ФНГ / РЭНГМ / Лабораторная работа №1 Конструкция и работа динамографа
(автор - student, добавлено - 28-09-2017, 18:55)
Скачать:
Лабораторная работа №1 Конструкция и работа динамографа Цель работы: изучение конструкции и работы динамографа, Динамографирование скважин - это процесс получения зависимости изменения нагрузки в точке подвеса штанг от перемещения этой точки в виде замкнутых кривых, называемых динамограммами. Динамографированиеосуществляется с помощью различных типов динамографов, подразделяющихся по принципу действия преобразующего устройства, на гидравлические, механические и электрические. Последние могут быть как ручными, так и автоматическими.
1.1. Динамограф ИКГН-1 На нефтяных промыслах наиболее широкое распространение получил переносной гидравлический динамограф ИКГН-1 (ДГ-3, ГДМ-3). Он имеет следующие технические характеристики: верхний предел измерения, кгс 10000 погрешность измерения усилий, % 2 верхний предел измерения перемещения, м 3,3 погрешность измерения перемещения, % 2 количество масштабов измерения усилия 3 количество масштабов измерения перемещения (1:15, 1: 30, 1:45) 3 размер поля картограммы, мм 50 – 75 размер диаграммной ленты, мм 1000 – 95 габаритные размеры в футляре, мм 320 - 350 -120 масса прибора с футляром, кг 8 масса прибора без футляра, кг 6
Рис. 1.1. Гидравлический динамограф ГДМ-3 1 - корпус самописца; 2 - стрелка с пером; 3 - геликоидальная манометрическая пружина; 4 возвратная пружина ходоуменьшителя; 5 винт ходоуменьшителя; 6 - столик: 7 - ведомый ролик; 8 капиллярная трубка; 9 - верхняя траверса; 10 - силоизмерительное устройство; 11 - нижняя траверса подвески; 12 - верхняя штанга (полированный шток) глубиннонасосной установки; 13 шнур; 14 - направляющий ролик; 15 - сменный мерный шкив; 16 - ведущий ролик.
Рис. 1.2. Подвеска устьевого штока СВ.ПСШ.000 1 - Траверса верхняя; 2 - Гайка; 3 - Плашка штока; 4 - Пружина плашек; 5 - Втулка; 6 - Канат; 7 - Гайка; 8 - Пружина плашек; 9 - Плашка каната; 10 - Втулка; 11 - Траверса нижняя; 12 - Гайка; 13 - Винт подъемный.
Динамограф состоит из силоизмерительного устройства и самописца с ходоуменьщителем, смонтированных в одном блоке (рис. 1.1). В силоизмерительное устройство входят два рычага — вилки и гидравлическая мессдоза (трансформатор давления), которая встроена в верхний рычаг и представляет собой полость, заполненную жидкостью и перекрытую мембраной из тонкой листовой латуни. К нижней стороне мембраны прилегает поршень, который передает на нее усилия, возникающие при работе динамографа, и создает" в полости мессдозы давление жидкости, пропорциональное приложенному усилию. Рычаги силоизмерительного устройства 10 вставляются между траверсами канатной подвески так, что вся нагрузка, воспринимаемая верхней траверсой 9, передастся через них на нижнюю 11. 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 прилегающих сторонах рычагов. Переставляя этот ролик из одних канавок в другие, можно изменять масштаб измерения усилий (4000,6000,8000 кгс). Корпус самописца 1 укреплен при помощи кронштейна на верхнем рычаге силоизмерительного устройства. В верхней части самописца расположена геликоидальная манометрическая пружина 3, на оси которой закреплена стрелка с пером 2. Полость пружины сообщается с полостью мессдозы капиллярной трубкой 8. Изменение давления жидкости в гидравлической системе мессдоза-капилляр-геликоидальная пружина вызывает поворот стрелки с пером на угол, пропорциональный нагрузке в точке подвеса штанг. Конец пера касается цилиндрической поверхности столика 6, по краям которого размещены ведущий 16 и ведомый 7 ролики с диаграммной бумажной лентой. Столик, в свою очередь, закреплен па каретке, которая перемещается по вертикальным направляющим при помощи ходоуменьшителя, повторяя в заданном масштабе возвратно-поступательное движение точки подвеса штанг. Механизм ходоуменьшителя состоит из ходового винта 5, ходовой гайки, неподвижно закрепленной на каретке, возвратной пружины 4 и сменного мерного шкива 15. На мерный шкив намотан шнур 13, свободный конец которого проходит через направляющий ролик 14 и укрепляется на устье скважины. Во время движения динамографа вместе с канатной подвеской вверх разматывающийся шнур вращает шкив и ходовой винт, при этом каретка со столиком передвигается в верхнее положение, а возвратная пружина взводится. При ходе подвески вниз возвратная пружина, вращая ходовой винт в обратную сторону, перемещает каретку в крайнее нижнее положение. Величину перемещения каретки можно менять, устанавливая мерные шкивы различного диаметра. Динамограф комплектуется двумя шкивами, которые обеспечивают масштабы измерения перемещения 1:30, 1:45. Измерение перемещения в масштабе 1:15 обеспечивается мерным шкивом, постоянно соединенным с ходовым винтом. Выбор того или иного масштаба определяется длиной хода полированного штока: при длине хода до 1,1м применяется масштаб измерения 1:15, до 2,2 м – 1:30, до 3,3 м – 1:45. Самописец динамографа снабжен также специальным устройством для перемещения диаграммной ленты без остановки станка-качалки. 1.2. Технология динамографирования Перед динамографированием тарированный прибор подготавливается к работе: - производится заправка прибора диаграммной лентой; - производится заправка прибора чернилами; - проверяется нулевое положение пера; - прочерчивается кулевая линия. При подготовке динамографа к работе опорные ролики устанавливаются в зависимости от длины хода и нагрузки. Если нагрузка неизвестна, их следует установить скачала на наибольшую нагрузку, чтобы не перегрузить силоизмерительную часть прибора.
