Индикатор уровня жидкости в скважине, оборудованной глубинным плунжерным насосом Советский патент 1992 года по МПК E21B47/04 

сл

С

Изобретение относится к области нефтедобычи, в частности к устройствам для определения уровня жидкости, преимущественно в малодебитных нефтяных скважинах, оборудованных глубинными плунжерными насосами,

Целью изобретения является повыше: ние надежности работы и повышение точности определения уровня жидкости в скважине.

Нафиг.1 представлен индикатор уровня жидкости в скважине, оборудованной глубинным плунжерным насосом, уровень жидкости выше приемной части насоса, поперечный разрез; на фиг.2 - то же, уровень жидкости ниже приемной части насоса.

Индикатор уровня жидкости в скважине, оборудованной глубинным плунжерным

насосом, содержит корпус 1 с входными отверстиями 2, выполненными на боковой поверхности корпуса 1 индикатора. Снаружи корпус 1 индикатора охвачен кольцевой заслонкой 3, которая установлена напротив входных отверстий 2. Заслонка 3 прикреплена посредством тяги 4 к поплавку 5. который также установлен снаружи корпуса 1 индикатора с возможностью его перемещения вместе с заслонкой 3 вдоль корпуса 1 индикатора. Поплавок 5 выполнен пустотелым в виде тора.

Корпус 1 и заслонка 3 индикатора уровня жидкости могут быть выполнены в виде расширяющегося конуса для более надежного перекрытия входных отверстий 2. Корпус 1 индикатора соединен с корпусом б глубинного плунжерного насоса, например. с помощью переходника 7. При этом загрубVJ00

О vj

ное пространство 8 скважины через входные отверстия 2 в корпусе 1 индикатора, внутреннюю полость 9 индикатора, всасывающий клапан 10 глубинного насоса связано с нагнетательной полостью 11 глубинного насоса. Объем нагнетательной полости 11 определяется величиной хода плунжера 12 насоса,

На погруженные в жидкость поплавокБ, тягу 4 и заслонку 3 действует выталкивающая сила, направленная вверх, Причем выталкивающая сила РЬ для поплавка 5, тяги 4 и заслонки 3 определяется выражением

FB (Vi + V2 + V3)p g,

где Vi - объем вытесненной поплавком жидкости, м3;

V2 - объем вытесненной тягой жидкости, м3;

УЗ- объем вытесненной заслонкой жидкости, м3;

р- плотность жидкости, кг/м ;

q - ускорение свободного падения, . .. .

Благодаря тому, что вес поплавка 5, тяги 4 и заслонки 3 меньше выталкивающей силы РЬ, то поплавок 5 с тягой 4 и заслонкой 3, полностью погруженные в жидкость, находятся в ней во взвешенном состоянии.

Индикатор уровня работает следующим образом.

Глубинный плунжерный насос и индикатор уровня жидкости на насосно-комп- рессорных трубах 13 опускают в скважину под динамический уровень жидкости. При нормальной подаче насоса, когда уровень жидкости в затрубном пространстве 8 скважины значительно выше приема глубинного насоса, поплавок 5 индикатора всплывает и увлекает за собой заслонку 3. При этом входные отверстия 2 в корпусе 1 индикатора открыты для прохода добываемой жидкости (фиг.1). При ходе плунжера 12 глубинного насоса вверх открывается всасывающий клапан 10, жидкость из. затрубного пространства 8 поступает в нагнетательную полость 11 глубинного насоса. При ходе плунжера 12 вниз перекачиваемая жидкость вытесняется их нагнетательной полости 11 через нагнетательный клапан 14 и по колонне насосно-компрессорных труб 13 выводится на поверхность при следующем ходе вверх плунжера 12.

