2 Проектирование, диагностика и оптимизация работы установок скважинных штанговых насосов. Технологический режим работы скважин. Исследование работы усшн.

Отличительная особенность штанговой скважинно-насосной установки (ШСНУ) состоит в том, что в скважине устанавливают плунжерный (поршневой) насос, который приводится в действие поверхностным приводом посредством колонны штанг.

Проектирование.

1. Задаются набором исходных данных для расчета зависимостей объемного коэффициента нефти и количества растворенного в нефти газа от давления.

2. Строится кривая распределения давления по стволу скважины.

3. Выбирается глубина спуска насоса.

4. Выбор скважинного штангового насоса (тип и размер насоса)

5. Выбор колонны насосно-компрессорных труб. Диаметр НКТ выбирается в зависимости от типа и условного размера скважинного штангового насоса.

6. По кривой распределения давления определяются давление и газосодержание на его приеме.

7. Вычисляется коэффициент сепарации газа и трубный газовый фактор.

8. По методике Ф.Поэттмана и П.Карпентера рассчитывается давление на выходе из насоса Рвых.

9. Определяется максимальный перепад давления.

10. Вычисляются утечки в зазоре плунжерной пары, коэффициент наполнения насоса и коэффициент, учитывающий количество растворенного в нефти газа; затем подбираются длина хода плунжера и число ходов, которые бы обеспечивали необходимую подачу насоса по газожидкостной смеси;

11. Подбирается конструкция штанговой колонны. Затем определяются: потери хода плунжера от упругих деформаций штанг lшт и труб lтр и длина хода полированного штока S,

12.Силы сопротивления, действующие при работе установки;

13.Максимальный крутящий момент на кривошипном валу редуктора станка-качалки.

14.Выбирается станок-качалка.

15.Рассчитываются мощность, затрачиваемая на подъем жидкости, полная и полезная, потери энергии в подземной и наземной частях установки, удельный расход энергии и к.п.д. установки.

16.Рассчитываются экономические показатели

Оптимизация. При эксплуатации скважин ШГН максимально возможный дебит скважины обеспечивается сочетанием параметров эксплуатации глубиннонасосного оборудования и геолого-технической характеристики скважины. Подача ШГН при прочих равных условиях в основном зависит от его диаметра.

В качестве оптимального выбирают диаметр насоса, который в условиях эксплуатации данной скважины обеспечивает максимальный дебит.

Если отбор жидкости из скважины ограничен, то оптимизацию проводят по критерию минимальной нагрузки на колонну штанг, что обеспечивает минимальные эксплуатационные затраты из-за увеличения межремонтного периода эксплуатации скважин.

Диагностика. Существующая методика динамометрирования позволяет качественно правильно оценивать условия работы насосов

- Определение давления у приема насоса.

Технологический режим работы ШНГ:

Подача насоса: Q=1440FSnкп

Коэффициент подачи (кп)– может изменятся 0 до 1, работа насоса нормальная, если кп = 0,6 – 0,8. На него влияют: деформация штанг и труб, усадка жидкости, степень наполнения насоса жидкостью, утечки жидкости.

Исследование работы

Скважины, оборудованные ШСНУ, исследуют в основном при установившихся режимах с целью получения индикаторной линии Q(Δр) и зависимости Q от режимных параметров работы установки.

Для исследования скважин эхометрированием в последних устанавливают репера, служащие для определения скорости звука в затрубном пространстве, несколько выше предполагаемого статического уровня жидкости в скважине. Для повышения точности замеров рекомендуется устанавливать два репера: один несколько выше динамического уровня, второй – на 100 м выше первого. Репер, представляющий собой патрубок длиной 300-400 мм, устанавливают на НКТ концентрически.

Способы регулирования режима работы УСШН

Изменение режима работы – это изменение производительности насоса.

Теоретическая производительность насоса:

,

Где 1440 – число минут в сутках; D-диаметр плунжера насоса, м; S- длина хода полированного штока, м; n-число качаний в мин.; F- площадь поперечного сечения плунжера;

Фактическая подача насоса по динамограмме:

, где ,

где α- коэф. подачи (показывает, на сколько хуже насос будет работать в скв. условиях); - утечки в насосе (в подземном оборудовании); b- коэф. усадки нефти; β- коэф. наполнения насоса; γ- коэф. упругих деформации штанг и труб.

Существует 2 способа регулирования. Это изменение длины хода полированного штока (меняется длина хода плунжера Sпл.) и числа качаний головки балансира в минуту n. Предпочтительнее первое. Увеличение длины хода штока можно осуществить за счет смещения шатуна на кривошипе дальше от оси. Число качаний балансира меняется за счет:

- изменение передаточного отношения с помощью изменения диаметра шкива редуктора

- замена электродвигателя

- изменения местоположения шкива

- использование в приводе частотно-регулированного параметра

- ступенчатое регулирование вращения вала электродвигателя с помощью обмоток

- использование дополнительного червячного редуктора между электродвигателем и основным редуктором для тихоходных приводов

Также можно менять параметры глубинного насоса (изменение площади поперечного сечения плунжера Fпл.).

На коэффициент подачи ШСН влияют постоянные и переменные факторы. К постоянным факторам можно отнести: влияние свободного газа в откачиваемой смеси; уменьшение полезного хода плунжера по сравнению с ходом точки подвеса штанг за счет упругих деформаций насосных штанг и труб; уменьшение объема откачиваемой жидкости (усадка) в результате ее охлаждения на поверхности и дегазации в сепарационных устройствах. К переменным факторам, изменяющимся во времени, можно отнести: утечки между цилиндром и плунжером, которые зависят от степени износа насоса и наличия абразивных примесей в откачиваемой жидкости; утечки в клапанах насоса из-за их немгновенного закрытия и открытия и, главным образом, из-за их износа и коррозии; утечки через неплотности в муфтовых соединениях НКТ, которые все время подвергаются переменным нагрузкам.