Оптимізація роботи шсн за критерієм мінімуму навантаження на штанги при заданому дебіті

В основу цієї методики оптимізації роботи штангово-насосного устатковання і свердловини нами також покладено теоретичні засади.

Якщо задано дебіт свердловини Q то це означає, що задано вибійний тиск р_в. Оптимізацію відповідно здійснюємо за критерієм мінімуму навантажень на штангову колону.

Тоді початкові розрахунки до вибору глибини опускання насоса виконуємо тільки один раз.

Далі задаємося рядом глибин опускання насоса L. Нагадаємо, що із збільшенням глибини L збільшується коефіцієнт наповнення , а коефіцієнт подавання а_п, зростаючи, проходить через максимум, відповідно змінюється і продуктивність устатковання. Але при цьому зростають навантаження на штангову колону.

Розрахунки завершуємо в повному обсязі для різних значин глибини опускання насоса L.

Будуємо залежності дебіту Q(d_н) від діаметра насоса d_н (див. рис. 3) і наносимо на графік горизонтальну лінію заданого дебіту свердловини Q_зад, який не залежить від діаметра насоса.

Для діаметрів насоса, які вклалися в інтервал АВ рис. 3, зменшуємо глибину підвісу насоса на деяку величину, яка є однаковою для різних діаметрів насоса і визначається за діаметром для точки А або точки В.

Відтак повторюємо розрахунки, будуємо залежність максимальних навантажень на штангову колону від діаметра насоса (див. рис. 4), і вибираємо діаметр, який відповідає мінімуму навантажень.

Алгоритм проектування штангово-насосної експлуатації свердловини із використанням кривих розподілу тиску

Розрахункова методика із використанням кривих розподілу тиску потоку вздовж стовбура свердловини від вибою до її гирла уможливлює повніше врахувати умови відпомповування, зокрема наявність вільного газу в продукції. Її доцільно застосовувати також і для оптимізації режиму роботи устаткування.

При проектуванні штангово-насосної експлуатації свердловини розв'язують такі дві задачі, а саме:

а) вибрати насосне устаткування і режим його роботи, які забезпечують заданий (плановий) відбір рідини за оптимальних технологічних і техніко - економічних показників експлуатації;

б) визначити максимальний відбір рідини із свердловини за допомогою існуючого (або запроектованого) насосного обладнання.

Пояснимо деякі положення. Заданий відбір рідини вибирають із різних міркувань (див. вище) як норму відбору і як технічну норму видобутку рідини. У другому випадку необхідно забезпечити виконання вимог раціональної розробки покладу в аспектах повноти вилучення запасів нафти із надр і припливу рідини із продуктивного пласта у свердловину (вимоги норми відбору), а також вимог раціонального використання технічних можливостей свердловинного експлуатаційного обладнання (додаткові вимоги технічної норми видобутку рідини). Оскільки технічні можливості обладнання нам апріорі до проектування не відомі (конкретно не відомі), то при проектуванні експлуатації вибираємо насосне обладнання із серійною ряду, щоб забезпечити якусь величину дебіту, яка, звичайно, не відповідає в повній мірі ні нормі відбору, ні технічній нормі видобутку. Отже, проектування експлуатації свердловини слід розглядати як послідовне наближення до імовірної технічної норми видобутку за відомих можливостей сучасного обладнання, а таким першим кроком є визначення максимального відбору рідини із свердловини за допомогою існуючого обладнання. Але в усіх випадках задаємося певною величиною дебіту свердловини і відповідним йому вибійним тиском (за індикаторною діаграмою, коефіцієнтом продуктивності чи рівнянням припливу рідини у свердловину).

Заданий дебіт рідини може бути забезпечений при різних режимах роботи насосного устаткування (вище вже йшла мова про максимальну довжину ходу полірованого штока і найменший умовний діаметр насоса) і відповідно при різних варіантах компонування обладнання. А кожний із можливих варіантів експлуатації свердловини характеризується певними технологічними і економічними показниками. Тому вибір найкращого варіанта експлуатації свердловини можна виконати на основі деякого критерію оптимальності з урахуванням особливостей конкретної свердловини (відкладання піску, парафіну, солей, корозія, кривина стовбура і т.д.), тобто слід розв'язати оптимізаційну задачу (див. нижче).

