластичного динамографа При створенні магнітоеластичного датчика для визначення зусиль на устьовому штоці використано властивість феромагнетиків змінювати магнітні властивості при механічній дії на них. Цей ефект полягає в зміні магнітної проникливості при розтягуванні або стисненні. Зміна магнітної проникливості давача при механічній дії на нього призводить до відповідної зміни індукції, яку можна виміряти мостом. – телеватметрія Даний метод базується на спробі визначити силу струму в мережі живлення електродвигуна або його споживану активну потужність з подальшою побудовою динамограм в залежності від положення балансира. – система для радіотелединамометрування Система для радіотелединамометрування свердловинних насосів складається з оригінального пристрою, в якому вимірювання зусиль проводиться модуляцією частоти радіосигналу, а вимірювання довжини ходу устьового штока – модуляцією сигналу низької частоти. Передача на відстань цієї інформації проводиться за допомогою одного носія радіочастоти. Сигнал радіочастоти модулюється сигналом низької частоти. – динамометрування за з давачами Полягає у використанні різного виду давачів таких як: давач навантаження, кута повороту, переміщення та ін. – динамометрування гідравлічним динамографом Полягає у використанні переносного динамографа, робочим органом якого є геліксна пружина, яка сприймає навантаження устьового штока. Даний спосіб є застарілим та незручним порівняно із сучасними системами динамометрування. 11.4.1 Опис динамографа В даний час в нафтовій промисловості при технічній діагностиці ШСНУ широкого застосування отримали мікропроцесори. Одним із таких видів приладів для побудови динамограм є динамограф накладний ТД-1н, який розроблений групою науковців кафедри комп’ютерних технологій в системах управління та автоматики ІФНТУНГ під керівництвом проф. Заміховського Л.М. Робота динамографа пристосована до діагностування лабораторної установки ШСН кафедри нафтогазового обладнання. Динамограф накладний ТД-1н складається з двох блоків – блока заміру навантажень (рис.11.1), що діють на устьовий шток та блока виведення динамометричної інформації (ЕОМ). Принцип роботи такого динамометра полягає у вимірюванні часу проходження ультразвукових імпульсів в середовищі устьового штока, що знаходиться під дією змінних навантажень. Імпульси формуються за допомогою генератора ультразвукових імпульсів, сигнал якого надходить на часовий детектор двома шляхами: із затримкою через акустичний канал і без затримки через електричний. Акустичний канал складається із: випромінювача ультразвукових імпульсів, корпусу, що задає фіксовану відстань між випромінювачем та приймачем, узгоджувачами ультразвукових коливань устьового штока верстата-качалки та приймача ультразвукових імпульсів. Кріплення корпусу до устьового штока здійснюється за допомогою двох важелів. В залежності від напруження устьового штока змінюються часові параметри проходження через нього ультразвукових коливань, тому сигнал з виходу часового детектора буде пропорційний до навантаження, прикладеного до устьового штока.
Рисунок 11.1–Динамограф накладний ТД-1н
11.4.2 Знімання динамограми з використанням динамографа Результати вимірювання миттєво виводяться на монітор за допомогою програми. Програма написана мовою Object Pascal в середовищі Borland Delphi 7 і дозволяє проводити такі операції: – запис динамометричних даних, одержаних від динамографа ТД-1н; – виявлення несправностей заглибного та наземного обладнання УШСН (в ручному режимі – шляхом аналізу форм динамограм, а в автоматичному режимі – шляхом вибору максимального коефіцієнта кореляції між розрахованою динамограмою та еталонними динамограмами, які відображають множину дефектів ШСНУ).
Рисунок 11.2–Програма для відображення динамограми
Програма дозволяє здійснювати експорт даних у текстовому ASCII форматі, придатному для аналізу за допомогою стандартного програмного забезпечення (MathCAD, МathLAB), тощо. 11.4.3 Співставлення теоретичних і практичних результатів проведеної роботи Розглянемо відмінності між найпростішою теоретичною динамограмою (рис.11.3) та динамограмою, побудованою із врахуванням ряду додаткових впливових факторів (рис. 11.4), звертаючи увагу на необхідність забезпечення інваріантності методу динамометричного діагностування до параметрів обладнання, режимів роботи та особливостей свердловини. Для ідеалізованої паралелограмної динамограми (рис.11.3 та штрихова лінія на рис.11.4) при фіксованому мінімальному та максимальному навантаженнях Pmin, Pmax її форма цілком визначається одним пара-метром – кутом нахилу ліній сприйняття і зняття навантаження α. Він залежить від співвідношення між вагою рідини в колоні НКТ та деформацією штангової колони і колони НКТ під дією цієї ваги. Кут α є важливим діагностичним параметром, оскільки його зміна відносно теоретичного найчастіше свідчить про наявність дефектів.
