Способ измерения дебита скважины иуСТРОйСТВО для ЕгО ОСущЕСТВлЕНия Советский патент 1981 года по МПК E21B47/10 

(54} СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕБИТА СКВАЖИНЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ .

Изобретение относится к области измерения, дебита скважин, оснащенных глубинно-насосными поршневыми установками.

Известен способ определения дебита скважины на групповых замерных установках путем измерения и суммирования дискретных порций ж.идкости за определенный отрезок времени 1.

Однако результаты измерений при постоянных режимах работы носят нестабильный характер, так как на них влияют параметры добываемой жидкости, а также состЪяние замерного оборудования.

Также известен способ измерений дебнта скражины. основанный на контроле мощности, потребляемой электродвигателем привода глубинно-насосной поршневой установки 2.

Сущность -данного способа заключается в том, что потребляемую электродвигателем мощность интегрируют за время- установки, пропорциональной определенному дебиту жидкости из скважины, и в конце интегрирования вырабатывают импульс, который вызывает срабатывание. После этого процесс интегрирования повторяется заново. О

добытой жидкости судят по количеству импульсов на суммирующем счетчике, умножен ных на масштабный коэффициент. Способ осуществляют устройством для измерения дебита, содержащим статический преобразователь мощности и суммирующий счетчик.

К недостатку данного способа следует отнести то, что дебит скважины определяют по суммарной за весь период измерения потребляемой электродвигателем мощности. При контроле данным способом снижается точность измерения, так как потребляемая электродвигателем мощность даже между циклами качания может оставаться Hectaбильной из-.за наличия утечки жидкости че-рез клапаны насоса или плохой пригонки плунжера насоса, колебаний щтанговой колонны, нестабильного заполнения цилиндра насоса и т.д. .

Это достигается согласно новому способу измерения дебита, осуществление которого обуславливается применением устройства определенной конструкции.

Предложенный способ отличается тем, что сравнивают функцию потребляемой электродвигателем мощности за каждый ход плунжера насоса с линейно убывающей функцией времени, фиксируют их значения в момент совпадения, по которым определяют коэффнйиент заполнения цилиндра Hai coca и коэффициент утечки, после чего производят их алгебраическое суммирование с последующим определением суммы полученных значений koэффициeнтoв подачи за заданный промежуток времени, по которой судят о дебите скважины. Отличие устройства, позволяющее осуществить новый способ, состоит iB том, что оно снабжено генератором линейно пада1рщего напряжения, генератором линейно растущего напряжения, нуль-органом, переключателем, двумя схемами сравнения, двумя преобразователями аналог-код, задатчиком и реверсивным счетчиком, причем выходы статического преобразователя мощности и генератора линейно падающего напряжения подключены к входам нуль-органа, выход которого через переключатель подсоединен к первым входам первой и второй схем сравнения, вторые входы которых связаны с выходами г енератора линейно падающего напряжения и генератора линейно растущего напряжения, выход первого элемента сравнения подключен через первый преобразователь аналог-код к суммирующему входу реверсивного счетчика, а выход второго элемента сравнения через задатчик и второй преобразователь аналог-код - к вычитающему входу реверсивного счетчика, выход которого связан с входом суммирующего счетчика. На фиг. I представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 и 3 - графики, поясняющие ее работу. Устройство для измерения дебита скважины сЪдержит статический преобразователь 1 MouiHOCTH, генератор 2 линейно падающего напряжения, генератор 3 линейно растущего напряжения, нуль-орган 4, входы которого соединены со статическим преобразовате лем мощности и генератором линейно падад)щего напряжения, а выход - с переключающим элементом 5, выходы которого соединены со схемой сравнения 6 и дополнительной схемой сравнения 7. Выход схемы сравнения 6 через перйый преобразователь 8 амплитуды единичного импульса в число импульсов, а выход дополнительной схемы сравнения 7 через задатчик 9 и второй преобразователь 10 соединены соответственно с входами сложения и вычитания реверсивного счетчика 11 импульсов, выход которого соединен со счетным устройством 12.

Счетное устройство в общем случае может включать формирователь 13и счетчик импульсов 14.

