Способ измерения дебита скважины иустройство для его осуществления

 

О П И С А Н И Е (836346

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Реслублии

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт, свид-ву— (22) Заявлено 03.05.79 (21) 2762153/22-03, (51) М: Кл.з

Е 21 В 47/10 с присоединением заявки № 2798125/22-03

Ьвудирствеииьй квиитвт

СССРао двиви извйрвтвиий и вткрмтий (23) Приоритет—

Опубликовано 07.06.81. Бюллетень № 21 (53) УДК622,241. (088,8) Дата опубликования описания 17.06.81 (72) Автор изобретения

Н. Г. Худяев

Специальное проектно-конструкторское бюро

«Союзнефтеавтоматика» (7l) Заявитель (54} СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕБИТА СКВАЖИНЫ

И УСТРОЛСТВО 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 жидкости 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 состояние замерного оборудования.

Также известен способ измерений дебита скважины, 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 нроцесс интегрирования повторяется заново. О добытой жидкости судят по количеству импульсов на суммирующем счетчике, умноженных на масштабный коэффициент. Способ осуществляют устройством для измерения дебита, содержащим статический преобра зователь мощности и суммирующий счет чик.

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 нестабильной из-.за наличия утечки жидкости че1> -рез клапаны насоса или плохой пригонки плунжера насоса, колебаний штанговой колонны, нестабильного заполнения цилиндра насоса и т.д.

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

Предложенный способ отличается тем, что сравнивают функцию потребляемой

В36346

4 синусоидально 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

10 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 Q,-+ 1, ф е л уО в весовых единицах сА - - 1 / где D — диаметр цилиндра насоса;

1. — длина цилиндра насоса;

К вЂ” удельный вес жидкости.

Однако действительная производйтельность 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-качалки влияют разнообразные факторы, из которых наибольшее значение имеет степень перегонки плунжера и износа деталей нассса, длина хода, упругие изменения штанг и труб, наличие газа и другие факторы.

Факторы, характеризующие производительность станка-качалки, отражаются коэффициентом .подачи насоса, который определяется как отношение фактической произз5 водительности 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 синусоядально изменяющуюся кривую O D и прямоугольный четырехугольник ОВСД (см. фиг. 2), площадь которого равна площади, ограниченной кривой О Д и осью абсциес. Из точки l1 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 ОВ С D.

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

Известно, что графики потребляемой мощ ности электродвигателем привода станкакачалки, представляющие собой некоторую электродвигателем мощности зй каждый ход плунжера насоса с линейно убывающей функцией времени, фиксируют их значения в момент совпадения, по которым определяют коэффициент заполнения цилиндра на соса 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.

Отличие устройства, позволяющее осуществить новый способ, состоит в том, что оно снабжено генератором линейно падающего 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 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.

На фиг. представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 и 3 — графики, поясняющие ее работу.

Устройство для измерения дебита скважины содержит статический преобразователь l мощности, генератор 2 линейно падающего напряжения, генератор 3 линейно растущего напряжения, нуль-орган 4, входы которо. го соединены со статическим преобразовате лем мощности и генератором линейно падающего напряжения, а выход — с переключающим элементом 5, выходы которого соединены со схемой сравнения 6 и дополнительной схемой сравнения 7. Выход схемы сравнения 6 через первый 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 реверсивноm счетчика 11 импульсов, выход которого соединен со счетным устройством 12.

Если сторона 0D этого четырехугольника в некотором масштабе будет соответствовать длине цилиндра насоса, а сторона

О — плЬщади основания цилиндра насоса, то площадь четырехугольника ОВ С D в некот тором масштабе будет соответствовать тео836346

З0

55 рети ескому 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 заполнения цилиндра насоса. Тогда отношение 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 иэ условий построения графиков на фиг. 2.

