Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Динамограмма штангового насоса представляет собой графическую зависимость изменения нагрузки на полированный шток от его перемещения в течение полного рабочего цикла. Этот диагностический инструмент позволяет технологам и инженерам выявлять несколько десятков видов неисправностей глубинно-насосного оборудования без остановки скважины, контролировать эффективность откачки жидкости и оптимизировать режимы работы установки.
Динамограмма ШГН отображает изменение усилия в точке подвеса насосных штанг в зависимости от перемещения полированного штока. График регистрируется с помощью специального прибора — динамографа, который устанавливается на устье скважины между траверсами станка-качалки. Процесс получения такой диаграммы называется динамометрированием.
При работе штанговой глубинной насосной установки на колонну труб и штанг воздействует комплекс разнородных сил. Статические силы включают вес штанг, столба жидкости и трубной арматуры, а также архимедову силу. Динамические компоненты представлены силами инерции, упругости и трения. Все эти воздействия суммируются и передаются на полированный шток, где динамограф регистрирует их в режиме реального времени.
Более 70% нефтяных скважин в России и мире эксплуатируются с помощью штанговых глубинных насосов. Динамометрирование является наиболее эффективным методом контроля их работы, позволяя определять техническое состояние оборудования без подъема насоса на поверхность.
Основное назначение динамограммы заключается в диагностике технического состояния скважинного оборудования и оценке параметров работы насосной установки. По форме кривой специалисты определяют коэффициент подачи насоса, фактический дебит скважины, наличие утечек в клапанах, степень заполнения цилиндра и другие критические параметры.
Анализ динамограмм необходим как технологической службе для принятия решений о текущем ремонте скважины, так и геологической службе для выявления причин снижения добычи. Если динамограмма показывает нормальную работу насоса, причину падения дебита следует искать в пластовых условиях.
Теоретическая динамограмма представляет собой идеализированную модель, имеющую форму параллелограмма. Она не учитывает силы трения, инерционные эффекты и динамические колебания, возникающие в реальных условиях эксплуатации. В теоретической модели предполагается полное заполнение цилиндра насоса (коэффициент подачи равен 1), что на практике недостижимо.
График теоретической динамограммы состоит из четырех характерных участков. Точка А соответствует крайнему нижнему положению плунжера. Участок АВ отображает растяжение штанг при движении полированного штока вверх, когда плунжер еще остается неподвижным. На участке ВС происходит подъем плунжера с жидкостью. Точка С фиксирует верхнее положение плунжера.
Устьевая динамограмма снимается непосредственно на устье скважины и отражает нагрузки на полированный шток. Её форма зависит от множества искажающих факторов: колебаний штанговой колонны, упругих деформаций, сил трения в столбе жидкости. Волнообразный характер линий на устьевой динамограмме обусловлен динамическими процессами в системе.
Плунжерная (глубинная) динамограмма рассчитывается математически на основе устьевой и отображает нагрузки непосредственно на плунжере насоса. Она более точно характеризует техническое состояние глубинного оборудования, поскольку исключает влияние колонны штанг и труб. По плунжерной динамограмме определяют эффективную длину хода плунжера и коэффициент наполнения цилиндра.
Динамограф устанавливается между траверсами станка-качалки и фиксируется тросом к крышке устьевого сальника. Прибор оснащён двумя датчиками: датчиком усилия и датчиком перемещения. Первый измеряет нагрузку на полированный шток, второй регистрирует длину его хода.
Наиболее распространённым является гидравлический динамограф типа ГДМ-3. В этом приборе нагрузка на шток передаётся через рычаговую систему на мембрану камеры, заполненной жидкостью. Создаваемое давление передаётся по капиллярной трубке на геликсную пружину, которая приводит в движение регистрирующее устройство.
Современные стационарные системы, такие как ДДС-04, оснащаются тензометрическими датчиками абсолютных значений нагрузки. Информация об усилиях позволяет точно анализировать вес насосных штанг и жидкости. Системы выполнены во взрывозащищённом исполнении для работы в температурном диапазоне от -40 до +50°С.
На автоматизированных промыслах динамометрирование осуществляется дистанционно из центрального диспетчерского пункта. Станки-качалки оборудуются специальными датчиками, передающими данные в режиме реального времени. Это исключает необходимость остановки скважины и позволяет снимать динамограмму за 1-2 минуты.
При исправной работе оборудования динамограмма имеет форму, близкую к параллелограмму, с характерными волнообразными линиями вместо прямых участков теоретической модели. Линия восприятия нагрузки при ходе вверх и линия снятия нагрузки при ходе вниз располагаются параллельно. Углы динамограммы скруглены из-за инерционных эффектов.
Нормальная динамограмма свидетельствует о герметичности клапанных узлов, правильной посадке плунжера в цилиндре и отсутствии критических неисправностей. Небольшие отклонения от идеальной формы допустимы и обусловлены реальными условиями эксплуатации.
Утечки жидкости через нагнетательный клапан характеризуются меньшим углом наклона линии восприятия нагрузки к горизонтали, закруглением правого верхнего угла и более крутой линией снятия нагрузки. При утечках во всасывающем клапане линия снятия нагрузки имеет меньший наклон, а левый нижний угол динамограммы закруглён.