Известно, что графики потребляемой мощ ности электродвигателем привода станкакачалки, представляющие собой некоторую

Если сторона OD этого четырехугольника в некотором масщтабе будет соответствовать длине цилиндра насоса, а сторона Off-плЪщади основания цилиндра насоса, то площадь четырехугольника неко тором масштабе будет соответствовать теосиР1усоидально изменяющуюся функцию и имеющие максимум при ходе плунжера насоса вниз и максимум при ходе плунжера насоса вверх, несут полную информацию не только от качественных характеристиках, но и о количественных. Например, с точки зрения количественной характеристики график изменения потребляемой мощности электродвигателем при ходе плунжера насоса вниз отражает заполнение жидкостью цилиндра насоса, а график изменения потребляемой мощности при ходе плунжера насоса вверх - степень прохождения жидкости через нагнетательный клапан или плохую пригонку плунжера насоса. Теоретическая производительность станка-качалки за один качок составляет: в объемных единицах (, в весовых единицах -г / где D - диаметр цилиндра насоса; L -длина цилиндра насоса; Ц - удельный вес жидкости. Однако действительная производительность оказывается несколько меньше теоретической. Считается, что насос хорошо работает, когда подача его составляет не ниже 3/4 от теоретической производительности. На уменьшение теоретической производительности станка-качалхи влияют разнообразные факторы, из которых наибольшее значение имеет степень перегонки плунжера и износа деталей насоса, длина хода, упругие изменения штанг и труб, наличие газа и другие факторы. Факторы, характеризуюише производительность станка-качалки, отражаются коэффициентом .подачи насоса, который определяется как отношение фактической производительности к теоретической производительности. Подобный коэффициент можно получить, если за каждый ход плунжера насоса кривую потребляемой электродвигателем мощности сравнивать с некоторым графиком. Предположим, что в прямоугольной системе координат имеют синусоидально изменяющуюся кривую Oaf) и прямоугольный четырехугольник ОВСД (см. фиг. 2), площадь которого равна площади, ограниченной кривой ОвД и осью абсциес. Из точки Д через точку пересечения кривой OaD со стороной ВС (точка К) проводят прямую до пересечения с осью ординат (точка В ), а затем из этой точки проводят прямую, параллельную оси абсцисс до пересечения с продолжением стороны DC. Получают прямоугольный четырехугольник OBCD. peTHi ecKOiviy объему цилиндра насоса. Кривую OaD в некотором масштабе можно принять за идеализированный график потребляемой электродвигателем мощности, напри мер при ходе плунжера насоса вниз, т.е. площадь, ограниченную этой кривой и осью абсцисс, можно принять за степень заполнений цилиндра насоса. Тогда отнощение площади, ограниченной кривой OaD и осью абсцисс, к площади четырехугольника OBCD будет представлять собой коэффициент подачи насоса, что равносильно отношению величины .перпендикуляра, опущенного из точки пересечения кривой OaD со стороной ВС (точка К) на ось абсцисс, к величине стороны ОВ. Это следует из условий построения графиков на фиг. 2. бойср Ой-ОВ- 08 -Ш Soet-o 5рвсо Если-сторону ОБ условно принять равной 1, то величина перпендикуляра КМ будет выражена десятичной дробью и будет представлять собой коэффициент подачи насоса. На практике величину перпендикуляра КМ можно менять путем изменения наклона прямой DB и получить нужный для конкретной установки коэффициент. На рассмотренном принципе и построена работа предлагаемого устройства. Для общего случая рабоГа предлагаемого устройства рассматривается, когда при ходе плунжера насоса вверх имеются утечки нефти в результате некачественной пригонки плунжера насоса или неисправности нагнетательного клапана. При ходе, плунжера насоса вниз с выхода статического преобразователя I мощности напряжение, пропорциональное потребляемой электродвигателем (на чертежах не показан) мощности, сравнивается нуль-органом 4 с линейно падающим напряжением генератора 2. При совпадении уровней (точка А на .фиг. За) на выходе нуль-органа 4 с линейно падающим напряжением генератора 2. При совпадении уровней (точка А на фиг. За) на выходе нуль-органа 4 вырабатывается импульс напряжения и подается через элемент 5, переключающийся в начале каждого движения плунжера на-. coca вверх и вниз на схему сравнения. На схеме сравнения 6 из амплитуды импульса вычитается достигнутый к .этому времени уровень напряжения (точка Б на фиг. 36) генератора 3 (генератор 3 синхронно работает с генератором 2 и запускается, как и генератор 3, в начале каждого движения плунжера насоса вверх и вниз). Полученная разность на выходе схемы, сравнения (импульс на фиг. Зг) подается на преобразователь 8 амплитуды единичного импульса в число импульсов. В зависимости от амплитуды импульса на фиг. Зг на выходе преобразователя 8 вырабатывается п-ое количество импульсов (см. фиг. Зд), которые подаются на вход сложения реверсивного счетчика 11 импульсов и записывается, например, в двоичном коде (см. фиг. Зе). При ходе плунжера насоса вверх, как и для случая хода плунжера насоса вниз, выходное напряжение статического преобразователя I мощности на нуль-органе 4 сравнивается с выходным напряжением генератора 2. В момент совпадения уровней (точка В на фиг. За) на выходе нуль-органа 4 вырабатывается импульс, который через уже переключенный к этому .моменту времени элемент 5 подается на вход дополнительной схемы сравнения 7. Здесь из уровня амплитуды импульса вычитается достигнутый к этому моменту времени уровень выходного напряжения (точка Г на фиг. 36) генератора 2 линейно подающего напряжения. Полученная разность (см. импульс I на фиг. Зв) на выходе схемы 7 подается на задатчик 9, где вновь сравнивается с напряжением уставки и далее, если на выходе схемы появится импульс I положительной полярности, как это показано на фиг. 3 г, подается на преобразователь 10 амплитуды единичного импульса. В зависимости от амплитуды импульсов I на выходе преобразователя 10 будет выработано к импульсов (см. фиг. Зд). Эти импульсы будут поданы на вычитающий вхрд реверсивного счетчика I1 импульсов и вычтены из ранее записанного числа. Таким образом, на реверсивном счетчике 11 будет записано число, соответствующее коэффици- енту подачи продукции за один качок стан-. ка-качалки. При последующих циклах качания по мере заполнения емкости реверсивного счетчика 11 импульсов (для конкретного случая емкость реверсивного счетчика условно принята 100) на выходе вырабатывается- импульс, который, пройдя через формирователь 13, будет записан на счетчике импульсов 14. Например, для конкретного случая в конце второго цикла качания на счетчике импульсов 14 будет- записано в десятичном исчислении число «1 (см. фиг. Зк), а на реверсивном счетчике 11 в двоичном исчислении число «54 (см. фиг. Зи). При третьем цикле качания (ка фиг 3 третий цикл ие показан) на счетчике 14 будет в десятичном исчислении записано шсло «2, а на реверсивном счетчике некоторое двоичное число. При н-ом цикле качания на счетчике импульсов 14 будет записано целое десятичное числбП , которое можно определить из выражения: П гдеп - число импульсов, поданных на вход сложения реверсивного счетчика за один качок;