Конкретніше, при проектуванні експлуатації свердловини штанговими насосними устаткуваннями слід виконати:

1) вибір типорозміру верстата-гойдалки, тип і діаметр штангового насоса, конструкцію колони ліфтових труб (НКТ), замкову опору (до вставного насоса в разі потреби) і додаткове обладнання відповідно до ускладнених умов експлуатації (якори, обважнений низ, шкребки, компенсатори ваги штанг та ін.);

2) розрахунки тисків на вході і на виході із насоса, глибини опускання насоса, режиму відпомповування рідини (довжину ходу полірованого штока і кількість ходів), коефіцієнтів сепарації, наповнення насоса і подавання устаткування, екстремальних навантажень на штанги, конструкції колони насосних штанг, максимального крутильного моменту, витрати електроенергії, к.к.д. устаткування і потужності приводного електродвигуна (у т.ч. з його вибором), імовірної частоти обривів штанг і міжремонтного періоду роботи устаткування, економічних показників (у разі потреби).

Для проектування необхідно мати вхідні дані, котрі характеризують:

а) конструкцію свердловини (глибина, кривина, діаметр експлуатаційної колони, зі м’яття, інтервал перфорації), гірничо-геологічні умови (пластовий тиск, геотерма, механічна стійкість колектора) і режим її роботи (дебіт, його обмеження, індикаторна діаграма, обводненість продукції, гирловий тиск);

б) нафту, газ, пластову воду.

Обсяг вхідної інформації залежить від її наявності на промислі і визначається вибраними методиками розрахунків. За відсутності деяких параметрів вхідної інформації їх можна розрахувати за кореляційними залежностями .

Можливість забезпечення заданого дебіту Q шляхом регулювання багатьох технологічних і конструктивних параметрів устаткування надає задачі багатоваріантного характеру і потребує творчого її розв'язання, основні принципи якого зводяться до наступного.

1. Виконуємо підготовку вхідних даних до розрахунку

2. Будуємо криві розподілу тиску р(z) (рис. 5), газового числа R(z) і витратного газовмісту β(z) газоводонафтового потоку вздовж стовбура свердловини (криві відповідно 1, 2, 3) в обсадній експлуатаційній колоні за принципом „знизу вверх" від вибою (відомо вибійний тиск p_в) до глибини, де тиск стає таким, що дорівнює мінімально допустимому на вході в насос (з урахуванням гідравлічних втрат у всмоктувальному клапані) або витратний газовміст сягає максимально допустимої значини β _mах.

Розподіл тиску р(z) можна розраховувати за будь-якою методикою з урахуванням виділення газу . Від вибою свердловини до гирла вздовж стовбура виділяємо ділянки руху окремо в експлуатаційній колоні, в зоні розміщення штангового насоса і в ліфтових трубах (НКТ).

В експлуатаційній колоні і в ліфтових трубах слід виділяти в загальному випадку (залежно від співвідношення тисків із тиском насичення нафти газом) ділянки руху водонафтового потоку і руху газоводонафтового потоку.

Газове число R(z) розраховуємо за записаною вище формулою, в якій замість тиску p_вх записуємо тиск р(z).

Витратний газовміст визначаємо на кожному інтервалі зміни тиску від глибини, де тиск р(z) = p_н (p_н - тиск насичення нафти газом) за формулою:

(23)

Рисунок 5 - Криві розподілу тиску, газового числа і витратного газовмісту, що побудовані для проектування експлуатації свердловини штанговим насосним устаткованням

Рекомендується розрахунок виконувати до значини максимального витратного газовмісту β_mах=0,75. Із перевищенням витратного газовмісту понад β_mах у процесі відпомповування плунжер насоса під час руху вниз ударяється об рідину, а це призводить до різкого збільшення кількості обривів штанг.