Полный отказ обоих клапанов приводит к вырождению динамограммы в горизонтальную линию или близкую к ней форму, поскольку жидкость не перемещается через насос. Такая ситуация требует немедленного подъёма и ремонта глубинного оборудования.
Присутствие свободного газа в откачиваемой жидкости формирует характерную динамограмму, называемую «пистолет». Линия снятия нагрузки представляет собой кривую с выпуклостью вверх и влево. Процесс снятия нагрузки протекает медленнее, чем при нормальной работе, а открытие нагнетательного клапана запаздывает. Левый нижний и правый верхний углы становятся острыми.
При значительном содержании газа в смеси линия восприятия нагрузки отклоняется вправо от теоретической. Расстояние между линиями восприятия и снятия нагрузки в масштабе динамограммы показывает потерю длины хода плунжера, связанную с поступлением газа в цилиндр.
При высокой посадке плунжера в цилиндре на динамограмме возникает резкий бросок нагрузки вверх в правом верхнем углу. Это происходит из-за удара плунжера об ограничительную гайку цилиндра в случае вставного насоса. Низкая посадка проявляется резким выбросом нагрузки вниз в левом нижнем углу, что указывает на удар плунжера о всасывающий клапан.
Выход плунжера из цилиндра невставного насоса характеризуется резким снижением нагрузки вблизи верхней мёртвой точки. Такая ситуация свидетельствует о неправильном подборе длины хода станка-качалки относительно длины цилиндра насоса.
Основные типы неисправностей, определяемых по динамограмме:
На обычном фонде скважин динамограммы снимаются один раз в месяц для планового контроля работы оборудования. При осложнённых условиях эксплуатации, например, при частых отложениях парафина, частота увеличивается до одного раза в неделю. После проведения геолого-технических мероприятий динамограммы снимаются ежедневно до выхода скважины на стабильный режим.
Внеплановое динамометрирование проводится при снижении дебита жидкости, повышении динамического уровня или после изменения параметров работы штангового насоса (длины хода, числа качаний). Современные стационарные системы позволяют вести непрерывный мониторинг с автоматическим архивированием данных.
Динамограф выдаёт информацию о числе качаний станка-качалки в минуту и длине хода плунжера. Зная диаметр плунжера спущенного насоса, можно рассчитать теоретический дебит жидкости. Для получения фактического дебита результат умножают на коэффициент подачи насоса, который всегда меньше единицы.
Коэффициент подачи характеризует эффективность работы насоса и определяется отношением фактического дебита к теоретическому. Его значение зависит от утечек в клапанах и плунжерной паре, неполного заполнения цилиндра газом, влияния сил трения и других факторов. По динамограмме можно определить эффективную длину хода плунжера и уточнить расчёт производительности.
Программное обеспечение современных систем динамометрирования позволяет накапливать динамограммы в базах данных и производить их автоматическую обработку. Системы рассчитывают по устьевой динамограмме плунжерную, осуществляют диагностику состояния оборудования и оценивают производительность ШГН.
Трёхмерное представление динамограмм в осях перемещение-усилие-глубина делает информацию более наглядной. Можно проследить изменение формы динамограммы вдоль всей колонны штанг и определить механические напряжения на различных глубинах. Спектральный анализ массивов динамограмм выявляет колебательные процессы и позволяет прогнозировать возникновение неисправностей.
Методы машинного обучения устраняют субъективность визуального анализа и снижают вероятность ошибок оператора. Алгоритмы, обученные на больших массивах динамограмм с известными неисправностями, находят тонкие отличия и закономерности, которые могут ускользнуть от внимания специалиста. Нейросетевые модели классифицируют формы динамограмм и предлагают рекомендации по дальнейшим действиям.
Системы на основе искусственного интеллекта анализируют не только отдельные динамограммы, но и серии измерений во временном разрезе. Это позволяет выявлять тенденции изменения технического состояния оборудования и проводить предиктивное обслуживание до возникновения серьёзных отказов.
Часто задаваемые вопросы
Динамограмма штангового насоса является незаменимым инструментом диагностики и контроля эффективности работы скважинного оборудования. Правильная интерпретация динамограмм позволяет своевременно выявлять неисправности, оптимизировать режимы работы установок и предотвращать аварийные ситуации. Современные автоматизированные системы динамометрирования с применением методов машинного обучения существенно повышают точность диагностики и снижают трудозатраты специалистов.
Регулярное динамометрирование скважин обеспечивает максимальную эффективность добычи нефти и продлевает межремонтный период работы оборудования, что критически важно для рентабельности нефтедобычи на месторождениях с высокой степенью выработки.
Данная статья носит исключительно ознакомительный характер и предназначена для технических специалистов нефтегазовой отрасли. Информация представлена на основе технических публикаций, стандартов и опыта эксплуатации оборудования. Автор не несёт ответственности за возможные последствия применения изложенной информации в практической деятельности. При проведении работ на скважинах необходимо руководствоваться действующими нормативными документами и инструкциями производителей оборудования.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.