Способ управления скважинной штанговой насосной установкой

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

SU„, 123125 (51) 4 Р 04 В 47/02, 49/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /Ю : -:""""

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ р, ной продолжительности периода накопления, в качестве параметра, пропорционального динамическому уровню жидкости в скважине, используют показатель неуравновешенности станка-качалки, определяют средние за целое число циклов откачки значения приращений показателя неуравновешенности за интервалы времени заданной длительности в начале и конце. периодов откачки, задают допустимую величину разности средних значений приращений в начале и конце периодов откачки, фиксируют средние значения приращений в начале межремонтного периода эксплуатации, при этом допустимость повторного автоматического запуска формируют при выполнении соотношения (21) 3714742/25-06 (22) 21.03.84 (46) 15.05.86. Бюл. II 18 (71) Специальное проектно-конструкторское бюро Объединения "Союзнефтеавтоматика" (72) Н.M. Сибагатуллин, Ю.И. Зозуля, А.Е. Замараев и В.А. Тарбеев (53) 621.651(088.8) (56) Патент CIIIA Ф 3930752, кл. 417/12, 1976. (54)(57) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СКВАЖИННОЙ ШТАНГОВОЙ НАСОСНОЙ УСТАНОВКОЙ, оборудованной станком-качалкой, заключающийся в измерении продолжительности периода накопления жидкости в скважине и величины параметра, пропорционального динамическому уровню жидкости в скважине в предыдущих циклах откачки, формировании сигнала окончания периода откачки по достижении этим параметром заданного значения и признака допустимости повтор. ного автоматического запуска установки, задании продолжительности начального периода накопления, определении продолжительности периода накопления последующего цикла откачки и формировании сигнала начала периода откачки в последующем цикле откачки при наличии признака допустимости повторного автоматического запуска, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности 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 оптимальдаунер д к.ср. 1д1 где дЯ е" — среднее значение приран.ср. щения показателя неуравновешенности в интервалах времени наблюдения заданной длительности в начале периодов откачки за целое число циклов в процессе эксплуатации, 7;

ТЕК, д Я„, — среднее значение приращения показателя неуравновешенности в интервалах времени наблюдения заданной длительности в конце периодов откачки за целое число циклов в процессе эксплуатации, 7.; (hj — заданная допустимая величина разности средних значений приращения показателя неуравновешенности в начале и конце периода откачки, 7, а продолжительность периода накопления в следующем цикле откачки опре-, деляют из соотношения

12

HQ÷. нач н.ср к.ср н.еде,е, н.наЧ. тек те с ° ) " ) н.ср. к ор где t „ „ — продолжительность период. нац. да накопления в начале межремонтного периода, мин; нак. ь Ян, — среднее значение приращения показателя неуравновешенности в интервалах времени наблюдения задан31259 ной длительности в начале периодов откачки за целое число циклов в начале межремонтного периода, 7; наи.

h S — среднее значение приращения показателя неуравновешенности в интервалах времени наблюдения заданной длительности в конце периодов откачки за целое число циклов в начале межремонтного периода, X.

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

Цель изобретения — повышение на- 10 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 20 валу кривошипа станка-качалки скважинной штанговой насосной установки в пределах цикла качания, где 1 кривая, соответствующая динамическому уровню жидкости в скважине, при кото- 25 ром было проведено уравновешивание насосной установки; T(— кривая, соответствующая динамическому уровню жидкости в скважине, близкому к статическому; III — кривая, соответст- 30 вующая динамическому уровню жидкости в скважине, близкому к приему штангового насоса; Т1 и Т вЂ” амплитудные значения кривой изменения тангенциального усилия на валу кри- З5 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.

