Способ управления скважинной штанговой насосной установкой Советский патент 1986 года по МПК F04B49/00 F04B47/02 

t.

иач. -ноч bSn-cp- S.-cp

мич

н.след. н.нам. .

где tj - продолжительность периода накопления в начале межремонтного

периода, мин; nai(.

U - среднее значение приращения показателя неуравновешенности в интервалах времени наблюдения задан1

Изобретение относится к нефтедобыче, в частности к способам управ ления скважинной штанговой насосной установкой, и может быть использовано для автоматического управления работой малодебитньпс глубинно-насосных скважин, эксплуатирующихся в режиме Периодической откачки пластовых жидкостей.

Цель изобретения - повьшение на- дежности и эффективности управления путем расширения диапазона однозначной связи параметра с динамическим уровнем жидкости в скважине и устранения влияния изменения соотношения между притоком и отбором жидкости на выбор оптимальной продолжительности периода накопления.

На фиг. 1 представлены кривые изменения тангенциального усилия на валу кривошипа станка-качалки скважинной штанговой насосной установки в пределах цикла качания, где I - кривая. Соответствующая динамическом уровню жидкости в скважине, при кото ром было проведено уравновешивание насосной установки; li - кривая, соответствующая динамическому уровню жидкости в скважине, близкому к статическому; III - криваяi соответст- вующая динамическому уровню жидкости в скважине, близкому к приему штангового насоса; Т( и Т2 - амплитудные значения кривой изменения тангенциального усилия на валу кри- вошипа станка-качалки скважинной штанговой насосной установки соответственно при ходе колонны штанг вверх и вниз; на фиг. 2 - устройство для реализации способа управления скважинной штанговой насосной установкой.

31259

ной длительности в начале периодов откачки за целое число циклов в начале межремонтного периода, %;

„нач.

к.ср среднее значение приращения показателя неуравновешенности в интервалах времени наблюдения заданной длительности в конце периодов откачки за целое число циклов в начале межремонтного периода, %.

100%.

(1)

Неуравновешенность нагрузки на валу кривошипа станка-качалки оценивается через показатель неуравновешенности

8

2 Изменение динамического уровня

жидкости в скважине ведет к пропорциональному изменению величины Tj, но не влияет на величину Т. (фиг. 1 Поэтому показатель неуравновешенности оказьшается пропорциональным величине динамического уровня жидкости в скважине Ндц„ в широком диапазоне его изменения, т.е.

(HO-HJ H.), (2) где Ид - значение величины динамического уровня жидкости в скважине, при котором производилось уравновешивание насосной установки;

К - коэффициент чувствительности показателя неуравновешенности по отношению к изменению положения динамического уровня жидкости в скв.ажине, %/м.

При откачке жидкости из скважины в соответствии с изменением динамического уровня происходит и изменение показателя неуравновешенности. При достижении показателем неуравновешенности заданного значения

эчд.

и соответственно требуемого положения динамического уровня над приемом штангового нас оса период откачк заканчивается и начинается период накопления жидкости в скважине.

При накоплении жидкости в скважине изменение показателя неуравновешенности также, как и изменение величины динамического уровня, пропорционально накопленному объему жидкоти, который в свою очередь при

3 12

постоянном притоке жидкости в скважину пропорционален времени накопления .

Снижение притока жидкости в процессе накопления за счет возрастания депрессии на пласт приводит к недобору некоторого объема жидкости в течение цикла откачки, который в первом приближении пропорционален квадрату продолжительности времени накопления t

h

«

м

(3)

где а - коэффициент, характеризующий скорость изменения притока жидкости по отношению к изменению депрессии на пласт в процессе накопления, м /мин.

С учетом амортизационных отчислений на одно включение-выключение двигателя полные потери нефти в единицу времени могут быть найдены по формуле

2

пот

atH+A э,

М: /МИН

(А)

э м.