к - число импульсов, поданных на вычитающий вход реверсивного счетчика за один качок; d-коэффициент деления реверсивного

счетчика.

Число ,П можно принять за число качков за измеряемый период, если производительность станка-качалки за один качок принять равной теоретической.

В этом случае дебит скважины за измеряемый период определяется:

.

в объемных единицах

в весовых единицах Q - -L -Л-У

Для случая, когда утечка жидкости при ходе плунжера насоса вверх отсутствует, уровень импульса И на фиг. Зв. компенсируется уровнем уставки Uo на задатчике. В этом случае на вход преобразователя 10 не поступает иапряж ение, следовательно на вычитающий вход реверсивного счетчика 11 импульсов импульсы поступать не будут, т.е. в этом случае реверсивный счетчик импульсов будет работать только по ходу сложения.

Предложенным устройством допускается производить измерение добытой продукции Из скважины за каждый качок стаи1 а-качалки. При этом происходит учет как заполнения цилиндра насоса при ходе плунжера насоса вниз, так и утечка жидкости из-за имеющихся дефектов глубинного насоса при ходе плунжера насоса вверх.

Ошибка от колебаний штанговой колонны значительно будет уменьшена, так как в предлагаемом устройстве совпадение уровня линейно подающего напряжения с уровнем выходного напряжения статического преобразователя мощности, пропорционального потребляемой мощности электродвига. телем, происходит на участке с высокой крутизной. Искажение формы кривой потребляемой мощности от колебаний щтанговой колонны в основном происходит на вершине кривой мощности и имеет форму затухающих колебаний.

Формула изобретения

I. Способ измерения дебита скважины, основанный на контроле мощности, потребляемой электродвигателем привода глубинно-насосной поршневой установки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, сравнивают функцию потребляемой электродвигателем мощности за каждый ход плунжера насоса с линейно убывающей функцией времени, фиксируют их значения в момент совпадения, по которым определяют коэффициент заполнения цилиндра насоса и коэффициент утечки, после чего производят -их алгебраическое суммирование с последующим определением суммы полученных значений коэффициентов подачи за заданный промежуток времени,.по которой судят о дебите скважины.

двумя схемами сравнения, двумя преобразователями аналог-код, задатчиком и реверсивным счетчиком, причем выходы статического преобразователя мощности и генератора линейно падающего напряжения

подключены к первым входам первой и вто,рой схем сравнения, вторые входы которых связаны с выходами генератора линейно падающего напряжения и генератора линейно растущего напряжения, выход первого элемента сравнения подключен через первый

преобразователь аналог-код к суммирующему входу реверсивного счетчика, а выход второго элемента-сравнения через задатчик и второй преобразователь аналог-код - к вычитающему входу реверсивного счетчика, выход которого связан с входом суммирующего счетчика.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

ВНИИОЭНГ, № 7, 1977, с. 9-11 (прототип).

От датчика

поло/неми/1

8

иIПг

/J

/4

//

5 В

I

Фиг. 1

фиг.2