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  – фактическая подача УСШН, м³/сут;  – теоретическая подача УСШН, м³/сут;  – 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  – коэффициент учитывающий потери подачи из-за утечек в НКТ;  – коэффициент потери подачи из-за изменения объема нефти при подъеме на поверхность;  – учитывает потери подачи из-за утечек в паре трения «цилиндр – плунжер»;  – коэффициент потерь подачи из-за различия в длине хода устьевого штока и плунжера насоса;  – 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  – 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

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.