где А - коэффициент, учитывающий амортизационные отчисления на одно включение - выключение двигателя,

Из (4) может быть найдена оптимальная продолжительность периода накопления, при которой потери добычи нефти минимальные, в виде

t - A-a , мин, (5)

Скорость изменения притока жидкости в скважину определяется по формуле

(6)

а- 21,

1 Н

где Q,j и Q.J - значения величины притока соответственно в момент окончания периода откачки и в момент окончания периода накопления.

Учитьгоая, что при постоянном дебите скважины в пределах периода откачки разность между средними значениями приращений показателя неуравновешенности в начале и конце периода

откачки характеризует величину изменения притока жидкости в скважину, имеем

Ь5н.ср -uSk.,p. У-At(Q,-Q ;), (7)

где uS,,p.

иДЗн.ср. - средние значения

приращения показателя неуравновешенности в интервалах времени наблюдения длительностью it за целое число циклов соответственно в начале и конце 55 периодов откачки;

Л - коэффициент про порциональности, зависящий от кон3

5ю

15

20

2594

структивных особенностей насосной установки и скважины.

Используя (5), (6) и (7), можно получить соотношение, связьгеающее значения параметров работы скважинно й штанговой насосной установки в оп- Т1мальном режиме периодической эксплуатации

(u5,,t,-A-oi.ib const. (81

Если в начале межремонтного периода продолжительность периода накопления равна tf, ,ц, , а средние значения приращений показателя неуравновешенности на интервалах времени наблюдения заданной длительности за заданное целое число циклов в начале и

конце периодов откачки соответственнач. нач. НО . чАЗц.ср. учетом

значений этих приращений и тек,

AS

к.ср. ние

, то можно получить соотноше

е

25

30

35

а

45

50

я55

с-нач. , нач

, , 5н.ср.-.,ср. кслед..н.ноч, .дтек, ГТ), (( .

связывающее продолжительность оптимального периода накопления в следующем цикле откачки со значениями эксплуатационных параметров в начале межремонтного.периода и в любой текущий момент времени. Поэтому соотношение продолжительности оптимального периода времени накопления можно найти не прибегая к помощи оператора.

Значение разности uS .р будет тем меньше, чем меньше величина притока жидкости в скважину. Следствием уменьшения этой разности является увеличение t.c/ieA (см. (9). При достижении величиной притока некоторой минимальной величины дальнейшая эксплуатация скважины оказывается нерентабельной. Следовательно,

при достижении значением разности

тек. .о тек. йл„.ср, .

величины & , соответствующей минимально допустимой величине притока, эксплуатация скважины должна быть прекращена.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит датчик 1 поло - жения, блок 2 управления электродвигателем 3, укомплектованный преобразователем 4 мощности, блок 5 ввода- вывода аналоговых и дискретных сигналов , вычислительный блок 6. Датчик 1 положения установлен на балансире

S1

7 станка-качалки (не показан) сква- жинной штанговой насосной установки, причем головка (не показана) через канатную подвеску (не показана) связана с колонной штанг 8, которые в свою очередь связаны с плунжером штангового насоса (не показаны),

Способ управления скважинной штанговой насосной установкой заключается в измерении и вводе текущих значений активной мощности, потребляемой электродвигателем 3 в течение цикла качания и дискретных сигналов, соответствующих крайним положениям колонны штанг 8, определении величи- ны показателя неуравновешенности, сравнении ее с заданной уставкой . и формировании сигнала на отключение электродвигателя, нахождении средних (за целое число циклов откач- ки) приращений показателя неуравновешенности за интервалы времени за- д,анной длительности в начале и конце периодов откачки, нахождении разности найденных средних значений прира- щений, сравнении ее с заданной допустимой величиной bjl и блокировке формирования сигнала начала периода откачки следующего цикла откачки, запоминании средних значений приращений показателя неуравновешенности, найденных в начале межремонтного периода, вычислении длительности последующего периода накопления, а также отсчете длительности периода накопле- ния и формировании сигнала на включение электродвигателя 3.

