МАТЕРИКОВАЯ ДОБЫЧА НЕФТИ

Исследование глубинно-насосных установок

Основой для исследования глубинно-насосных штанговых установок является динамометрия. Динамометрия представляет собой метод эксплуатационного контроля подземных установок и является основой для установления правильного технического режима работы насосной установки.

Суть метода заключается в использовании динамометра для измерения нагрузки на сальниковый (полированный) шток без подъема насоса над землей. Нагрузка записывается на бумаге в виде диаграммы шагов вверх и вниз в зависимости от перемещения поршневого штока. Записанная диаграмма называется динамограммой.

Контроль работы станции на основе динамограммы включает выявление причин снижения откачки и простоев, выбор и выделение необходимых подземных ремонтов, проверку качества проведенных ремонтов.

При наблюдении за длительной эксплуатацией анализ динамограммы используется для выбора режима работы, обеспечивающего требуемый отбор жидкости при минимальных затратах энергии и максимальной эксплуатационной готовности.

Простейшая теоретическая динамограмма для нормальной работы подземного скважинного насоса имеет прямоугольную форму. Вертикальная ось представляет собой нагрузку в точке подвеса рычага, а горизонтальная - перемещение штанги. При реальной работе на форму динамограммы влияют силы инерции и трения в системе штанга-труба-жидкость.

Вычисление элементов теоретической динамограммы и совмещение их с практической динамограммой называется обработкой динамограммы.

Чтобы измерить усилия и перемещение по динамограмме, необходимо определить нулевую линию и величину силы и перемещения.

Нулевая линия динамографа - это линия, проведенная динамографом при отсутствии нагрузки на полированный шток поршня.

Шкала усилий - это величина (в кг) нагрузки, когда пишущая точка (перо или блок) самописца отклоняется по вертикали на 1 мм.

Шкала перемещения - это отношение хода полированного штока поршня к длине записанного графика усилий.

Фактическое перемещение полированного штока - это расстояние между точками на динамограмме, умноженное на шкалу перемещений.

Типичная динамограмма, подготовленная к обработке и при нормальной работе насоса на рисунке справа.

Основными показателями, выявляемыми при анализе динамограммы, являются коэффициент заполнения насоса и напор насоса.

Коэффициент заполнения насоса - это отношение высоты столба жидкости цилиндрического привода к длине хода поршня, т.е. отношение линейной длины АГ к линейной длине БВ. В данном случае он равен 1.

Коэффициент подачи насоса - это отношение фактического нагнетания к теоретическому или отношение фактического хода поршня к ходу полированного штока, то есть отношение линейной длины B₁B₁ к линейной длине AГ.

Динамограммы могут быть использованы для определения рабочих характеристик более 30 типов глубинных насосов и подземного оборудования. На рисунке ниже показана типичная динамограмма насоса.

Известны гидравлические, механические и электрические динамографы. На следующем рисунке показана принципиальная схема карманного гидравлического динамометра ИКГН-1 (ГДМ-3).

Он состоит из двух основных частей: измерительной и регистрирующей. Измерительная часть состоит из месдозы 11 и рычага 12. Полость месдозы 10, заполненная жидкостью (спиртом или водой), перекрывается латунной или резиновой мембраной, на которую опирается поршень 9.

Карманный гидравлический динамометр предназначен для работы со стандартными канатными подвесками типов ПКН-3, ПКН-5 и ПКН-10. Измерительная часть прибора вставляется между стойками штанги канатной подвески, и тяговое усилие штанги преобразуется в силу, сжимающую месдозу. Одновременно рычаг 12 толкает поршень 9 и внутри полости месдозы эти силы преобразуются в давление жидкости, которое через капилляр 8 воспринимается манометрической спиральной пружиной 7. При увеличении давления пружина разжимается, и соединенная с ней ручка 6 натягивает грузовую линию.

При движении динамометра вверх катушка 1, прикрепленная одним концом к неподвижной части устьевого устройства, сматывается со шкива 2 и вращается вместе с рабочим винтом 3. Одновременно рабочая гайка вместе с шагом перемещается вверх по направляющей 4.

Внутри полости винта установлена возвратная спиральная пружина. При движении вверх пружина сжимается, а при движении вниз пружина разжимается, возвращая ступеньку в исходное положение. Таким образом, фигурная ступенька в некоторой степени повторяет движение наполнительного стержня. Меняя шкивы, можно регистрировать движения в масштабах 1:15, 1:30 и 1:45. Предельные усилия составляют 40, 80 и 100 кН.

Развитие автоматизации и дистанционного управления в нефтедобыче привело к широкому использованию телевизионных динамометров с манометрами фиксированной длины. Телевизионные динамометры выпускаются в виде различных систем с различными конструкциями датчиков, линиями связи с динамометром и электрическими схемами динамометров. Все системы имеют датчики нагрузки и перемещения в каждом запорном узле и компьютер с программным обеспечением в центре управления для диагностики технического состояния скважинного оборудования.

Зарубежным аналогом динамометра является Reutert (Германия). Основное отличие - использование в измерительном элементе сильфона вместо пружины; компания "Ehometer" (США) предлагает динамометры, измерения которых проводятся на портативном компьютере.

