Динамометрирование скважин, оборудованных СШНУ

 

Цикл  насосной установки

Рассмотрим  схему плунжерного насоса, представленную на рис.2. Перемещение плунжера осуществляется между нижней мертвой точкой (НМТ) и верхней мертвой точкой (ВМТ) и характеризуется величиной, называемой длиной хода плунжера S_пл. Наружный диаметр плунжера D_пл принимается равным внутреннему диаметру цилиндра (хотя фактически между этими величинами имеется определенная разница 2d; d — зазор между плунжером и цилиндром).

При ходе плунжера вверх нагнетательный клапан 4 закрывается под действием веса столба продукции скважины, находящейся в колонне НКТ 5. В цилиндре насоса 1 давление снижается и в определенный момент всасывающий клапан 3 открывается; продукция скважины поступает в цилиндр насоса (в подплунжерное пространство, которое увеличивается до тех пор, пока плунжер не придет в ВМТ). Ход плунжера из НМТ до ВМТ называется тактом всасывания.

Рис. 2. Принципиальная схема плунжерного  насоса

1 — цилиндр; 2 — плунжер; 3 — всасывающий клапан; 4 — нагнетатель-

ный клапан; S — колонна НКТ; 6 — колонна штанг

При ходе плунжера вниз (от ВМТ до НМТ) давление в цилиндре насоса повышается, всасывающий  клапан 3 закрывается, и в определенный момент времени открывается нагнетательный клапан 4. Продукция из цилиндра насоса 1 перетекает через плунжер 2 в надплунжерное пространство. Ход плунжера из ВМТ до НМТ называется тактом нагнетания.

Рассмотрим  теперь, как выглядит простейшая теоретическая  динамограмма нормальной работы УШГН (рис. 3). Она представляет собой динамограмму работы штанговой глубиннонасосной установки, лифтирующей дегазированную жидкость при коэффициенте подачи, равном единице, отсутствии сил трения и инерционно-динамических нагрузок.

 

Рис. 3.

Простейшая  теоретическая динамограмма нормальной работы УШГН

 

• точка А – НМТ (нижняя мертвая точка). Начало движения колонны штанг вверх;
• АБ – восприятие нагрузки колонной штанг от веса жидкости в НКТ, растяжение штанг;
• точка Б – начало движения плунжера вверх, открывается всасывающий клапан;                                                                                 
• БВ – полезный ход плунжера (статическая нагрузка Р_в = вес штанг и жидкости);
• точка В – ВМТ (верхняя мертвая точка). Начало движения колонны штанг вниз;
• ВГ – участок разгрузки колонны (сокращение штанг);
• точка Г – начало движения плунжера вниз, открывается нагнетательный клапан (статическая нагрузка Р_н = вес штанг);
• S – длина хода полированного штока;
• λ – деформация штанг.

 

Ход вверх

В конце хода вниз, т.е. перед началом  хода вверх, полированный шток установки  и плунжер насоса приближаются к  своим нижним крайним положениям. При этом нагнетательный клапан насоса открыт, всасывающий закрыт. Плунжер не нагружен. На полированный шток действует только нагрузка от веса штанг, погруженных в жидкость (P_шт). В момент начала движения полированного штока вверх плунжер останавливается, и нагнетательный клапан закрывается (точка А).

По  мере движения полированного штока  вверх плунжер и штанги принимают  нагрузку от веса столба жидкости в  подъемных трубах. Под действием этой нагрузки штанги растягиваются, а подъемные трубы разгружаются и сокращаются.

В продолжение всего процесса растяжения штанг и сокращения труб плунжер  остается неподвижным по отношению  к цилиндру насоса. Одновременно с  этим полированный шток перемещается на величину, равную сумме растяжения штанг и сокращения труб.

Процесс восприятия полированным штоком нагрузки от веса столба жидкости записывается на динамограмме наклонной прямой АБ. Отрезок бБ определяет величину перемещения только полированного штока в процессе восприятия нагрузки и характеризует суммарное растяжение штанг и сокращение труб от веса штанг и жидкости.

По  окончании процесса восприятия нагрузки полированным штоком начинается движение плунжера вверх, вследствие чего открывается  всасывающий клапан насоса. Этому  моменту на динамограмме соответствует  точка Б.

Нагрузка  на полированный шток при ходе плунжера вверх равна весу штанг, погруженных  в жидкость (Р_шт), плюс нагрузка от веса столба жидкости на плунжер (Р_ж).

Движение  системы «полированный шток –  колонна штанг – жидкость –  плунжер» до крайнего верхнего положения (точка В) происходит при этой неизменной нагрузке. На динамограмме этот процесс изображен прямой БВ, параллельной оси ОS (нулевая линия).

 

Ход вниз

В начале хода полированного штока  вниз (точка В) всасывающий и нагнетательный клапаны закрыты. Объем насоса под  плунжером заполнен жидкостью. Полированный шток нагружен весом штанг, погруженных  в жидкость, находящуюся в подъемных  трубах, и нагрузкой от веса этой жидкости на плунжер.

По  мере движения вниз полированный шток, штанги и плунжер разгружаются от веса жидкости на плунжер, передавая  нагрузку трубам. Вследствие этого  трубы растягиваются, а штанги сокращаются.