Контрольные вопросы: 1. Почему для исследования процессов насосной подачи нефти из пласта используется динамографирование? 2. Как фиксируется напряжение на канате? 3. Как устанавливается динамограф на канатной подвеске станка-качалки? 4. Как устанавливается динамограф на канатной подвеске полированной штанге скважины?
Лабораторная работа №2 Обработка динамограммы Цель работы: научиться правильно читать практические динамограммы, изучить законы их образования при различных условиях работы глубинного насоса. Изменение нагрузки на полированном штоке за время одного полного хода станка-качалки является результатом сложного взаимодействия большого числа различных факторов. Чтобы правильно читать практические динамограммы, необходимо изучить законы их образования при различных условиях работы глубинного насоса. К наиболее простым случаям относятся следующие: 1. Глубинный насос исправен и герметичен. 2. Погружение насоса под динамический уровень равно нулю. 3. Цилиндр насоса целиком заполняется дегазированной и несжимаемой жидкостью из скважины. 4. Движение полированного штока происходит настолько медленно, что обусловливает полное отсутствие инерционных и динамических нагрузок. 5. Силы трения в подземной части насосной установки равны нулю. Полученная при этих условиях динамограмма называется простейшей теоретической динамограммой нормальной работы насоса. 2.1. Образование простейшей теоретической динамограммы нормальной работы насоса Процесс образования простейшей теоретической динамограммы начнем прослеживать с хода плунжера вниз, когда он с открытым нагнетательным клапаном приближается к своему крайнему нижнему положению (рис. 2.1).
Рис 2.1. Простейшая теоретическая динамограмма нормальной работы насоса Вэто время приемный клапан закрыт, и вес жидкости принят насосными трубами, которые получили от этого соответствующее удлинение. На полированный шток действует только нагрузка от веса штанг, погруженных в жидкость. В крайнем нижнем положении плунжер останавливается и нагнетательный клапан закрывается. Этот момент на динамограмме отмечается точкой А. При этом давление жидкости в цилиндре насоса практически равно давлению в насосных трубах над плунжером. В следующий момент полированный шток начинает двигаться вверх. Плунжер остается неподвижным по отношению к цилиндру насоса, потому что упругие штанги не могут передать ему движение до тех пор, пока они не получат полного растяжения от веса столба жидкости в насосных трубах, приходящегося на площадь плунжера. Величина растяжения штанг прямо пропорциональна величине воспринятой части веса жидкости. Поэтому по мере увеличения растяжения штат нагрузка на полированном штоке растет. Та часть жидкости, которую приняли на себя штанги, снимается с труб. Вследствие этого трубы сокращают свою длину и их нижний конец, закрытый приемным клапаном, движется вверх. Так как между приемным и нагнетательным клапанами в цилиндре насоса находится практически несжимаемая жидкость, то движение нижнего конца труб вверх вызывает также движение вверх плунжера вместе с насосом. В любой момент времени текущая величина растяжения штанг равна разности перемещений полированного штока и плунжера. Поэтому, чтобы штанги получили полное растяжение, необходимое для передачи движения плунжеру, полированный шток должен пройти путь, равный сумме растяжения штанг и сокращения труб. Нагрузка на полированном штоке возрастает при одновременном перемещении его вверх. Поэтому процесс восприятия штангами нагрузки от веса жидкости изображается на динамограмме наклонной линией АБ. Линию АБ называют линией восприятия нагрузки. Точка Б соответствует: a) окончанию процесса растяжения штанг и одновременного сокращения труб; b) началу движения плунжера в цилиндре насоса; c) моменту открытия приемного клапана и началу поступления жидкости из скважины в цилиндр насоса. Во время последующего движения плунжера вверх па полированный шток действует неизменная нагрузка, равная нагрузке в точке Б. Поэтому динамограф прочерчивает прямую горизонтальную линию БВ, параллельную нулевой линии динамограммы. Точка В соответствует: a) крайнему верхнему положению полированного штока и плунжера; b) прекращению поступления жидкости из скважины в цилиндр насоса; c) моменту закрытия приемного клапана; Длина линии БВ в масштабе перемещений соответствует длине хода плунжера в цилиндре насоса. Из крайнего верхнего положения полированный шток начинает движение вниз. Однако плунжер не может двигаться вниз, так как под ним в цилиндре насоса находится практически несжимаемая жидкость. Нагнетательный клапан не может открыться, потому что давление в цилиндре насоса равно нулю, а над плунжером оно равно давлению всего столба жидкости в насосных трубах. Поэтому плунжер остается неподвижным по отношению к цилиндру насоса. Вследствие того, что плунжер стоит на месте, а полированный шток движется вниз, длина штанг сокращается, и нагрузка от веса жидкости постепенно передается на трубы. Давление в цилиндре насоса увеличивается пропорционально сокращению штанг. Воспринимая нагрузку от веса жидкости, трубы соответственно удлиняются, и их нижний конец движется вниз. Так как плунжер опирается на несжимаемый столб жидкости в цилиндре насоса, то он движется вниз, оставаясь неподвижным по отношению к цилиндру насоса. Это вынужденное продвижение плунжера замедляет сокращение штанг и снятие нагрузки от веса жидкости. Поэтому штанга получают полное сокращение и полностью снимают с себя нагрузку от веса жидкости только тогда, когда полированный шток проходит расстояние, равное сумме сокращения штат и растяжения труб от веса жидкости (отрезок ГГ1). Вследствие уменьшения нагрузки при одновременном перемещении полированного штока вниз, процесс снятия со штанг нагрузки от веса жидкости изображается на динамограмме наклонной линией