Устройство работает следующим образом.

При помощи датчика 1 положения и блока 5 ввода-вывода аналоговых и дискретных сигналов величина, пропорциональная потребляемой электродвигателем 3 активной мощности N, с выхода преобразователя 4 мощности, рас- положенного в блоке 2 управления электродвигателем 3, вводится в вы- числительньш блок 6 раздельно во время хода колонны штанг 8 снизу вверх и сверху вниз. В вычислительном блоке 6 производится вычисление величин, пропорциональных энергии, потребляемой при ходе колонны штанг 8 вверх Е. и при ходе колонны штанг 8 вниз

Ej, по формулам

i, tj

-, Е, о

U1--Z

E,jNdt, E.-JNdi, о t

596

где.интервал времени от О до t соответствует времени хода колонны штанг 8 снизу вверх, а интервал времени от tj до t2 - ходу колонны штан 8 сверху вниз.

Вычисляется величина, пропорциональная величине неуравновешенности скважинной штанговой насосной установки, по Формуле

О 15 20 5 0 5

0 5 9

5

S ; 00,%

2

Вычисление величины S по величинам Е и Е осуществляется в силу существующего соотношения

)r-Т,

где г и о - постоянные величины, соответственно радиус и частота вращения кривошипа станка-качалки скважинной. штанговой насосной установки.

Переход от амплитудных значений потребляемой мощности к интегральным ее значениям исключает ошибки в определении величины неуравновешенности S, возможные из-за наличия гармонических составляющих в кривой мощности, зависящих от динамических характеристик скважинной штанговой насосной установки. Вычисление производится с периодом, кратным длительности одного полного цикла качания станка-качалки.

Б начале каждого периода откачки определяется величина Л S,, приращения вeлIiчины S в течение заданного времени ut.

Каждое вычисленное значение S сравнивается с заданным значением и, начиная с момента, когда величина S достигнет величины S. , определяется приращение А S величины S в течение интервала времени той же длительности it в конце периода откачки. Затем формируется сигнал на отключение, который через блок 5 ввода-вывода аналоговых и дискретных сигналов передается в блок 2 управления электродвигателем 3 скважинной штанговой насосной установки, который в свою очередь отключает электродвигатель 3 и начинается отсчет времени накопления.

В начале межремонтного периода вы исл яются средние значения лЗ , uSj приращений дЯн. и А S, за п циклов откачки, которые заносятся в память вычислительного блока 6 и хранятся в нем до истечения межремонтного периода.

в каждом текущем цикле откачки находятся средние значения приращени

Т€К Т к

.ср. к.гр. за п предьиущих периодов откачки путем усреднения хранимых в памяти вычислительного блока 6 приращений л8 и iS, , соответствующих отдельным периодам откачки. После истечения каждого текущего периода откачки определяется величина разности приращений U S , - iS.tp и, если величина этой разности окажется больше некоторой заданной величины & , формируется признак допустимости автоматического повторного запуска и вычисляется длительность периода накопления в следующем цикле откачки по заданному в начале межремонтного периода оптимальному значению начального периода накопления -ахач ° соотношению 9. Производится отсчет времени накопления и формируется сигнал на включение электродвигателя 3 станка-качалки скважинной

й

2312598

штанговой насосной установки, который при отсутствии блокировки через блок 5 ввода-вывода аналоговых и дискретных сигналов передается в блок 2 .уп- 5 равления скважинной штанговой насосной установки, включающий электродвигатель 3 в работу.

Таким образом, обеспечивается 10 выбор оптимальной длительности периода накопления для каждого цикла от- .качки вне зависимости от изменения соотношения между притоком и отбором, жидкости из скважины. Если величина 15 разности приращений bS.p. .ср. окажется меньшей или равной заданной величине i , то признак допустимости автоматического повторного запуска не формируется и дальнейшее оп- 20 ределение длительности времени накопления и формирования сигнала на включение электродвигателя 3 блокируется.

tfrue.i

фие.г