Содержание

Практическая работа № 1. Конструкция и работа динамографа

1.1. Динамограф ИКГН-1..........................................................................3

1.2. Технология динамографирования.....................................................7

Практическая работа № 2. Обработка динамограммы

2.1. Образование простейшей теоретической динамограммы нормальной работы насоса........................................................................9

2.2. Расчет и построение теоретической динамограммы………..........13

2.3. Пример обработки практической динамограммы..........................16

2.4. Практические динамограммы работы

глубинного насоса…………………………………………………..…..18

Практическая работа № 3. Основные задачи, решаемые динамографированием скважин

3.1. Определение производительности глубинного штангового насоса..........................................................................................................24

3.2. Определение давления на примере насоса и средней плотности газожидкостной смеси в трубах...............................................................28

3.3. Определение коэффициента продуктивности.................................29

Практическая работа №1

Конструкция и работа динамографа

Цель работы:изучение конструкции и работы динамографа.

Динамографирование скважин — по процесс получения зависимости изменения нагрузки в точке подвеса штанг от перемещения этой точки в виде замкнутых кривых, называемых динамограммами.

Динамографирование осуществляется с помощью различных типов динамографов, подразделяющихся по принципу действия преобразующего устройства, на гидравлические, механические и электрические. Последние могут быть как ручными, так и автоматическими.

1.1. Динамограф ИКГН-1

На нефтяных промыслах наиболее широкое распространение получил переносной гидравлический динамограф ИКПИ (ДГ-3. ГДМ-3).

Он имеет следующие технические характеристики:

Рис. 1.1. Гидравлический динамограф ГДМ-3

1 - корпус самописца; 2 - стрелка с пером; 3 - геликоидальная манометрическая пружина; 4 - возвратная пружина ходоуменьшителя; 5 - винт ходоуменьшителя; 6 – столик; 7 - ведомый ролик; 8 - капиллярная трубка; 9 - верхняя траверса; 10 - силоизмерительное устройство; 11 - нижняя траверса подвески; 12 - верхняя штата (полированный шток) глубиннонасосной установки; 13 – шнур; 14 - направляющий ролик; 15 - сменный мерный шкив; 16 - ведущий ролик.

Рис. 1.2. Подвеска устьевого штока СВ.ПСШ.000

1 - Траверса верхняя; 2 - Гайка; 3 - Плашка штока; 4 - Пружина плашек; 5 - Втулка; 6 - Канат; 7 - Гайка; 8 - Пружина плашек; 9 - Плашка каната; 10 - Втулка; 11 - Траверса нижняя; 12 - Гайка; 13 - Винт подъемный.

Динамограф состоит из силоизмерительного устройства и самописца с ходоуменьшителем, смонтированных в одном блоке (рис. 1.1). В силоизмерительное устройство входят два рычага-вилки и гидравлическая мессдоза (трансформатор давления), которая встроена в верхний рычаг и представляет собой полость, заполненную жидкостью и перекрытую мембраной из тонкой листовой латуни. К нижней стороне мембраны прилегает поршень, который передает на нее усилия, возникающие при работе динамографа, и создает в полости мессдозы давление жидкости, пропорциональное приложенному усилию. Рычаги силоизмерительного устройства 10 вставляются между траверсами канатной подвески так, что вся нагрузка, воспринимаемая верхней траверсой 9, передается через них на нижнюю 11. При этом верхний рычаг опирается на нижний в двух точках: через стальной шарик, установленный на поршне мессдозы, и через цилиндрический ролик, который закладывается в поперечные канавки на прилегающих сторонах рычагов. Переставляя этот ролик из одних канавок в другие, можно изменять масштаб измерения усилий (4000, 6000, 8000 кгс).

Корпус самописца 1 укреплен при помощи кронштейна на верхнем рычаге силоизмерительного устройства. В верхней части самописца расположена геликоидальная манометрическая пружина 3, на оси которой закреплена стрелка с пером 2. Полость пружины сообщается с полостью мессдозы капиллярной трубкой 8. Изменение давления жидкости в гидравлической системе мессдоза-капилляр-геликоидальная пружина вызывает поворот стрелки с пером на угол, пропорциональный нагрузке в точке подвеса штанг.

Конец пера касается цилиндрической поверхности столика 6, по краям которого размещены ведущий 16 и ведомый 7 ролики с диаграммной бумажной лентой.