ВГ. Линию ВГ называют линией снятия нагрузки. По уже изложенным причинам линия ВГ может быть принята за практически прямую, параллельную линии АБ. Точка Г соответствует: a) окончанию процесса сокращения штанг и одновременного растяжения труб; b) моменту открытия нагнетательного клапана; c) началу движения плунжера вниз. За время движения плунжера вниз на полированный шток действует неизменная нагрузка, равная весу штанг, погруженных в жидкость. Поэтому динамограф прочерчивает прямую горизонтальную линию АГ, параллельную нулевой линии динамограммы. Такимобразом, простейшая теоретическая динамограмма нормальной работы насоса при упругих штангах и трубах имеет форму параллелограмма. На основании изложенного можно сформулировать следующие характерные признаки практической динамограммы, дающие право па заключение о нормальнойработе насоса: a) линии восприятия и снятия нагрузки практически могут быть приняты за прямые; b) линии восприятия и снятия нагрузки у практической динамограммы параллельны соответствующим линиям теоретической динамограммы и, следовательно, параллельны друг другу; c) левый нижний и правый верхний углы динамограммы — острые. 2.2. Расчет и построение теоретической динамограммы Действующая динамограмма работы глубинного насоса отличается от теоретической из-за влияния множества факторов, основными из которых являются силы инерции и трения. Для полного и правильного чтения динамограммы необходимо выявить вес факторы влияния па работу насоса. Для этой цели на основе практической динамограммы производят расчет элементов теоретической динамограммы и их совмещение. Этот процесс называют обработкой динамограммы. 2.2.1. Измерение усилий в точке подвеса штанг Измерение нагрузки производят по вертикали, проведенной перпендикулярно к нулевой линии динамограммы, которая прочерчивается перед монтажом динамографа на канатной подвеске (рис. 2.2).
Рис. 2.2. Иллюстрация к процессу обработки динамограммы 1 – расчетная; 2 – фактическая динамограмма. Величина нагрузки определяется по формуле: Р = L × р где: Р - величина нагрузки, кгс; L - расстояние по вертикалиoт нулевой линии до точки, где измеряется нагрузка, мм; р- масштаб усилий, кгс/мм. Масштаб усилий прибора определяется при тарировке динамографа и представляет собой нагрузку, вызывающую отклонение пера самописца прибора по вертикали на 1 мм. 2.2.2. Измерение перемещения полированного штока По динамограмме перемещение измеряют по горизонтали между перпендикулярами, проведенными к нулевой линии через заданные точки динамограммы. Для измерения фактического перемещения необходимо знать масштаб перемещений т, представляющий собой отношение длины хода полированного штока Sшт к длине динамограммы l (линия АГ1или Б1В; рис. 2.1, 2.2);
Для обработки полученной динамограммы необходимо построить на ней теоретическую, для чего определяется величина статической нагрузки Рст по формуле: Рст = Рж + Р /ш где: Рж - вес жидкости над плунжером насоса, кгс. Рж = 0,1 × Fпл × Нн × gж Fпл- площадь сечения плунжера, см2; Нн - глубина спуска насоса, м; gж - плотность жидкости в подъемных трубах, г/см3; Р /ш - вес колонны штанг в жидкости, кгс; Р /ш = Р ш× j; Р ш= q1 × l1 + q2 × l2
q1и q2 – вес 1 м ступеней штат" в воздухе, кг; l1 и l2- длина ступеней колонны штанг, м; gст - плотность материала штанг, равная 7,85 г/см3; gж - плотность жидкости. Для нанесения линии веса штанг на динамограмму (см. рис. 2.2) определяют ее расстояние от нулевой линии OS из выражения
Отложиввеличину L на перпендикулярах, прочерчивают линию АГ1. Расстояние линии статической нагрузки от нулевой линии находят по формуле:
откладывают его на вертикальной оси динамограммы и прочерчивают линию Б1В. Линию восприятия нагрузки АБ находят, откладывая на линии Б1В величину деформации штанг и труб в масштабе. Деформацию штанг λши труб λт определяют по формуле:
где: fш - площадьсечения штанг, см2; fш = 0,785 × d2 ш ; dш - средний диаметр штанг в ступенчатой колонне, см;
d1и d2 диаметры штанг в ступенчатой колонне, см; fт – площадь поперечного сечения трубы по телу, см2. Величина отрезка, соответствующая величине деформации штанг и труб
Откладывая на линии веса штанг отрезок Г1Г = Б1Б и соединяя точки А, Б, Г и В, находим линию восприятия нагрузки АБ и линию снятия нагрузки ВГ. На динамограмме линия Б1В представляет собой длину хода полированного штока Sшт, линия БВ - длину хода плунжераSпл,а линия АГ - эффективный ход плунжера Sэф. Из-за неполного наполнения цилиндра линии БВ и АГ могут быть неравными. 2.3. Пример обработки практической динамограммы Обработку практической динамограммы проведем на примере (рис. 2.2). Исходные данные: глубина спуска насоса Нн, м 1528 диаметр насоса dн, мм 43 количество штанг в комбинированной колонне, 191 в том числе: с d1 = 7/8" (22 мм) 88 с d2 = 3/4" (19 мм) 103 диаметр НКТ, мм 73 дебит жидкости, м3/сут 25 плотность жидкости gж, г/см3 0,9 длина хода полированного штока Sшт,м 2,1 число качаний в минуту, n8 масштаб усилий динамографа р, кг/мм 125 длина динамограммы l, мм 68 Масштаб перемещений Длина ступеней колонны штанг
l2= 1528 – 704 =824 м Вес в воздухе 1 м ступеней штанг: q1= 3,14 кгс, q2 = 2,35 кгс Вес колонны штанг в жидкости
Расстояние линии веса штанг от нулевой линии
Для насоса диаметром 43 мм площадь плунжера равна 14,5 см2. Нагрузка от веса жидкости Рж = 0,1 × 14.5 × 1528 × 0,9 = 1994кгс. Расстояние линии статической нагрузки от нулевой линии
Определяем средний диаметр штанг
Средневзвешенная площадь сечения штанг fш= 0,785 × 2,042= 3,27см2 Деформация штанг и труб
Потеря хода полированного штока в масштабе перемещений динамограммы (отрезок ГГ1) 2.4. Практические динамограммы работы глубинного насоса В зависимости от параметров глубиннонасосной установки практические динамограммы нормальной работы насоса получают весьма разнообразные очертания.
