Удосконалення експериментального дослідження навантаження колони насосних штанг

Размещено на http://www.allbest.ru/

32

|

Размещено на http://www.allbest.ru/

Удосконалення експериментального дослідження навантаження колони насосних штанг

Колона насосних штанг є однією з найслабших ланок свердловинної штангової насосної установки (СШНУ). Саме насосні штанги різко обмежують її надійність і довговічність. Це пов'язано з надзвичайно важкими умовами роботи насосних штанг. Змінні навантаження розтягу та згину, вплив корозійно-активного середовища, тертя об колону насосно-компресор-них труб, особливо в похило-спрямованих свер-дловинах, та інші експлуатаційні чинники призводять до появи та інтенсивного розвитку корозійно-втомних тріщин і як наслідок до руйнування колони штанг. Такі аварії пов'язані з великими матеріальними витратами на ремонт і відновлення експлуатації свердловин. Кількість підземних поточних ремонтів, пов'язаних з ліквідацією обривів колони штанг, складає 15-20% від усіх підземних ремонтів [1]. У зв'язку з цим проблема забезпечення надійності колони насосних штанг є надзвичайно актуальною. Важливе практичне значення для її вирішення має постійний контроль за параметрами наземного та глибинного обладнання.

В Україні, нафтових компаніях США, Канади, Росії та інших країн впродовж багатьох років розробляються системи контролю і обслуговування свердловинних штангових глибинно-насосних установок [2, 3, 4]. Призначення цих систем полягає в такому: оптимізувати режими роботи обладнання; збільшити видобуток нафти і зменшити її собівартість; виявити несправності обладнання і запобігти аварійним ситуаціям; передбачити поведінку свердловини в найближчий час. Для одержання інформації про діючі навантаження на верстат-гойдалку, а також для визначення технічного стану глибинного насоса використовуються первинні давачі, які можуть розміщуються на окремих ланках верстата-гойдалки: підвісці, балансирі, траверсі, шатунах, кривошипах, електродвигуні і т.д.

Найбільш розповсюдженим методом контролю за роботою верстата-гойдалки є динамографічний метод [5, 6], який використовує дані наземних вимірів сигналів зусилля на полірованому штоці і його переміщення.

Як засоби вимірювання навантажень впродовж багатьох років використовуються гідравлічні динамографи, які дають змогу отримувати графік навантаження на паперовому носії. Перевага цих приладів полягає в тому, що в нафтовидобувних підприємствах оператори мають значний досвід зі зняття та обробки динамограм і визначають по них не тільки максимальні та мінімальні навантаження, але й технічний стан глибинного насоса [7]. До недоліків гідравлічних динамографів можна віднести складність комп'ютерної обробки знятих динамограм, оскільки перед цим їх потрібно ввести в ПЕОМ, наприклад, шляхом сканування. При цьому можуть вноситись додаткові похибки, які впливають на результати їх розшифровки. В останні роки бурхливий розвиток комп'ютерної техніки вплинув і на методи динамометрування верстатів-гойдалок. Це призвело до виникнення нових підходів до визначення навантажень [8]. При цьому значне місце відводиться обробці інформації за допомогою ПЕОМ [9, 10]. Для цього використовуються комп'ютерні системи, які інформацію про навантаження отримують за допомогою давачів зусиль. Як правило, давач зусиль складається з пружного елемента та наклеєних на нього тензодавачів. Відомі сучасні фірми [11] пропонують тензодинамографи широкого діапазону вимірювання навантажень.

Проте існує суттєвий недолік у використанні інформаційно-вимірювальних систем на основі тензодавачів - для розшифровки інформації необхідна ПЕОМ безпосередньо на свердловині або додаткова лінія зв'язку з диспетчерським пунктом, при цьому на кожному верстаті-гойдалці необхідно розмістити давач зусиль. У випадку періодичної експлуатації свердловин це не завжди економічно доцільно. Накладні тензодинамографи вимагають ретельної підготовки поверхні полірованого штока, в іншому випадку дають значні похибки вимірювання. Проте можна визначити й інший перспективний підхід до розвитку методів динамометрування - вдосконалення конструкції існуючих динамографів на основі використання сучасних давачів. Тому метою роботи є розробка конструкції гідравлічного динамографа з індуктивним давачем малих переміщень та його перевірка для експериментального визначення навантаження колони насосних штанг.

На рис. 1 зображено пристрій, який можна використати в поєднанні з гідравлічним динамографом, для вимірювання діючих навантажень та занесення інформації в флешпам'ять для подальшої її обробки на ПЕОМ. Пристрій складається з індуктивного давача малих переміщень 3, блоку аналого-цифрового перетворювача з вбудованою платою флешпам'яті. Для приєднання давача до динамографа використовується планка 2, а для регулювання осьового зазора - гайки 4. Вимірювання зусилля ґрунтується на визначені величини зазора між поверхнею давача та корпусом динамометра, який змінюється залежно від навантаження.

