СКАЧАТЬ:  laboratornyy-praktikum.zip [678,8 Kb] (cкачиваний: 129)

Лабораторная работа №3 

Основные задачи, решаемые динамографированием скважин

Цель работы: Ознакомление с расчетными методами определения параметров производительности, давления и средней плотности в глубинном штанговом насосе.

Круг вопросов, решаемых динамографированием, довольно обширен. О некоторых практических задачах по определению состояния работы глубиннонасосного оборудования было изложено в предыдущей главе. Здесь назовем те, которые связаны с работой пласта. Это — определение дебита скважины, давления на приеме насоса, коэффициента продуктивности, средней плотности газожидкостной смеси в трубах.

3.1.Определение производительности глубинного штангового насоса Производительность глубинного насоса определяется выражением:

Q = 0.144 × F_пл × S_шт × n × a (м³/сут),

где: F_пл — площадь сечения плунжера, см; S_шт — длина хода полированного штока, м; п — число качаний, раз/мин;

a  — коэффициент подачи насоса. Он зависит от нескольких величин:

a = К₁ ×  К₂ × К₃ × К₄,

где: К₁ – коэффициент, учитывающий утечки в НКТ; К₂ –коэффициент, характеризующий изменение объема нефти, откачиваемой насосом, после ее дегазации на поверхности, и равный обратной величине объемного коэффициента пластовой нефти; К₃ – коэффициент, учитывающий утечки в насосе;  – отношение длины хода плунжера к длине хода полированного штока, измеренным на практической динамограмме (рис. 2.2) и выраженным в мм; b – коэффициент  наполнения.

где: R_н – отношение объема газа к объему нефти в цилиндре при давлении нагнетания. При полном растворении газа во время сжатия в цилиндре R_н = 0; S_эф – длина хода плунжера, измеренная на практической динамограмме, при движении с открытым нагнетательным клапаном, мм.

Подставим значение a в формулу для Q и раскроем значения К₄ и b. Тогда выражение для Q примет вид:

Q = 0.144 × F_пл × S_шт × n × a × К₁ ×  К₂ × К₃ × 

Коэффициент К₁ при отсутствии утечки в НКТ принимается равным единице. Наличие утечки можно определить испытанием колонны на герметичность, сравнением замеров, полученных по динамограмме, с данными замеров по приборам или так, как предлагается в 2.4.6.

Коэффициент К₂ определяется путем исследования физических свойств пластовой нефти. Для девонских нефтей его можно принять равным 0,87, а для каменноугольных – 0,96.

Коэффициент К₃ можно определить аналитическим путем. Но наиболее простой способ найти утечки в насосе — по очертаниям динамограммы и изменениям положения линий веса штанг и веса плунжера с жидкостью во времени. Для этого СКН останавливают так, чтобы плунжер не доходил до крайнего верхнего (нижнего) положения на 10-20 см.  Прочерчивают линию веса. Затем через 5 - 7 минут — повторную. Если линии не совпадают, следует говорить о наличии утечки. Если ее нет, К₃  принимается равным единице.

В результате, формула для расчета производительности штангового глубинного насоса примет вид:

Q = 0.144 × F_пл × S_шт × n × К₂  × 

Таким образом, для определения производительности насоса необходимо измерить на практической динамограмме (рис.3.1) величины l и S_эф,соответствующие движению плунжера с момента открытия нагнетательного клапана (точка Г) до его закрытия (точка А), и произвести соответствующие вычисления по вышеприведенной формуле. Причем, произведение (0.144 × F_пл × S_шт) равное теоретической производительности насоса при п = 1, можно табулировать (табл. 1).

   Р

Пример: Произведем расчет производительности по динамограмме (рис.3.1). Известно, что в скважину, эксплуатирующую угленосный горизонт, внедрен насос диаметром 43 мм; станок-качалка имеет длину хода полированного штока 1,8 м, число качаний равно 6 раз в минуту.

1 - й способ. Измерим отрезки Б₁В  = l и АГ = S_эф:

l = 58, 5мм; S_эф = 42, 5 мм.

Производительность насосной установки

Q = 0.144 × 0, 00145 × 1, 8 × 6 × 0, 96  × = 15, 7 м³/сут

2-й способ. Найдем производительность насосной установки на том же примере, используя масштаб перемещений.

Масштаб перемещений лучше определять вычислением, так как, во-первых, каждый экземпляр динамографа данной конструкции может давать небольшие отклонения от номинальной величины масштаба перемещений и, во-вторых, у современных станков-качалок нормального ряда длины ходов имеют достаточно точные, фиксированные значения.

Определим длину эффективного хода плунжера с открытым нагнетательным клапаном:

S_эф = 30, 8 - 42, 5 = 1309 мм = 1,31м. 

Производительность насосной установки

Q = 0.144 × 0, 00145 × 1, 31 × 6 × 0, 96 = 15, 7 м³/сут

3-й способ. Определим производительность насосной установки, используя табл.1 Измерим Б₁В и АГ и найдем их частное:

Определим по таблице теоретическую производительность насосной установки для длины хода, равной 1,8 м, при n = 1:

Q_m = 3,76м³/сут.