Ршт – вага штанг, Рр – вага рідини, Sшт – хід полірованого штока, Sпл – хід плунжера, λ шт – деформація штанг, λ тр – деформація труб
Рисунок 11.3–Найпростіша теоретична динамограма
Кут інерційного повороту динамограми β залежить від маси та прискорення рухомих частин підземного обладнання. Найважливішим параметром динамограми є кут нахилу ліній сприйняття і зняття навантаження або відношення λ /S (що однозначно визначає кут нахилу за умови нормалізації динамограми).
λ – сумарне видовження штанг і труб, S1 – період власних коливань, Fт – сила тертя, β – кут інерційного нахилу динамограми Рисунок 11.4–Динамограма нормальної роботи ШСНУ
11.5 ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ 11.5.1 Підготувати лабораторну установку для проведення досліду по одній із схем: – через ємність 8: засувки 13, 14, 15, 17, 18, 20, і 21 відкриті, а засувки 16 i 19 закриті. – через замірну ємність 10: засувки 13, 14, 15, 16, 18, 20, і 21 відкриті, а засувки 17 i 19 закриті. 11.5.2 Під´ єднати накладний динамограф ТД-1н до лабораторної установки (рис.11.5) 11.5.3 Ввімкнути верстат-качалку та створювати навантаження на насос, прикриваючи засувку 14 (рис. 11.5). Навантаження створювати згідно таблиці 11.1 та контролювати манометром 23.
Таблиця 11.1–Навантаження на колону штанг за варіантами
11.5.4 Зняти динамограму за допомогою накладного динамографа ТД-1н при відповідному навантаженні.
11.5.5 Користуючись практичними динамограмами, скласти підсумок по динаметруванню за допомогою ПЕОМ з описанням основних неполадок в роботі ШСН.
1– насос штанговий; 2 – свердловина; 3 – устьовий шток; 4 – верстат-качалка; 5 – колона насосних штанг; 6 – устьовий шток; 7 –динамограф; 8 – ємність; 9 – трубопровід; 10 – ємність мірна; 11 –трубопровід; 12 – кран; 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 – засувки; 22 –витратомір; 23, 24, 25 – манометри; 26 – блок живлення; 27 –аналого-цифровий перетворювач; 28 – ПЕОМ
Рисунок 11.5–Лабораторна установка для дослідження роботи ШСН 11.6 ВИМОГИ ДО ОФОРМЛЕННЯ ЗВІТУ Звіт з лабораторної роботи необхідно оформити відповідно до діючого в університеті стандарту СТП 02070855–03–99 і містити: 11.6.1 Детальний опис призначення динамометрування та основних характерних неполадок в роботі підземного обладнання, які можна встановити при розшифруванні динамограм. 11.6.2 Опис конструкції динамографа та вимірювальної системи ЕОМ, а також принципу їх роботи. 11.6.3 Результати порівняльного аналізу динамограм.
11.7 ПИТАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ ПІДГОТОВКИ 11.7.1 Яке призначення динамометрування? 11.7.2 Які способи динамометрування ШСНУ ви знаєте? Перелічіть їх переваги i недоліки. 11.7.3 Поясніть призначення, конструкцію та принцип роботи накладного динамографа ТД-1н. 11.7.4 Як провести монтаж i наладку динамографа? 11.7.5 Поясніть призначення, конструкцію та принцип роботи вимірювальної системи ЕОМ. 11.7.6 Опишіть будову вимірювальної системи та призначення її окремих вузлів. 11.7.7 За допомогою якого програмного забезпечення будується динамограма на ЕОМ? Порядок побудови динамограми на ЕОМ. 11.7.8 Перелічіть експлуатаційні навантаження, що діють на устьовий шток. 11.7.9 Перелічіть основні неполадки в роботі ШСНУ, які можна встановити із застосуванням динамограм.
11.8 РЕКОМЕНДОВАНІ ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ 11.8.1 Справочное руководство по проектированию разработки и эксплуатации нефтяных месторождений. Добыча нефти. / Под ред. Ш.К. Гиматудинова. – М.: Недра, 1983. 11.8.2 Чичеров Л.Г. Нефтепромысловые машины и механизмы. – М.: Недра, 1983. 11.8.3 Белов И. Г. Исследование работы глубинных насосов динамограм. – М.: Госптехиздат, 1960. 11.8.4 Молчанов Г.В., Молчанов А.Г. Машины и оборудование для добычи нефти и газа. Учебник для вузов. – М.: Недра, 1984. 11.8.5 Федорович Я.Т. Машини та обладнання для видобутку нафти і газу. Конспект лекцій. Частина ІІ. – Івано-Франківськ: ІФНТУНГ, 2010. 11.8.6 Ивановский В.Н., Дарищев В.И., Сабиров А.А., Каштанов В.С., Пекин С.С. Оборудование для добычи нефти и газа: в 2 ч. – М.: ГУП Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2003. – Ч. 2.
Рисунок 11.6–Типові динамограми
|