Столик, в свою очередь, закреплен на каретке, которая перемещается по вертикальным направляющим при помощи ходоуменьшителя, повторяя в заданном масштабе возвратно-поступательное движение точки подвеса штанг.

Механизм ходоуменьшителя состоит из ходового винта 5, ходовой гайки, неподвижно закрепленной на каретке, возвратной пружины 4 и сменного мерного шкива 15. На мерный шкив намотан шнур 13, свободный конец которого проходит через направляющий ролик 14 и укрепляется на устье скважины. Во время движения динамографа вместе с канатной подвеской вверх разматывающийся шнур вращает шкив и ходовой винт, при этом каретка со столиком передвигается в верхнее положение, а возвратная пружина взводится. При ходе подвески вниз возвратная пружина, вращая ходовой винт в обратную сторону, перемещает каретку в крайнее нижнее положение.

Величину перемещения каретки можно менять, устанавливая мерные шкивы различного диаметра. Динамограф комплектуется двумя шкивами, которые обеспечивают масштабы измерения перемещения 1:30, 1:45. Измерение перемещения в масштабе 1:15 обеспечивается мерным шкивом, постоянно соединенным с ходовым винтом. Выбор того или иного масштаба определяется длиной хода полированного штока: при длине хода до 1,1м применяется масштаб измерения 1:15, до 2,2 м - 1:30, до 3,3 м 1:45. Самописец динамографа снабжен также специальным устройством для перемещения диаграммной ленты без остановки станка-качалки.

1.2. Технология динамографирования

Перед динамографированием тарированный прибор подготавливается к работе:

- производится заправка прибора диаграммной лентой;

- производится заправка прибора чернилами;

- проверяется нулевое положение пера;

- прочерчивается нулевая линия.

При подготовке динамографа к работе опорные ролики устанавливаются в зависимости от длины хода и нагрузки. Если нагрузка неизвестна, их следует установить сначала на наибольшую нагрузку, чтобы не перегрузить силоизмерительную часть прибора.

Контрольные вопросы:

1. Почему для исследования процессов насосной подачи нефти из пласта используется динамографирование?

2. Как фиксируется напряжение на канате?

3. Как устанавливается динамограф на канатной подвеске станка-качалки?

4. Как устанавливается динамограф на канатной подвеске полированной шанге скважины?

Практическая работа №2

Обработка динамограммы

Цель работы:научиться правильно читать практические динамограммы, изучить законы их образования при различных условиях работы глубинною насоса.

Изменение нагрузки на полированном штоке за время одного полного хода станка-качалки является результатом сложного взаимодействия большого числа различных факторов. Чтобы правильно читать практические динамограммы, необходимо изучить законы их образования при различных условиях работы глубинного насоса.

К наиболее простым случаям относятся следующие:

1. Глубинный насос исправен и герметичен.

2. Погружение насоса под динамический уровень равно нулю.

3. Цилиндр насоса целиком заполняется дегазированной и несжимаемой жидкостью из скважины.

4. Движение полированного штока происходит настолько медленно, что обусловливает полное отсутствие инерционных и динамических нагрузок.

5. Силы трения в подъемной части насосной установки равны нулю.

Полученная при этих условиях динамограмма называется простейшей теоретической динамограммой нормальной работы насоса.

2.1. Образование простейшей теоретической динамограммы нормальной работы насоса

Процесс образования простейшей теоретической динамограммы начнем прослеживать с хода плунжера вниз, когда он с открытым нагнетательным клапаном приближается к своему крайнему нижнему положению (рис. 2.1.).

Рис. 2.1. Простейшая теоретическая динамограмма

нормальной работы насоса

В эго время приемный клапан закрыт, и вес жидкости принят насосными трубами, которые получили от этого соответствующее удлинение. На полированный шток действует только нагрузка от веса штанг, погруженных в жидкость. В крайнем нижнем положении плунжер останавливается и нагнетательный клапан закрывается. Этот момент на динамограмме отмечается точкой А. При этом давление жидкости в цилиндре насоса практически равно давлению в насосных трубах над плунжером.

В следующий момент полированный шток начинает двигаться вверх. Плунжер остается неподвижным по отношению к цилиндру насоса, потому что упругие штанги не могут передать ему движение до тех пор, пока они не получат полного растяжения от веса столба жидкости в насосных трубах, приходящеюся на площадь плунжера. Величина растяжения штанг прямо пропорциональна величине воспринятой части веса жидкости. Поэтому по мере увеличения растяжения штанг нагрузка на полированном штоке растет. Та часть жидкости, которую приняли на себя штанги, снимаемся с труб.