2.4.1. Влияние числа качаний
На динамограмме появляются затухающие волнообразные изменения нагрузки при ходе плунжера вверх и вниз. Причем, с увеличением числа качаний увеличивается их амплитуда, а число полуволн уменьшается (рис. 2.3). n – 7 n – 11 n – 13 Рис 2.3. Изменение конфигурации динамограммы в зависимости от числа качаний 2.4.2. Влияние глубины спуска насоса С увеличением глубины спуска насоса (рис. 2.4): а) увеличивается высота положения линии нагрузки при ходе вниз по отношению к нулевой линии; b) увеличивается нагрузка от веса жидкости при сохранении отношения веса штанг к весу жидкости;
c) на динамограмме укладывается меньшее число полуволн колебаний нагрузки. Рис. 2.4. Изменение очертаний динамограмм в зависимости от глубины спуска
2.4.3. Утечки жидкости в нагнетательной части насоса Динамограмма при этом имеет следующие очертания (рис. 2.5): a) процесс восприятия нагрузки изображается линией, имеющей меньший угол наклона к горизонтали, чем линия восприятия нагрузки при нормальной работе насоса; b) правый верхний угол закруглен;
c) линия снятия нагрузки идет более круто, и угол, образуемый ею и нулевой линией, имеет больший наклон. Рис. 2.5. Очертания теоретической и практической динамограмм при утечках в нагнетательной части насоса 2.4.4. Утечки жидкости в приемной части насоса Характерные особенности динамограммы насоса, имеющего утечки в приемной части, следующие (рис. 2.6): a)процесс снятия нагрузки изображается наклонной линией, угол наклона которой к нулевой меньше, чем у линии снятия нагрузки при нормальной работе насоса, и меньше, чем угол наклона линии восприятия нагрузки; b) левый нижний угол динамограммы закруглен; c) линия восприятия нагрузки идет более круто и угол между нею и нулевой имеет больший наклон, чем у линии восприятия нагрузки при нормальной работе насоса; При остановленном СКН повторно прочерченная линия веса штанг перемещается к линии веса штанг и жидкости.
Рис 2.6. Очертания теоретической и практической динамограмм при утечках в приемной части насоса 2.4.5. Одновременные утечки в приемной и нагнетательной частях насоса. Если глубиннонасосная установка имеет одновременные утечки в нагнетательной и приемной частях насоса, то в зависимости от того, какая из утечек преобладает, динамограмма приобретает очертание, более схожее с очертаниями динамограммы при наличии только одной утечки — в нагнетательной или в приемной части насоса. Характерной особенностью одновременных утечек является закругление левого нижнего и правого верхнего углов. 2.4.6. Утечка жидкости из насосно-компрессорных труб Утечка жидкости из НКТ не придает динамограмме каких-либо специфических очертаний. Однако с помощью динамографирования можно установить ее наличие, если место утечки находится настолько ниже устья скважины, что изменение высоты столба жидкости в трубах способно вызвать заметные изменения нагрузки на полированном штоке. Для этого при остановленном СКН 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. 2.4.7. Динамограммы работы насоса при откачке жидкости с газом Динамограммы работы глубинного насоса при откачке жидкости с газом имеют следующие характерные очертания: (рис. 2.7) a) линия снятия нагрузки представляет собой кривую с той или иной кривизной, выпуклость которой обращена влево вверх; b) процесс снятия нагрузки протекает медленно, вследствие чего открытие нагнетательного клапана происходит позже, чем при нормальной работе насоса; c) левый нижний и правый верхний углы динамограммы острые; d) в случае значительных величин вредного пространства и газосодержания смеси процесс восприятия изображается линией, несколько отклоняющейся вправо от теоретической. e) линии снятия и восприятия нагрузки параллельны.
Рис. 2.7. Очертание практических динамограмм при откачке жидкости с газом 2.4.8. Низкая посадка плунжера При ударах плунжера или штанг при ходе вниз, в зависимости от скорости посадки плунжера на преграду, жесткости ее и расстояния от преграды до истинного крайнего положения, снижение нагрузки и последующий набор этой нагрузки на динамограмме записываются несколько по-разному. Если удар не резкий, нагрузка снижается плавно, посадка плунжера записывается в виде петли в нижнем левом углу динамограммы (рис. 2.8 а). Линия восприятия нагрузки отодвигается вправо от своего нормального положения. При резких снятиях нагрузки (рис. 2.8 б, в) петля может иметь несколько перехлестов. Петля удара всегда располагается ниже линии статического веса штанг. При ударах плунжера полезная длина его хода уменьшается на длину горизонтальной проекции петли.
