На нефтяном промысле Пермского края нефтяные добывающие скважины в основном эксплуатируются установками скважинных штанговых насосов (УСШН), установками электроцентробежных насосов (УЭЦН), установками электровинтовых насосов (УЭОВН), штанговыми винтовыми насосами (ШВН). Остальные способы эксплуатации в Пермском крае применяются реже.На рисунке 1 приведено распределение добывающих скважин Пермского края по способу их эксплуатации.
Рисунок 1. Распределение добывающих скважин по способу их эксплуатации
Анализируя рисунок 1 можно сделать вывод, что большая часть скважин (66%) в Пермском крае эксплуатируется установками скважинных штанговых насосов.
Подача установки скважинного штангового насоса может быть записана как:
, (1)
ггде .gif){kind=small}
– фактическая подача УСШН, м3/сут; .gif){kind=small}
– теоретическая подача УСШН, м3/сут; .gif){kind=small}
– коэффициент подачи. Анализируя выражение (1) можно сделать вывод, что возможно регулировать фактическую подачу,изменяя как коэффициент подачи, так и теоретическую подачу. Коэффициент подачи учитывает различие в длине хода плунжера насоса и устьевого штока, влияние газа на запаздывание открытия нагнетательного клапана насоса, степень заполнения цилиндра насоса, утечки в насосе и в НКТ, изменение объема нефти при изменении внешних условий. Аналитически коэффициент подачи можно записать в виде:
, (2)
где .gif){kind=small}
– коэффициент учитывающий потери подачи из-за утечек в НКТ; .gif){kind=small}
– коэффициент потери подачи из-за изменения объема нефти при подъеме на поверхность; .gif){kind=small}
– учитывает потери подачи из-за утечек в паре трения «цилиндр – плунжер»; .gif){kind=small}
– коэффициент потерь подачи из-за различия в длине хода устьевого штока и плунжера насоса; .gif){kind=small}
– коэффициент наполнения насоса.
Точный расчет коэффициента подачи является трудоемким процессом, поскольку требует большое количество достоверно измеренных параметров и характеристик. Также известные формулы определения составляющих коэффициента подачи справедливо для вертикальных скважин. На практике расчеты коэффициента подачи по выше приведенной формуле носят оценочный характер с целью выявления эффективности работы УСШН и наличия возможности ее повышения.
С другой стороны, одна и та же производительность УСШН может быть обеспечена разным сочетанием диаметра насоса, длины хода и частоты качаний. Ниже приведено выражение для определения теоретической подачи УСШН:
, (3)
где .gif){kind=small}
– теоретическая подача УСШН, м3/сут; 1440 – коэффициент перевода подачи насоса в суточную; F – площадь поперечного сечения плунжера, м2; S – длина хода полированного штока, м; n – число двойных ходов, ход/мин.
С целью осуществления быстрого подбора режима работы УСШН разрабатывается автоматический алгоритм расчета теоретической подачи насоса [1,2]. Алгоритм позволяет как подобрать диаметр насоса, длину хода и число двойных ходов при заданной теоретической подаче насоса, так и определить ее, зная остальные параметры. В основе алгоритма заложена идеальная подача основных типов штанговых насосов согласно государственному стандарту, представленная в таблице 1, а также выражение 3 [3].
Таблица 1 – Идеальная подача плунжерного насоса при n =10
|
Условный диаметр насоса, мм |
Идеальная подача, м3 /сут |
|||||||||
|
Длина хода, м |
||||||||||
|
0,9 |
1,2 |
1,5 |
1,8 |
2,1 |
2,5 |
3 |
3,5 |
4 |
4,5 |
|
|
27 |
7,4 |
9,9 |
12,3 |
14,8 |
17,3 |
206 |
24,7 |
28,8 |
32,9 |
37 |
|
32 |
10,4 |
13,8 |
17,25 |
20,8 |
24,2 |
28,9 |
34,7 |
40,5 |
46,2 |
52 |
|
38 |
14,7 |
19,55 |
24,4 |
29,38 |
34,2 |
40,9 |
49 |
57,2 |
65,2 |
73,5 |
|
44 |
19,7 |
26,2 |
32,7 |
39,4 |
45,9 |
54,8 |
65,7 |
76,6 |
87,6 |
98,5 |
|
50 |
25,44 |
33,8 |
42,2 |
50,8 |
59,2 |
70,7 |
84,7 |
98,8 |
113 |
127,1 |
|
57 |
33 |
43,9 |
54,8 |
66 |
76,9 |
91,7 |
110 |
128,4 |
146,7 |
165 |
|
60 |
40,3 |
53,5 |
66,8 |
80,5 |
93,8 |
111,9 |
134,2 |
156,6 |
179 |
201,3 |
|
70 |
47,5 |
63,1 |
78,8 |
95 |
110,7 |
132 |
153,3 |
184,8 |
211,1 |
237,5 |
|
95 |
91,7 |
122 |
152,2 |
183,4 |
213,7 |
255 |
305,7 |
356,7 |
407,6 |
458,5 |
На основании данных таблицы 1 вычислены площади поперечных сечений плунжеров основных типоразмеров штанговых насосов и использованы при расчетах в автоматическом алгоритме. На рисунке 1 приведено рабочее окно алгоритма автоматического подбора режима работы УСШН.
Рисунок 2. Рабочее окно (меню) алгоритма автоматического подбора режима работы УСШН
В первом пункте меню можно получить информацию о подаче интересуемого штангового насоса в виде таблицы, представленной на рисунке 2.
Рисунок 3. Подача насоса при известном условном диаметре
Во втором пункте меню возможно подобрать режим работы УСШН, указав интересующий диапазон теоретической подачи. На рисунке 3 изображено как реализован данный механизм в автоматическом алгоритме.
Рисунок 4.Подбор режима работы УСШН
Разработанный автоматический алгоритм позволит оперативно подбирать сочетание типоразмера насоса, длины хода полированного штока и числа двойных качаний. Алгоритм может использоваться и в учебных целях, так как не требует повышенных технических требований персональных компьютеров.
Библиографический список
- Мишкина А. С. Информационные технологии в управлении //Москва. – 2015.
- ГОСТ Р 51896-2002 Насосы скважинные штанговые. Общие технические требования.
- Валовский В. М., Валовский К. В., Басос Г.Ю., и др. Эксплуатация скважин установками штанговых насосов на поздней стадии разработки нефтяных месторождений//НЕФТЯНОЕ ХОЗЯЙСТВО, 2016.