Плунжер остается неподвижным по отношению  к насосу до полной разгрузки полированного штока от веса жидкости. Этот процесс на динамограмме изображается наклонной прямой ВГ, параллельной линии АБ.

Отрезок Гг на динамограмме определяет перемещение только полированного штока в процессе разгрузки и характеризует суммарное сокращение штанг и растяжение труб при снятии веса жидкости с колонны штанг и передаче его колонне труб.

По  окончании процесса разгрузки полированного  штока начинается движение плунжера вниз. При этом за счет повышения  давления в цилиндре насоса нагнетательный клапан открывается.

Нагрузка  на полированный шток при ходе плунжера вниз равна лишь весу штанг, погруженных  в жидкость, находящуюся в подъемных  трубах. Движение системы «полированный  шток – колонна штанг – жидкость – плунжер» до крайнего нижнего  положения (точка А) происходит при этой неизменной нагрузке. На динамограмме этот процесс изображен прямой линией ГА, параллельной оси ОS.

 

Выводы

Таким образом, простейшая теоретическая  динамограмма работы глубинного насоса имеет форму параллелограмма.

Данное  описание контура динамограммы, представленной на рисунке 3, характеризует весь цикл работы глубинного насоса (всасывание и нагнетание). Каждая линия контура  динамограммы дает представление о  состоянии глубиннонасосной установки  на данный момент цикла. Площадь параллелограмма, подсчитанная в масштабах усилий и перемещений, равна работе, затраченной  на подъеме жидкости за одно качание  балансира станка-качалки (один цикл).

 

Расчет  дебита по динамограмме

где

- площадь сечения плунжера, м²

- длина хода полированного  штока, м

- число качаний, кач/мин

- коэффициент подачи насоса:

 

ДИНАМОГРАММЫ  НОРМАЛЬНОЙ РАБОТЫ

Под нормальной работой глубиннонасосной установки в реальной скважине понимается ее эксплуатация с производительностью, соответствующей заданному режиму.

Условия нормальной работы глубинного насоса в реальной скважине не вполне соответствуют  описанным выше условиям, принимавшимся  при построении простейшей теоретической  динамограммы.

Для реальной скважины эти условия можно  сформулировать следующими:

• глубинный насос исправен;
• погружение насоса под динамический уровень достаточно для обеспечения полного заполнения цилиндра насоса жидкостью без свободного газа;
• число качаний обуславливает возникновение сил инерции и упругих колебаний системы штанги-жидкость;
• отсутствует чрезмерное трение от высокой вязкости продукции, кривизны скважины, наличия асфальто-смолопарафиновых веществ.

Несмотря  на различие теоретических и реальных условий нормальной работы установки  ШГН, можно указать основные признаки практической динамограммы, по которым  можно заключить, что установка  в реальной скважине работает нормально:

1. Линии восприятия и снятия  нагрузки – прямые. Данное положение справедливо и в том случае, если эти линии несколько осложнены изгибами, но могут быть усреднены прямыми.

2. Углы наклона линий восприятия  и снятия нагрузки практической  динамограммы равны углам наклона  таких же линий простейшей  теоретической динамограммы таких  же линий простейшей теоретической  динамограммы, т.е. обе пары линий  параллельны друг другу.

3. Левый нижний и правый верхний  углы практической динамограммы, если не учитывать искажения  очертаний колебаниями, острые.

Очертания практических динамограмм зависят  от инерционных и динамических нагрузок, являющихся функцией целого ряда эксплуатационных факторов: глубины спуска насоса, числа качаний, диаметра насоса, длины хода полированного штока, физико-химических свойств продукции и т.д.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Мы  рассмотрели, как с помощью динамометрирования выявить наиболее характерные и  часто проявляющиеся дефекты  глубиннонасосного оборудования, а  также некоторые способы оптимизации  оборудования с данными дефектами.

На  самом деле фактические динамограммы имеют огромное количество форм и  разновидностей. Кроме того, расшифровка динамограмм должна проводиться в комплексе с данными замеров дебита и динамического уровня.

Правильная  диагностика работы глубиннонасосного  оборудования позволяет выбрать  рациональный метод устранения дефектов, снизить недобор нефти и затраты  на восстановление работоспособности  насосного оборудования.

 

СПИСОК  ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Адонин А.И. Добыча нефти штанговыми насосами. - М.: Недра, 1979.

2. Гаус П.О., Лавров В.В. Анализ применимости динамографов с прямым и косвенным способами измерения нагрузки на полированный шток и его перемещения, Нефтяное хозяйство – 2003. №9. С. 78-81.

3. Гилаев Г.Г. и др. Диагностирование глубиннонасосных скважин динамометрированием. Ижевск: ООО «РА «Парацельс», 2008. – 212 с.

4. Кудинов В.И. Основы нефтегазопромыслового дела. Москва-Ижевск: Институт компьютерных исследований; Удмуртский госуниверситет, 2008. - 720 с.

5. Мищенко И.Т. Скважинная добыча нефти: Учебное пособие для вузов. М: ФГУП Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2003. — 816 с.

6. Динамограф «СИДДОС-мини». Техническое описание и инструкция по эксплуатации / Томское научно-производственное и внедренческое общество СИАМ. Томск, 2009.