Неуравновешенность нагрузки на валу кривошипа станка-качалки оценивается через показатель неуравновешенности в- i- - оос (i)

Изменение динамического уровня жидкости в скважине ведет к пропорциональному изменению величины Т, но не влияет на величину Т (фиг. 1)

Поэтому показатель неуравновешенности оказывается пропорциональным величине динамического уровня жидкости в скважине Н» â широком диапазоне его изменения, т.е. (Но-Н ин ) ° где Н вЂ” значение величины динамического уровня жидкости в скважине, при котором производилось уравновешивание насосной установки;

К вЂ” коэффициент чувствительности показателя неуравновешенности по отношению к изменению положения динамического уровня жидкости в скважине 7/м.

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

При достижении показателем неуравно- . вешенностк заданного значения Б и соответственно требуемого положения динамического уровня над приемом штангового насоса период откачки 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 жидкости, который в свою очередь при

1231259 постоянном притоке жидкости в скважину пропорционален времени накопления.

Снижение притока жидкости в про цессе 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 I0

Ь г

V= at. м (3) где а — коэффициент, характеризующий скорость изменения притока жидкости по отношению к изменению депрессии на пласт в процессе накопления, м /мин

9 2

С учетом амортизационных отчиспений на одно включение-выключение двигателя полные потери нефти в единицу времени могут быть найдены по формуле а „+А

q„î м- /мин, (4) н где А — коэффициент, учитывающий амортизационные отчисления на одно д включение — выключение двигателя, м.

Из (4) может быть найдена оптимальная продолжительность периода накопления, при которой потери добычи нефти минимальные, в виде 30

t„= Aа, мин. (5)

Скорость изменения притока жидкости в скважину определяется по Формуле

Q (6)

tÍ к н где С1 и 0 — значения величины при.9 тока соответственно в момент окончания периода откачки и в момент окончания периода накопления.

Учитывая, что при постоянном деби40 те скважины в пределах периода откачки разность между средними значениями приращений показателя неуравновешенности в начале и конце периода откачки характеризует величину изме45 нения притока жидкости в скважину, имеем а S„„4 к, ср.

1 50 где ЬЯ„, иЬБн, — средние значения приращения показателя неуравновешенности в интервалах времени наблюдения длительностью bt за целое число циклов соответственно в начале и конце периодов откачки;

К, — коэффициент про-. порциональности, зависящий от конструктивных особенностей насосной установки и скважины.

Используя (5), (6) и (7), можно получить соотношение, связывающее

I значения параметров работы скважинной штанговой насосной установки в оптимальном режиме периодической эксплуатации (" н.ср. 1 к.ср1 н = н J>J Й = соп 1, (8)

Если в начале межремонтного периода продолжительность периода накопления равна t o„, а средние значения приращений показателя неуравновешенности на интервалах времени наблюдения заданной длительности эа заданное целое числс> циклов в начале и конце периодов откачки соответственНае. Н Ч но g S„иЬЯ „, с учетом текущих тек. значений этих приращений тЯ „„и тек, Ь Б „c To можно получ IT J c ooTIJOIUp нне н() ч. Нс(Ч н,с . к.ср

P. нслЕ1,= н,нэ„>ек тек. > йн (9) аБ -аб

H.ñð к.ср связывающее продолжительность оптимального периода накопления в следующем цикле откачки со значениями эксплуатационных параметров в начале ме>кремонтного периода и в любой текущий момент времени. Поэтому соотношение продолжительности оптимального периода времени накопления можно найти не прибегая к помощи оператора, тек, тек

ЗНаЧЕНИЕ РаЗНОСтИ JIS« -ЬБк С будет тем меньше, чем меньше величина притока жидкости в скважину. Следствием уменьшения этой разности является увеличение tIJ е (см. (9).

При достижении величиной притока некоторой минимальной величины дальнейшая эксплуатация скважины оказывается нерентабельной. Следовательно, при достижении значением разносчи тек. тек. и.ср. к.р . величины (IIJ, соответствующей минимально допустимой величине притока, эксплуатация скважины должна быть прекращена.