При падении уровня жидкости в затрубном пространстве 8 скважины до приемной части насоса и ниже вес поплавка 5, тяги 4 и заслонки 3 будет больше выталкивающей силы Рб. Заслонка 3 опускается вниз и перекрывает входные отверстия 2 индикатора уровня (фиг.2). Тем самым внутренняя полость 9 индикатора и нагнетательная полость 11 глубинного насоса будут отделены от затрубного пространства 8 скважины. При уровне жидкости, превышающем

приемную часть насоса.и при открытом всасывающем клапане нагрузка на полированный шток глубиннонасосной установки равна весу насосных штанг в жидкости, весу столба жидкости в насосно-компрессорных

трубах и силе трения при ходе плунжера вверх относительно цилиндра насоса. При закрытом всасывающем клапане и открытом нагнетательном клапане нагрузка на полированный шток равна весу насосных

штанг в жидкости за вычетом силы трения при ходе плунжера вниз относительно цилиндра насоса, При этом процесс восприятия нагрузок и снятия нагрузок регистрируется, например, динамометрическим датчиком. Причем зависимость нагрузки на полированном штоке от хода плунжера, воспринимаемая датчиком , при нормальной подаче насоса имеет форму неправильного параллелограмма, две противоположные стороны которого смещены на величину веса столба жидкости.

Когда уровень жидкости в скважине будет на приемной части насоса ниже, при закрытых входных отверстиях 2 нагрузка на

полированный шток будет равна весу насосных штанг за вычетом усилия на разрежение в нагнетательной полости 11 и силе трения при выходе плунжера 12 вниз относительно цилиндра насоса. При ходе плунжера насоса вверх при закрытом приеме глубинного насоса нагрузка на полированный шток будет равна весу столба жидкости в насосно- компрессорных трубах, весу насосных штанг в жидкости плюс дополнительное

усилие, определяемое величиной разрежения в нагнетательной полости 11 глубинного насоса и внутренней полости 9 индикатора.уровня жидкости.

Так как добываемая жидкость является

газосодержащей (плотность нефти в пластовых условиях составляет 0,640 г/см3; плотность в поверхностных условиях 0,810 г/см3, газонасыщенность нефти в промысловых условиях 325 м /т, объемный коэффициент

1,720; давление насыщения нефти газом 182 кгс/см2), то для нее справедлив закон Бойля-Мариотта

Pi Vi P2 V2, где Pi - давление газожидкостной смеси в

цилиндре насоса при нижнем положении Плунжера;

Vi - объем нагнетательной полости глубинного насоса под плунжером при его нижнем положении;

V2 - объем нагнетательной полости глубинного насоса при верхнем положении плунжера глубинного насоса:

Р2 - давление газожидкостной смеси в нагнетательной полости глубинного насоса при верхнем положении плунжера глубинного насоса.

Следовательно, давление в нагнетательной полости 11 глубинного насоса и во внутренней полости 9 индикатора при долу- щенйи, что утечки отсутствуют, равно Pi Vi

Р2

V2

Дополнительное усилие, вызванное разрежением в нагнетательной полости 11 глубинного насоса, равно

с Р1 (V2-Vi ) Рдоп- -S V2

Таким образом, появление в цикле ра- боты глубинно-насосной установки дополнительной нагрузки в зависимости от величины разрежения в нагнетательной полости позволит судить достоверно об уров

не жидкости по отношению к приему глубинного насоса. Причем зависимость нагрузки от хода полированного штока, имеющая форму узкой щели, указывает на снижение уровня жидкости ниже приема насоса.

Уровень линии восприятия нагрузки и уровень снятия нагрузки в полученной петле (т.е. в полученном графике зависимости нагрузки от хода полированного штока) за счет дополнительного усилия, получаемого разрежением в нагнетательной полости 11, позволяет однозначно определять уровень жидкости по отношению к приемной части насоса.

Сигнал об уровне жидкости по отношению к приемной части насоса с выхода динамометрического датчика передается на диспетчерский пункт для принятия решения о работе скважины. При падении уровня жидкости ниже приемной части глубинного насоса электродвигатель глубинно-насосной установки отключается от сети на время накопления жидкости в скважине.

Фиг.1

Редактор А. Мотыль

Техред М.Моргентал

Заказ 862Тираж- Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Фиг.2

Корректор М.Демчик