Фактическая производительность

Q = Q_m × n × К₂  ×  = 3, 76 × 0, 96× 6× 0, 72 = 15, 7 м³/сут

Если типоразмер станка-качалки не известен, его находят следующим образом:

-  измеряют длину динамограммы: l = 58, 5 мм;

-  умножают ее на масштаб записи: 58, 5 ×  30 = 1, 755м;

-  по таблице 2, зная номер отверстия на кривошипе станка-качалки, определяют типоразмер СКН. В нашем случае номер отверстия — четвертый, и ближайшим к длине 1,755 м значением является 1,8 м, что соответствует 6СК6 или СК6;

        - по длине хода полированного штока определяют производительность, как и в предыдущих случаях.

Расчет производительности по предлагаемой методике для нормально работающей насосной установки рекомендуется производить при , так как при   £ 0,1 насосная установка может работать в режиме срыва подачи, а при  ³ 0,85 могут иметь место фонтанные проявления.

При наличии утечек в НКТ или в тех или иных узлах насосной установки, т. е. когда К₁ ¹ 1 и К₃ áá 1, расчет производительности насосной установки по динамограмме не производится.

3.2. Определение давления на приеме насоса и средней плотности газожидкостной смеси в трубах 

Теоретическая  основа  метода  заключается   в следующем.

Вес колонны штанг известной конструкции в воздухе

P_ш  = q₁ × l₁ + q₂ × l₂ + ¼ + q_n × l_n = g_ст  × V_ш

где: V_ш – объем колонны штанг, м³.

При погружении колонны штанг в жидкость или смесь на нее действует выталкивающая сила Р_А (сила Архимеда):

Р_А = g_см  × V_ш

где: g_см – плотность смеси, г/см³. Тогда вес колонны штанг в смеси

  Коэффициент плавучести штанг в смеси

      откуда          

Полученное выражение служит для определения средней удельной плотности газожидкостной смеси в насосно-компрессорных трубах. Для этого достаточно знать Р_щ и Р'_ш. При остановке балансира СКН в нижней мертвой точке на нее действует нагрузка только от веса штанг, погруженных в газожидкостную смесь, т. е.              Р_НМТ = Р¹_ш

Давление на выкиде насоса

При остановке балансира СКН в верхней мертвой точке на нее действует нагрузка

Р _ВМТ  =  Р¹ _ш + Р _вык × F_пл  - Р_пр × F_пл      

где: Р_пр — давление на приеме насоса, кгс/см².

Отсюда:            

Подставим значение затем Р _Вых,   а затем g_см. Тогда получим:

Таким образом, давление на приеме насоса, складывающееся за счет веса столба жидкости в затрубном пространстве Р'_ж и затрубного давления Р_зат, будет иметь вид:

Последовательность операций для определения Р_пр такова:

-  снимается динамограмма работы насоса;

-   на динамограмме записывается линия веса штанг в жидкости при крайнем нижнем положении балансира станка-качалки Р'_ш ;

- при крайнем верхнем положении балансира станка – качалки записывается суммарная линия веса штанг в жидкости и жидкости Р_ВМТ;

- По известному масштабу усилий и по ординатам, соответствующим Р_ВМТ и Р'_ш, производится расчет веса штанг в жидкости и жидкости в НКТ.

Динамограмма должна сниматься оттарированным динамографом.

3.3. Определение коэффициента продуктивности 

Для определения коэффициента продуктивности

глубиннонасосную скважину динамографируют в двух или более восстановленных режимах работы СКН (режим работы насоса изменяют путем изменения длины хода полированного штока, числа качаний и т. д).

Дебит жидкости на каждом режиме Q₁ и Q₂ определяют по динамограмме так, как в 3.1. Величину забойного давления, соответствующего каждому режиму, можно представить (для вертикальной скважины) в виде  

где: Н — глубина кровли пласта, м.

Подставляя это выражение в предыдущее, имеем:

Преобразуем знаменатель последнего выражения, используя полученное в 3.2. значение Р_пр:

где: L_cт1 и L_cт2 — расстояние линии статической нагрузки от "нулевой", определенное по динамограммам, на первом и втором режимах работы СКН соответственно, мм.

Тогда выражение для определения коэффициента продуктивности примет вид:

Таким образом, для определения коэффициента К необходимо:

- динамографировать скважину на двух или более режимах работы СКН;

-  сделать расчет производительности насосной установки для каждого режима;

-  произвести измерение на динамограмме расстояний нагрузок от веса жидкости;

- зная масштаб усилий динамографа, произвести расчет по выше приведенной формуле.

При определении коэффициента продуктивности по предлагаемой методике желательно применять один и тот же динамограф в течение всего периода исследования данной скважины, а при записи линии веса жидкости и штанг останавливать СКН в таком положении, чтобы не произошло открывания нагнетательного и приемного клапанов соответственно, т. е. CKH не прошел положение мертвых точек.

Каждому студенту выдается конкретная динамограмма, и он должен провести ее обработку по приведенным выше методикам и таблицам, содержащимся в приложении.

В отчете по динамограмме необходимо представить следующие результаты: вес штанг и жидкости, максимальную нагрузку, минимальную нагрузку, фактический дебит скважины.

Контрольные вопросы: 

1.  Как оценить вес штанг и жидкости и массу жидкости?

2.  Как определить коэффициент продуктивности скважины?