Вследствие этого трубы сокращают свою длину и их нижний конец, закрытый приемным клапаном, движется вверх. Так как между приемным и нагнетательным клапанами в цилиндре насоса находится практически несжимаемая жидкость, то движение нижнего конца труб вверх вызывает также движение вверх плунжера вместе с насосом.

В любой момент времени текущая величина растяжения штанг равна разности перемещений полированного штока и плунжера. Поэтому, чтобы штанги получили полное растяжение, необходимое для передачи движения плунжеру, полированный шток должен пройти путь, равный сумме растяжения штанг и сокращения труб.

Нагрузка на полированном штоке возрастает при одновременном перемещении его вверх. Поэтому процесс восприятия штангами нагрузки от веса жидкости изображается на динамограмме наклонной линией АБ. Линию АБ называют линией восприятия нагрузки.

Точка Б соответствует:

a)окончанию процесса растяжения штанг и одновременного сокращения труб;

b)началу движения плунжера в цилиндре насоса;

c)моменту открытия приемного клапана и началу поступления жидкости из скважины в цилиндр насоса.

Во время последующего движения плунжера вверх на полированный шток действует неизменная нагрузка, равная нагрузке в точке Б. Поэтому динамограф прочерчивает прямую горизонтальную линию БВ, параллельную нулевой линии динамограммы.

Точка В соответствует:

a)крайнему верхнему положению полированного штока и плунжера;

b)прекращению поступления жидкости из скважины в цилиндр насоса;

c)моменту закрытия приемного клапана.

Длина линии БВ в масштабе перемещений соответствует длине хода плунжера в цилиндре насоса.

Из крайнего верхнего положения полированный шток начинает движение вниз. Однако плунжер не может двигаться вниз, так как под ним в цилиндре насоса находится практически несжимаемая жидкость. Нагнетательный клапан не может открыться, потому что давление в цилиндре насоса равно нулю, а над плунжером оно равно давлению всего столба жидкости в насосных трубах. Поэтому плунжер остается неподвижным по отношению к цилиндру насоса. Вследствие того, что плунжер стоит на месте, а полированный шток движется вниз, длина штанг сокращается, и нагрузка от веса жидкости постепенно передается на трубы. Давление в цилиндре насоса увеличивается пропорционально сокращению штанг.

Воспринимая нагрузку от веса жидкости, трубы соответственно удлиняются, и их нижний конец движется вниз. Так как плунжер опирается на несжимаемый столб жидкости в цилиндре насоса, то он движется вниз, оставаясь неподвижным по отношению к цилиндру насоса. Это вынужденное продвижение плунжера замедляет сокращение штанг и снятие нагрузки от веса жидкости. Поэтому штанги получают полное сокращение и полностью снимают с себя нагрузку от веса жидкости только тогда, когда полированный шток проходит расстояние, равное сумме сокращения штанг и растяжения труб от веса жидкости (отрезок ГГ1).

Вследствие уменьшения нагрузки при одновременном перемещении полированного штока вниз, процесс снятия со штанг нагрузки от веса жидкости изображается на динамограмме наклонной линией ВГ. Линию BГ называют линией снятия нагрузки.

По уже изложенным причинам линия ВГ может быть принята за практически прямую, параллельную линии АБ.

Точка Г соответствует:

a)окончанию процесса сокращения штанг и одновременного растяжения труб;

b)моменту открытия нагнетательного клапана;

c)началу движения плунжера вниз.

За время движения плунжера вниз на полированный шток действует неизменная нагрузка, равная весу штанг, погруженных в жидкость. Поэтому динамограф прочерчивает прямую горизонтальную линию АГ, параллельную нулевой линии динамограммы.

Таким образом, простейшая теоретическая динамограмма нормальной работы насоса при упругих штангах и трубах имеет форму параллелограмма.

Па основании изложенного можно сформулировать следующие характерные признаки практической динамограммы, дающие право на заключение о нормальной работе насоса:

a)линии восприятия и снятия нагрузки практически могут быть приняты за прямые;

b)линии восприятия и снятия нагрузки у практической динамограммы параллельны соответствующим линиям теоретической динамограммы и, следовательно, параллельны друг другу;

c)левый нижний и правый верхний углы динамограммы - острые.