Saio $вввв OD ОВ ОВ IЯ

Ящвв $ввв в OD 08 ОВ 08

Если«сторону ОВ 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 мощности напряжение, пропорциональное потребляемои электродвигателем (на чертежах не показан) мощности, сравнивается нуль-органом 4 с линейно падающим напряжением генератора 2. При совпадении уровней (точ- 40 ка 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 45 в начале каждого движения плунжера на-. соса вверх и вниз на схему сравнения. На схеме сравнения 6 из амплитуды импульса вычитается достигнутый к,этому времени уровень напряжения (точка Б на фиг. Зб) 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 l l импульсов и записывается, например, в двоичном коде (см. фиг. 3e).

При ходе плунжера насоса вверх, как и для случая хода плунжера насоса вниз, выходное напряжение статического преобразователя мощности на нуль-органе 4 сравнивается с выходным напряжением генератора 2. В момент совпадения уровней (точка В на фиг. 3a) на выходе нуль-органа 4 вырабатывается импульс, который через уже переключенныи к этому моменту времени элемент 5 подается на вход дополнительной схемы сравнения 7. Здесь из уровня амплитуды импульса 1 вычитается достигнутый к этому моменту времени уровень выходного напряжения (точка Г на фиг. Зб) генератора 2 линейно подающего напряжения. Полученная разность (см. импульс 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 Г положительной полярности, как это показано на фиг. 3 г, подается на преобразователь 10 амплитуды единичного импульса. В зависимости от амплитуды импульсов 1 на выходе преобразователя 10 будет выработано к импульсор (см. фиг. Зд). Эти импульсы будут поданы на вычитающий вход реверсивного счетчика 11 импульсов и вычтены из ранее записанного числа. Таким образом, на реверсивном счетчике 11 будет записано число, соответствующее коэффициенту подачи продукции за один качок станка-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 (на фиг. 3 третий цикл не показан) на счетчике 14 будет в десятичном исчислении записано -1исло

«2», а на реверсивном счетчике некоторое двоичное число.

При н-ом цикле качания на счетчике импульсов 14 будет записано целое десятичное числЬП, которое можно определить из выражения:

Я (и-к) а(где п — число импульсов, поданных на вход сложен11я реверсивного счетчика за один качок;

8ЖИ6 к — число импульсов, поданных на вычитаюгций вход реверсивного счетчика за один качок; и — коэффициент деления реверсивного счетчика.

Число Н 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:

Ь П. в объемных единицах Й=

Q=- D L П в весовых единицах

Формула изобретения !. Способ измерения дебита скважины, 45 основанный на контроле мощности, потреб15

Для случая, когда утечка жидкости при ходе плунжера насоса вверх отсутствует, уровень импульса 11 на фиг. Зв. компенсируется уровнем уставкн Uq на задатчине.

В этом случае на вход преобразователя 10 не поступает напряжение, 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 станКа-качалки. При этом происходит учет как заполнения цилиндра насоса при ходе плун- жера насоса вниз, так и утечка жидкости из-за имеющихся дефектов глубинного на- 30 соса 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. пропорциональ. ного потребляемой мощности электродвига; телем, происходит на участке с высокой крутизной. Искажение формы кривой потребляемой мощности от колебаний штанговой колонны в основном происходит на вершине кривой мощности и имеет форму затухающих колебаний. ляемой электродвигателем привода глубинно-насосной поршневой установки, отличаюи1ийгя 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 коэффи.циент 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.

2, Устройство для. осуществления способа по п. 1, содержащее статический преобразователь мощности и суммирующий счетчик, отличающееся тем, что оно снабжено генератором линейно падаюшего 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 подключенык 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

1. Блочное автоматизированное оборудование для добычи, сбора и подготовки нефти, газа и во1 ы. ТНТО, серия «Автоматизация и телемеханизация нефтегазовой промышленности. —, М.; ВНИИОЭНГ, 1974, с. 12 — 21.

2. Автоматизация и телемеханизация нефтяной промышленности. PHTC.— М.:

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

836346

Составитель А. Назаретова

Редактор Т. Загребельная Техред А. Бойкас Корректор Е. Рошко

Заказ 2973/23 Тираж 627 11одписное.

BHHHAH Государственного комитета СССР но делам изобретений и от крытнй

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушскав наб., д. 4/5

Филяал ППП сПатентэ ° r. Ужгород, ул. Проектная, 4