а б в Рис. 2.8. Очертания практических динамограмм при низкой посадке плунжера 2.4 9. Прихват плунжера Очертание динамограммы в данном случае (рис. 2.9) зависит от конструкции насоса и от места прихвата в цилиндре. Она записывается в виде узкой замкнутой кривой, имеющей значительный наклон к нулевой линии. Максимальная нагрузка значительно превосходит суммарный вес штанг и жидкости. Наклон динамограммы не равен наклону теоретической линии восприятия нагрузки, потому что штанги работают за пределом упругости. В силу неподвижности плунжера, при его прихвате, по отношению к цилиндру насоса, линия перемещения практически отсутствует.
Рис. 2.9. Очертания практических динамограмм при прихвате плунжера а — в нижнем, б — в верхнем положении его хода. 2.4.10. Обрыв или отворот плунжера Обрыв (отворот) штанг записывается на динамограмме в виде узкой горизонтальной замкнутой кривой (рис. 2.10). Динамограмма совпадает с линией веса штанг, если обрыв произошел у самого плунжера. При более высоких обрывах (отворотах), чем выше глубина обрыва (отворота), тем меньше вес оставшейся части колонны штанг и тем ниже располагается динамограмма.
Рис. 2.10. Очертания практических динамограмм при обрыве (отвороте) штанг Контрольные вопросы: 1.Влияние числа качаний. 2.Влияние глубины спуска насоса. 3.Утечки жидкости в нагнетательной части насоса. 4.Низкая посадка плунжера. 5.Обрыв или отворот штанг.
Лабораторная работа №3 Основные задачи, решаемые динамографированием скважин Цель работы: Ознакомление с расчетными методами определения параметров производительности, давления и средней плотности в глубинном штанговом насосе. Круг вопросов, решаемых динамографированием, довольно обширен. О некоторых практических задачах по определению состояния работы глубиннонасосного оборудования было изложено в предыдущей главе. Здесь назовем те, которые связаны с работой пласта. Это — определение дебита скважины, давления на приеме насоса, коэффициента продуктивности, средней плотности газожидкостной смеси в трубах. 3.1.Определение производительности глубинного штангового насоса Производительность глубинного насоса определяется выражением: Q = 0.144 ×Fпл × Sшт ×n × a (м3/сут), где: Fпл — площадь сечения плунжера, см; Sшт — длина хода полированного штока, м; п — число качаний, раз/мин; a — коэффициент подачи насоса. Он зависит от нескольких величин: a = К1 × К2 ×К3× К4, где: К1 – коэффициент, учитывающий утечки в НКТ;К2 –коэффициент, характеризующий изменение объема нефти,
откачиваемой насосом, после ее дегазации на поверхности, и равный обратной величине
объемного коэффициента пластовой нефти; К3 – коэффициент, учитывающий
утечки в насосе;
где: Rн– отношение объема газа к объему нефти в цилиндре при давлении нагнетания. При полном растворении газа во время сжатия в цилиндре Rн= 0; Sэф – длина хода плунжера, измеренная на практической динамограмме, при движении с открытым нагнетательным клапаном, мм. Подставим значение a в формулу для Q и раскроем значения К4 и b. Тогда выражение для Q примет вид: Q = 0.144 ×Fпл × Sшт ×n × a × К1 × К2× К3 × Коэффициент К1 при отсутствии утечки в НКТ принимается равным единице. Наличие утечки можно определить испытанием колонны на герметичность, сравнением замеров, полученных по динамограмме, с данными замеров по приборам или так, как предлагается в 2.4.6. Коэффициент К2 определяется путем исследования физических свойств пластовой нефти. Для девонских нефтей его можно принять равным 0,87, а для каменноугольных – 0,96. Коэффициент К3 можно определить аналитическим путем. Но наиболее простой способ найти утечки в насосе — по очертаниям динамограммы и изменениям положения линий веса штанг и веса плунжера с жидкостью во времени. Для этого СКН останавливают так, чтобы плунжер не доходил до крайнего верхнего (нижнего) положения на 10-20 см. Прочерчивают линию веса. Затем через 5 - 7 минут — повторную. Если линии не совпадают, следует говорить о наличии утечки. Если ее нет, К3 принимается равным единице. В результате, формула для расчета производительности штангового глубинного насоса примет вид: Q = 0.144 ×Fпл × Sшт ×n × К2 × Таким образом, для определения производительности насоса необходимо измерить на практической динамограмме (рис.3.1) величины l и Sэф, соответствующие движению плунжера с момента открытия нагнетательного клапана (точка Г) до его закрытия (точка А), и произвести соответствующие вычисления по вышеприведенной формуле. Причем, произведение (0.144 × Fпл × Sшт) равное теоретической производительности насоса при п = 1, можно табулировать (табл. 1). Р
Пример: Произведем расчет производительности по динамограмме (рис.3.1). Известно, что в скважину, эксплуатирующую угленосный горизонт, внедрен насос диаметром 43 мм; станок-качалка имеет длину хода полированного штока 1,8 м, число качаний равно 6 раз в минуту. 1 - й способ. Измерим отрезки Б1В = lи АГ = Sэф: l = 58, 5мм; Sэф = 42, 5 мм. Производительность насосной установки Q = 0.144 ×0, 00145 × 1, 8 × 6 × 0, 96 × 2-й способ. Найдем производительность насосной установки на том же примере, используя масштаб перемещений. Масштаб перемещений лучше определять вычислением, так как, во-первых, каждый экземпляр динамографа данной конструкции может давать небольшие отклонения от номинальной величины масштаба перемещений и, во-вторых, у современных станков-качалок нормального ряда длины ходов имеют достаточно точные, фиксированные значения.