Устройство, реализующее предлага-. емый способ, содержит датчик 1 положения, блок 2 управления электродвигателем 3, укомплектованный преобразователем 4 мощности, блок 5 вводавывода аналоговых и дискретных сигналов, вычислительный блок 6. Датчик

1 положения установлен на балансире

31259

5 12

7 станка-качалки (не показан) скважинной 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 величины показателя неуравновешенности, сравнении ее с заданной уставкой

Б „ и формировании сигнала на отключение электродвигателя, нахождении средних (за целое число циклов откачки) приращений показателя неуравновешенности за интервалы времени заданной длительности в начале и конце периодов откачки, нахождении разности найденных средних значений приращений, сравнении ее с заданной допус. тимой величиной (1|) 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 накоплеФ ния и формировании сигнала на включение электродвигателя 3.

Устройство работает следующим об—

В начале каждого периода откачки определяется величина Л Я„ приращения величины S в течение заданного

З5 времени Ь t.

Каждое вычисленное значение S сравнивается с заданным значением

S и, начиная с момента, когда вел ина S достигнет величины Sýàä

40 определяется приращение||Я величины

S в течение интервала времени той же длительности gt в конце периода откачки. Затем формируется сигнал на отключение, который через блок 5

4g ввода-вывода аналоговых и дискрет— ных сигналов передается в блок 2 управления электродвигателем 3 скважинной штанговой насосной установки, который в свою очередь отключает электродвигатель 3 и начинается отсчет времени накопления. разом.

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, расположенного в блоке 2 управления электродвигателем 3, вводится в вычислительный блок б 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

Е, по формулам

4 С2

В начале межремонтного периода

На| . вычисляются средние значения кВ „ на . н, ср. и || S „, приращений h SÄ, и || S„за

55 п циклов откачки, которые заносятся в память вычислительного блока 6 и где интервал времени от О до соответствует времени хода колонны штанг 8 снизу вверх, а интервал времени от t до tz — ходу колонны штан|

8 сверху вниз.

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

Вычисление величины S по величинам

Е и E осуществляется в силу суще2 ствующего соотношения

15 И=яг т, где r и 6) — 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 дли—

30 тельности одного полного цикла качания станка-качалки. (

E,= Ndt Ez йй, о хранятся в нем до истечения межремонтного периода.

)231259

В каждом текущем цикле откачки находятся средние значения приращений

„тек. тек.

Ь."„., и S за п предыдущих периоКср. дов откачки путем усреднения хранимых в памяти вычислительного блока

6 приращений дЯ„и Ь S „, соответствующих отдельным периодам откачки.

После истечения каждого текущего периода откачки определяется величина разности приращений Ь Sя,,— дЯ„, 10

Н.ср. и, если величина этой разности окажется больше некоторой заданной величины (a), формируется признак допустимости автоматического повторного запуска и вычисляется длительность 15 периода накопления в следующем цикле откачки по заданному в начале меж— ремонтного периода оптимальному значению начального периода накопления

t „„„ по соотношению 9. Производится 20 отсчет времени накопления и формируется сигнал на включение электродвигателя 3 станка-качалки скважинкой штанговой насосной установки, который при отсутствии блокировки через блок

5 ввода-вывода аналоговых и дискретных сигналов передается в блок 2 .управления скважинной штанговой насос- ной установки, включающий электродвигатель 3 в работу.

Таким образом, обеспечивается выбор оптимальной длительности периода накопления для каждого цикла от.качки вне зависимости от изменения соотношения между притоком и отбором жидкости из скважины. Если величина те а, так. разности приращений дЯ„ „ -дЯ„, я.ср. окажется меньшей или равной заданной величине (bJ то признак допустимости автоматического повторного запуска не формируется и дальнейшее определение длительности времени накопления и формирования сигнала на включение электродвигателя 3 блокируется.

1231259

Составитель Э. Гинзбург

Редактор М. Недолуженко Техред В.Кадар Корректор А. Ференц, Заказ 2550/40 Тираж 586 о

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4