Измерение уровня жидкости в скважине необходимо для исследования насосного оборудования, в частности, для того, чтобы убедиться, что насосное оборудование должным образом погружено ниже уровня жидкости.

Статический уровень жидкости - это уровень жидкости в закрытой скважине, где давление на дно скважины равно давлению пласта.

Динамический уровень жидкости - это уровень жидкости в активной скважине (в данном случае с глубинно-насосным оборудованием).

Для измерения расстояния от устья скважины до динамического уровня жидкости используются звуковые методы.

Наиболее широко используются различные эхолоты, например, ЭП-1 для скважин с затрубным давлением 0,1 МПа. Принцип работы этих установок заключается в том, что в затрубное пространство пневматической пушкой или взрывчаткой посылается акустический импульс. Этот импульс отражается от поверхности жидкости и возвращается к отверстию в виде эха, которое воздействует на термофон, где преобразуется и усиливается в электрический импульс, который затем записывается щупом на движущейся бумажной ленте.

Зная скорость распространения звука в кольце, расстояние H_дин от поверхности жидкости можно рассчитать по следующему уравнению:

Репер представляет собой отрезок трубы большего диаметра, чем трубопровод, чтобы перекрыть кольцевой зазор на 60-65%, и размещается на 50-100 м выше требуемого уровня. Длина секции (для скважин глубиной до 300 м) составляет около 5 м. Глубина репера определяется путем измерения длины трубы рулеткой.

В последнее время для эхолокации в откачиваемых скважинах используются безреперные системы. В этих условиях скорость звука определяется расчетным методом на основе газового состава среды. Для измерения уровня жидкости, находящейся под давлением в пространстве за трубой, Ю.А. Балакиров разработал метод волнового измерения. Импульсы генерируются специальным устройством, состоящим из термофона и полой оболочки, через которую возбудитель сообщается с затрубным пространством скважины.

Волновые измерения производятся с помощью эхометра ЭМ-52, который может измерять динамический уровень скважины до 4000 м при давлении в затрубном пространстве 7,5 МПа.

Динамометр и эхометр являются основным оборудованием для исследования установки глубокого бурения, также в затрубное пространство спускается оборудование для измерения давления и температуры.

Давление и температура измеряются вдоль ствола скважины и в стволе с помощью встроенных манометров и скважинных термометров.

Наиболее широко используются манометры максимальной глубины и скважинные манометры, которые непрерывно регистрируют показания. Первая группа манометров называется манометрами максимального давления, так как они регистрируют только наибольшее давление в интервале измерения; вторая группа манометров имеет часовой механизм и может регистрировать давление непрерывно.

Глубинные манометры выпускаются в двух конструкциях:

• поршневые манометры МГП;
• геликсные манометры МГГ.

В поршневом манометре давление передается исполнительному элементу через поршень, а в геликсном - через винтовую манометрическую пружину-геликс.

Поршневые манометры

Принципиальная схема поршневого манометра МГП показана на рисунке справа.

При прохождении жидкости через фильтр 5 и камеру манометра измеренное давление действует на поршень 3, который перемещается внутри самоуплотняющегося сальника. Давление, действующее на поршень, уравновешивается натяжением пружины растяжения цилиндра 4. Один конец пружины неподвижен, а другой жестко соединен с поршнем. Движение поршня, пропорциональное воспринимаемому давлению, фиксируется на диаграмме пером 7, вставленным в барабан 2, который приводится в движение часовым механизмом 1. Осевое перемещение поршня пера и вращательное движение барабана часового механизма фиксируют на графике изменение давления во времени. В качестве рабочей жидкости для заполнения внутренней полости манометрического блока используется спиртовой раствор жидкого мыла. Для контроля температуры внутри скважины во время измерения давления внутри корпуса прибора помещается ртутный термометр с максимальным значением 6.

Глубинный манометр МГП выпускается с различными пределами измерения давления, с наибольшим пределом от 0 до 35 МН/м². Диапазон измерения температуры составляет от 10°C до 100°C. Диаметр манометра составляет 32 мм, поэтому он может проходить через трубу диаметром 60 мм.

Геликсные манометры

Схема глубинного геликсного манометра МГГ (рисунок справа): 1 - подвеска для проволоки; 2 - часовой привод; 3 - ходовой винт; 4 - корпус; 5 - трубчатая пружина (геликс); 6 - стержень; 7 - капилляр; 8 - сильфон; 9 - термометр; 10 - входное отверстие; 11 - ось (с пером); 12 - барабан (с бумажным бланком)

Давление среды через отверстие 10 в корпусе прибора воздействует на сильфон 8, который заполнен жидкостью. Внутренняя полость сильфона через канал в стержне 6 и капилляр 7 сообщается с внутренней полостью витой трубчатой (геликсной) пружины 5.

Для штанговой эксплуатащии используются манометры МПМ-4, ДЛПМ-2М и термометры типа "Сириус", при этом НКТ должны быть расположены эксщентрично.

По давлению и температуре на забое и различных глубинах по стволу скважины можно судить о характере прощесса добычи нефти и состояния скважин.

Глубинные термометры