Определим длину эффективного хода плунжера с открытым нагнетательным клапаном: Sэф = 30, 8 - 42, 5 = 1309 мм = 1,31м. Производительность насосной установки Q = 0.144 ×0, 00145 × 1, 31 × 6 × 0, 96 = 15, 7 м3/сут 3-й способ. Определим производительность насосной установки, используя табл.1 Измерим Б1В и АГ и найдем их частное:
Определим по таблице теоретическую производительность насосной установки для длины хода, равной 1,8 м, при n = 1: Qm = 3,76м3/сут. Фактическая производительность Q = Qm × n × К2 × Если типоразмер станка-качалки не известен, его находят следующим образом: - измеряют длину динамограммы: l = 58, 5 мм; - умножают ее на масштаб записи: 58, 5 × 30 = 1, 755м; - по таблице 2, зная номер отверстия на кривошипе станка-качалки, определяют типоразмер СКН. В нашем случае номер отверстия — четвертый, и ближайшим к длине 1,755 м значением является 1,8 м, что соответствует 6СК6 или СК6; - по длине хода полированного штока определяют производительность, как и в предыдущих случаях. Расчет производительности по предлагаемой методике для
нормально работающей насосной установки рекомендуется производить при При наличии утечек в НКТ или в тех или иных узлах насосной установки, т. е. когда К1 ¹ 1 и К3 áá1, расчет производительности насосной установки по динамограмме не производится. 3.2. Определение давления на приеме насоса и средней плотности газожидкостной смеси в трубах Теоретическая основа метода заключается в следующем. Вес колонны штанг известной конструкции в воздухе Pш = q1 × l1+ q2 × l2+ ¼ + qn × ln = gст × Vш где: Vш – объем колонны штанг, м3. При погружении колонны штанг в жидкость или смесь на нее действует выталкивающая сила РА (сила Архимеда): РА= gсм × Vш где: gсм – плотность смеси, г/см3. Тогда вес колонны штанг в смеси
Коэффициент плавучести штанг в смеси
Полученное выражение служит для определения средней удельной плотности газожидкостной смеси в насосно-компрессорных трубах. Для этого достаточно знать Рщи Р'ш. При остановке балансира СКН в нижней мертвой точке на нее действует нагрузка только от веса штанг, погруженных в газожидкостную смесь, т. е. РНМТ = Р1ш Давление на выкиде насоса
При остановке балансира СКН в верхней мертвой точке на нее действует нагрузка Р ВМТ = Р1 ш + Р вык× Fпл - Рпр × Fпл где: Рпр — давление на приеме насоса, кгс/см2. Отсюда: Подставим значение затем Р Вых,а затем gсм. Тогда получим:
Таким образом, давление на приеме насоса, складывающееся за счет веса столба жидкости в затрубном пространстве Р'жи затрубного давления Рзат, будет иметь вид:
Последовательность операций для определения Рпр такова: - снимается динамограмма работы насоса; - на динамограмме записывается линия веса штанг в жидкости при крайнем нижнем положении балансира станка-качалки Р'ш; - при крайнем верхнем положении балансира станка – качалки записывается суммарная линия веса штанг в жидкости и жидкости РВМТ; - По известному масштабу усилий и по ординатам, соответствующим РВМТи Р'ш, производится расчет веса штанг в жидкости и жидкости в НКТ. Динамограмма должна сниматься оттарированным динамографом. 3.3. Определение коэффициента продуктивности Для определения коэффициента продуктивности
глубиннонасосную скважину динамографируют в двух или более восстановленных режимах работы СКН (режим работы насоса изменяют путем изменения длины хода полированного штока, числа качаний и т. д). Дебит жидкости на каждом режиме Q1 и Q2 определяют по динамограмме так, как в 3.1. Величину забойного давления, соответствующего каждому режиму, можно представить (для вертикальной скважины) в виде
Подставляя это выражение в предыдущее, имеем:
Преобразуем знаменатель последнего выражения, используя полученное в 3.2. значение Рпр:
где: Lcт1и Lcт2 — расстояние линии статической нагрузки от "нулевой", определенное по динамограммам, на первом и втором режимах работы СКН соответственно, мм. Тогда выражение для определения коэффициента продуктивности примет вид:
Таким образом, для определения коэффициента К необходимо: - динамографировать скважину на двух или более режимах работы СКН; - сделать расчет производительности насосной установки для каждого режима; - произвести измерение на динамограмме расстояний нагрузок от веса жидкости; - зная масштаб усилий динамографа, произвести расчет по выше приведенной формуле. При определении коэффициента продуктивности по предлагаемой методике желательно применять один и тот же динамограф в течение всего периода исследования данной скважины, а при записи линии веса жидкости и штанг останавливать СКН в таком положении, чтобы не произошло открывания нагнетательного и приемного клапанов соответственно, т. е. CKH не прошел положение мертвых точек. Каждому студенту выдается конкретная динамограмма, и он должен провести ее обработку по приведенным выше методикам и таблицам, содержащимся в приложении. В отчете по динамограмме необходимо представить следующие результаты: вес штанг и жидкости, максимальную нагрузку, минимальную нагрузку, фактический дебит скважины. Контрольные вопросы: 1. Как оценить вес штанг и жидкости и массу жидкости? 2. Как определить коэффициент продуктивности скважины?