1 - гідравлічний динамограф; 2 - планка;

3 - первинний давач; 4 - регулюючі гайки

Рисунок 1. Гідравлічний динамограф з пристроєм для вимірювання навантажень та занесення інформації в ПЕОМ

колона насосний штанга корозійний

Для перевірки можливості використання даного давача проведено експериментальне визначення його характеристики - залежності вихідної напруги від торцьового зазора між давачем та металевою поверхнею (рис. 2). При цьому зазор контролювався за допомогою мікрометричного глибиноміра, ціна поділки якого 0,01 мм.

Згідно з рис. 2 індуктивний давач малих переміщень забезпечує лінійну залежність між вихідним сигналом та торцьовим зазором у діапазоні його зміни від 1 до 4 мм.

Тарування динамографа ГДМ-3 проведено на 10 тонному пресі П-10 зі зміною навантаження від 10 до 60 кН (рис. 3).

Вихідним сигналом давача є напруга постійного струму, яка за допомогою аналого-цифрового перетворювача оцифровується та вводиться для обробки в ПЕОМ. Інформаційно-вимірювальна система забезпечує вимірювання напруги з точністю до 10^-4 B.

Під час проведення тарування експеримент повторювався 5 разів.

Середнє значення отриманих результатів визначалося за формулою

.

Абсолютні похибки вимірювання знаходились за виразами

;

;

…………….

;

.

Відносна похибка вимірювання

.

Результати вимірювань під час проведення тарування наведені в табл. 1 та зображені на рис. 4.

У табл. 2 наводяться значення максимального навантаження, яке діє в точці підвіски штанг глибинної насосної установки, розраховані за умови динамічного рівня рідини на прийомі насоса, для різних глибин спуску та чисел гойдань від 6 до 12 кач./хв. Згідно з тарувальною характеристикою і табл. 2 гідравлічний динамограф з індуктивним давачем можна використати для вимірювання навантажень у діапазоні від 0 до 60 кН, оскільки відносна похибка вимірювання не перевищує 0.044%. Найменшу похибку вимірювання можна отримати для діапазону навантаження від 20 до 50 кН.

Таким чином, у результаті проведених досліджень можна зробити такі висновки:

1. Використання індуктивного давача переміщення в існуючих конструкціях гідравлічних динамографів дає змогу поєднати візуальність гідравлічної динамограми з обробкою результатів вимірювання на ПЕОМ, застосовуючи сучасні програми обробки інформації.

Рисунок 2. Залежність вихідної напруги індуктивного давача малих переміщень від величини зазора до металевої поверхні

1 - динамограф; 2 - індуктивний давач малих переміщень; 3 - прес П-10

Рисунок 3. Тарування динамографа ГМД-3 з індуктивним давачем малих переміщень

Таблиця 1. Тарування вимірювальної системи

Рисунок 4. Тарувальний графік динамографа ГМД-3 з установленим індуктивним давачем малих переміщень

2. Удосконалений динамограф доцільно використовувати для глибин підвіски насоса до 1000 м - практично для всіх діаметрів; для глибини підвіски до 1500 м - для насосів діаметром до 44 мм; для глибини підвіски до 2000 м - для насосів діаметром до 32 мм.

Подальші дослідження слід спрямувати на апробацію розробленого методу дослідження навантаження колони насосних штанг у промислових умовах.

Література

1. Бабаев С.Г. Надёжность нефтепромысло-вого оборудования. - М.: Недра, 1987. - 263 с.

2. Бандура В.В., Заміховський Л.М. Система контролю технічного стану глибинно-насосних штангових установок // Методи і засоби технічної діагностики: XIV міжнародна міжвузівська школа-семінар. - Івано-Франківськ, 1999. - С. 115-119.

3. Панчук В.Г., Смаглюк А.К., Рублюк О.В. Комп'ютерна динамометрія глибинно-насосних штангових установок // Методи і засоби технічної діагностики. - Івано-Франківськ, 1999. - С. 151-154.

4. Пат. 5,291,777 США, МКИ² E21B 047/00. System for monitoring oil well performance / Chang Victor; Moreno Noel; Alvarez Cesar. -

№848665; Заявлено 09.03.1992; Опубліковано 08.03.1994.

5. Пат. 6,343,656 США, МКИ² E21B 034/06. System and method for optimizing production from a rod-pumping system / Vazquez Manuel; Fernandes Jose. - №534904; Заявлено 23.03.2000; Опубліковано 5.02.2002.

6. Заміховський Л., Калмиков О., Шумада В. Діагностування глибинонасосних штангових установок (ШГНУ) при малоінерційних (тихохідних) режимах роботи // Методи і засоби техніч. діагностики: Зб. праць міжвуз. шк.-сем. - Івано-Франківськ, 1999. - С. 123-130.

Размещено на Allbest.ru