Лабораторная работа №4 Ознакомление с программой для обработки динамограмм Цель работы: изучениепрограммного комплекса обработки практических динамограмм. Программное обеспечение "D1NAM0" предназначено для компьютерной обработки динамограмм, полученных гидравлическими динамографами типа ИКГН-1, и определения рада характеристик глубиннонасосных механизированных скважин. 4.1. Требования к аппаратуре и комплектность Для работы программы необходимы: - компьютер с процессором 386 иливыше; - цветным монитором EGA (SVGA); - операционная среда WINDOWS (3.1,3.11, WINDOWS 95); - двухкнопочная "мышь"; - сканер любого типа. В комплект программы входят следующие файлы: - DINAMO.EXE – исполняемый модуль программы (или DINAMO32.EXE– для WINDOWS 95); - DINAMO.HLP — файл контекстно-зависимой подсказки: - DINAMO.BMP – файл образа рисунка станка-качалки. Исходный текст программы написан на языке программирования BORLANDС++ для IBM-совместимых компьютеров с использованием объектной библиотеки OWL. 4.2. Начало работы Суть программы в получении оцифрованной замкнутой кривой исходной динамограммы и ее обработке по описанной выше методике. Предварительно исходный полевой материал в виде рисунка динамограммы на бумаге, полученный самописцем динамографа, сканером любой марки и программным обеспечением к нему (типа DESKSCAN, FOTOFINISH, IMAGEи т. д.), преобразуется в графический образ в 16 или 256 цветном ВМР-формате. Полученные BMP-файлы являются начальными данными для работы программы. Формат масштаба увеличения при сканировании не имеет значения, но должен быть известен при вводе начальных данных для соответствия начальных данных и результатов. В случае большого количества обрабатываемых динамограмм желательно сканировать сразу несколько, прикрепив их на лист формата А4, поскольку большинство ручных и настольных сканеров поддерживают такой формат. 4.3. Запуск и работа с программой Запуск программы в среде WINDOWS95, аналогичен запуску других внешних программ. Один из способов – используя ПРОВОДНИК, найти программу (DINAMO) в пути каталогов и запустить двойным щелчком левой кнопкой "мыши". На рис. 4.1 представлен экранрабочей пpoграммы, включающий строку заголовка с названием рабочей программы, строку меню, панель командных пиктограмм, главное рабочее окно — окно оцифровки, вспомогательное рабочее окно формата А4, окно вывода результатов и строку статуса - для вывода вспомогательной информации.
Рис. 4.1. Окно рабочей программы Работу с программой оцифровки можно разбить на 6 этапов: - задание начальных данных; -чтение и установка образа динамограммы с диска: -оцифровка образа динамограммы; -установка дополнительных осей и вспомогательных линий на динамограмме; -получение и печать результатов на принтер; -сохранение полученных результатов. 4. 3.1. Задание начальных данных
Первым действием при обработке новой динамограммы является нажатие на данную кнопку строки командных пиктограмм или выбор команды меню РЕШЕНИЕ – НАЧАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ. В ответ на данное действие появляется окно диалога НАЧАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ, которое запрашивает основные технологические характеристики скважины, параметры сканирования и способ решения. Параметры ЗАГОЛОВОК и ДАТА ИССЛЕДОВАНИЯ являются информационными и могут быть опущены. В случае ввода в них информации она выводится вместе с остальными результатами на экран и печатающее устройство. Параметр МАСШТАБ СКАНИРОВАНИЯ является важным для верной оценки выходных результатов. Примечание: Если Вы сомневаетесь в масштабе сканирования вашего сканера, то для теста просканируйте миллиметровую бумагу и оцените масштаб в главном окне рабочей программы по сетке осей координат или по отдельным координатам на Вашей миллиметровке, выводимых в строке статуса. Если вы не использовали увеличение или уменьшение масштаба при сканировании – установите масштаб равным единице. При увеличенном, например, в трехкратном формате – значение 3, а при уменьшенном в 2 раза –0,5. Желательно для получения более точных результатов использовать увеличенный формат образа динамограммы. Примечание: Значительное увеличение образа динамограммы при сканировании более 5 раз, сказывается на быстродействии программы из-за накладных расходов на чтениеBMP-файла и перерисовку его е главном окне. При включенном параметре "Точка Б и Б' совпадают" теоретическая динамограмма строится согласно этому правилу, т. е. верхний левый угол параллелограмма проходит через точку Б' - точку пересечения линии верхней мертвой точки с кривой динамограммы (см. описание методики). Остальные данные описывают технологические характеристики Вашего станка-качалки и динамографа. Для более подробной информации смотрите описание методики. Перемещение от одного элемента редактирования, согласно технике WINDOWS, либо с помощью клавиш TAB илиSHIFT-TAB, либо указанием (щелчком "мыши") на нужном элементе. Для закрепления текущих параметров задачи нажмите клавишу ENTER или кнопку ОК, для отмены — ESC илиCANCEL. 4.3.2. Чтение образа динамограммы
Используя данную кнопку строки пиктограмм или команду меню ФАЙЛ – ДИНАМОГРАММА, на экран выводится диалоговое окно со списком ВМР-файлов текущего каталога. Если ваших файлов в этом каталоге нет, необходимо, используй стандартную технику WINDOWS, перейти в каталог с файлом рабочего образа динамограммы или записать полный путь до него в строке ввода. Для отмены используется клавиша ESC или кнопка CANCEL,a в случае подтверждения выбора - клавиша ENTER, кнопка ОК или двойной щелчок левой кнопкой "мыши” на выбранном файле. При успешном выборе во вспомогательном рабочем окне визуализируется рисунок динамограммы, в формате, как если бы он находился на листе типографского размера А4. Примечание: При повторном нажатии на пиктограмму происходит отмена визуализации образа динамограммы. В случае неудачного выбора или выбора файла не стандарта BMP выдастся сообщение об ошибке. Вглавное рабочее окно введена система координат с сеткой 10см на 10см. Данная сетка покрывает размер большинства динамограмм, выдаваемых механическими динамографами. Для установки образа динамограммы в видимую область главною рабочего окна используется перемещение по вспомогательному окну с помощью "мыши". Щелчок в области вспомогательного окна смещает "перекрестие прицела" по образу динамограммы. Необходимо добиться удобного расположения образа динамограммы или ее части в главном окне. Для этого можно воспользоваться также пиктограммами изменения формата или выбрать элемент меню ФОРМАТ. Примечание: Если вспомогательное окно не дает возможности перемещения по всему исходному образу, то, возможно. Вы неверно установили параметр МАСШТАБ СКАНИРОВАНИЯ в окне НАЧАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ — необходимо вновь установить этот параметр, либо формат вашего сканера больше А4 — в этом случае пользуйтесь возможностями пиктограмм изменения формата. Пиктограмма Пиктограмма Примечание: Увеличение и уменьшение формата происходит относительно точки привязки ("горячей точки"), т. е. точки в которой находится курсор "мыши". Для курсора данных пиктограмм "горячая точка – центр "плюса" или "минуса" соответственно. Для изменения формата необходимо зафиксировать одну из возможностей (либо увеличение, либо уменьшение) и нажимая левую кнопку "мыши" в главном окне добиться нужного результата. Возможно, также
использовать пиктограмму Для выделения используется техника ''нажать, протянуть и отпустить". Нажмите пиктограмму, затем в области главного окна в первой точке выделяемой области (например, верхней левой) нажмите левую кнопку "мыши" и, не отпуская ее, протяните до следующей актуальной точки. На экране возникает прямоугольник выделяемой области. При отпуске кнопки '"мыши"' происходит приближение и изменение формата осей координат. Примечание: Измененная область может иметь неравный формат по осям X и У, что отражается на виде динамограммы и на построении подчиненной системы осей координат, но никоим образам не на результатах расчета в дальнейшем. Восстановить начальный, с момента запуска программы
формат, можно нажав пиктограмму После удобного расположения всей динамограммы или ее части в главном рабочем окне переходите оцифровке динамограммы. 4 3.3 Оцифровка динамограммы Метод оцифровки состоит в
"общелкивании" расположенного в главном окне образа динамограммы:
начиная с левого нижнего угла в направлении по часовой стрелке, т. е. так, как
зафиксировал динамограмму самописец
в процессе исследования скважин. Для оцифровки необходимо нажать пиктограмму Приэтом, если курсор "мыши"' попадает в область главного окна, появляется трассировочный отрезок, а при нажатии левой клавиши "мыши" отмечаются точки кривой, которые в последствии будут использованы при расчетах. Количество точек на динамограмме выбирается пользователем. Трассировочный отрезок каждый раз начинается с последней отмеченной точки и до текущего положения курсора "мыши". Нажатие правой клавиши "мыши" отменяет последнюю введенную точку и начинает отсчет с предыдущей. Если весь образ динамограммы не помещается в рабочем окне, то для перемещения по нему без изменения формата используется вспомогательное окно. Описание работы со вспомогательным окном изложено выше. Команда меню ГРАФИК – УДАЛИТЬ удаляет весь введенный график-кривую. В процессе построения контура графика можно использовать изменение формата, но необходимо каждый раз после его изменения переходить в режим оцифровки вновь. Признаком оцифровки является наличие трассировочного отрезка. Примечание: Контур графика можно не замыкать, при расчетах он автоматически замкнется на первую точку. 4.3 4. Дополнительное построение Во время сканирования почти невозможно точно установить бумажную динамограмму в рабочей области сканера. Поэтому возможно различное размещение образа динамограммы, т. е. всевозможные углы поворота к нормальным осям и почти всегда — смещение относительно центра отсчета. Для решения второй
проблемы, со смещением, служит пиктограмма Фиксация ее порождает вспомогательную ось координат, которая может быть приведена к осям образа динамограммы нажатием левой кнопки «мыши» в точке ее центра отсчета. Для более сложного
случая, когда образ динамограммы еще и повернут на некий угол, используется пиктограмма Примечание: Протягивание "мыши" в данном случае ведет к изменению угла поворота. Для подчиненных осей координат главным условием является совпаде |
|
– отношение длины хода
плунжера к длине хода полированного штока, измеренным на практической
динамограмме (рис. 2.2) и выраженным в мм; b – коэффициент наполнения.
= 15, 7 м3/сут
, так как при 
откуда 
- Задание начальных данных.
Чтение
образа динамограммы.
используется для увеличения формата(приближения) изображаемых в
главном окне объектов в 2 раза по обеим осям.
—
соответственно уменьшает формат в те же 2 раза.
выделения областиформата, которая приближает выделенную область.
восстановить
исходный формат или выбрать в меню ФОРМАТ
– ВОССТАНОВИТЬ.
- оцифровать
динамограмму.
плоско-параллельный
перенос осей без поворота.
- поворот
осей координат, строящая ось координат, с поворотом. Левая кнопка
"мыши" нажимается и удерживается в нажатом состоянии в центре
отсчета, а затем, необходимо удерживая левую кнопку "мыши", протянуть ее вниз и влево или вправо в
зависимости от знака угла поворота.
Трассировочный отрезок, возникающий в данном случае, служит в качестве
"рычага" поворота. При отжиме кнопки '"мыши" угол поворота
фиксируется. Угол поворота не
ограничивается, т. е. от 0 до 360°. Для переноса повернутых осей используется
одиночное нажатие левой кнопки "мыши".