2.2. Расчет и построение теоретической динамограммы

Действующая динамограмма работы глубинного насоса отличается от теоретической из-за влияния множества факторов, основными из которых являются силы инерции и трения. Для полного и правильного чтения динамограммы необходимо выявить все факторы влияния па работу насоса. Для этой цели па основе практической динамограммы производят расчет элементов теоретической динамограммы и их совмещение. Этот процесс называют обработкой динамограммы.

2.2.1 Измерение усилий в точке подвеса штанг

Измерение нагрузки производят по вертикали, проведенной перпендикулярно к нулевой линии динамограммы, которая прочерчивается перед монтажом динамографа на канатной подвеске (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Иллюстрация к процессу обработки динамограммы

1 - расчетная; 2 - фактическая динамограмма.

Величина нагрузки определяется по формуле:

где: P - величина нагрузки, кгс; L - расстояние по вертикали от нулевой линии до точки, где измеряется нагрузка, мм; p - масштаб усилий, кгс/мм.

Масштаб усилий прибора определяется при тарировке динамографа и представляет собой нагрузку, вызывающую отклонение пера самописца прибора по вертикали на 1 мм.

2.2.2. Измерение перемещения полированного штока

По динамограмме перемещение измеряют по горизонтали между перпендикулярами, проведенными к нулевой линии через заданные точки динамограммы. Для измерения фактического перемещения необходимо знать масштаб перемещений т, представляющий собой отношение длины хода полированного штока S_шт к длине динамограммы l (линия АГ₁ или Б₁В; рис. 2.1. 2.2):

.

Для обработки полученной динамограммы необходимо построить на ней теоретическую, для чего определяется величина статической нагрузки Р_ст по формуле:

где: Р_ж- вес жидкости над плунжером насоса, кгс.

,

F_пл - площадь сечения плунжера, см²; Н_н- глубина спуска насоса, м; g_ж - плотность жидкости в подъемных трубах, г/см³;Р_ш ' - вес колонны штанг в жидкости, кгс;

; ;

,

q₁ и q₂ - вес 1 м ступеней штанг в воздухе, кг; l₁ и l₂ - длина ступеней колонны штанг, м; - плотность материала штанг, равная 7,85 г/см³; - плотность жидкости.

Для нанесения линии веса штанг на динамограмму (см. рис. 2.2) определяют ее расстояние от нулевой линии 0S из выражения

.

Отложив величину L на перпендикулярах, прочерчивают линию АГ₁. Расстояние линии статической нагрузки от нулевой линии находят по формуле:

,

откладывают его на вертикальной оси динамограммы и прочерчивают линию Б₁В. Линию восприятия нагрузки АБ находят, откладывая на линии Б₁В величину деформации штанг и труб в масштабе. Деформацию штанг l_ш и труб l_т определяют по формуле:

,

где: f_ш - площадь сечения штанг, см²; f_ш = 0,785 • d_ш²; d_ш - средний диаметр штанг в ступенчатой колонне, см;

;

d₁ и d₂ - диаметры штанг в ступенчатой колонне, см; f_т - площадь поперечного сечения трубы по телу, см².

Величина отрезка, соответствующая величине деформации штанги и труб

.

Откладывая на линии веса штанг отрезок Г₁Г = Б₁Б и соединяя точки А, Б, Г и В, находим линию восприятия нагрузки АБ и линию снятия нагрузки ВГ.

На динамограмме линия Б₁В представляет собой длину хода полированного штока S_шт, линия БВ - длину хода плунжера S_пл, а линия АГ - эффективный ход плунжера S_эф.Из-за неполного наполнения цилиндра линии БВ и АГ могут быть неравными.

2.3. Пример обработки практической динамограммы

Обработку практической динамограммы проведем на примере (рис. 2.2).

Исходные данные:

Масштаб перемещений

.

Длина ступеней колонны штанг

,

.

Вес в воздухе 1 м ступеней штанг

q₁ = 3,14 кгс, q₂ = 2,35 кгс.

Вес колонны штанг в жидкости

Расстояние линии веса штанг от нулевой линии

Для насоса диаметром 43 мм площадь плунжера равна 14,5 см².

Нагрузка от веса жидкости

Р_ж = 0,1×14,5×1528×0,9 = 1994 кгс.

Расстояние линии статической нагрузки от нулевой линии

Определяем средний диаметр штанг

Средневзвешенная площадь сечения штанг

f_ш = 0,785×2,04² = 3,27 см².

Деформация штанг и труб

Потеря хода полированного штока в масштабе перемещений динамограммы (отрезок ГГ₁)

2.4. Практические динамограммы работы глубинного насоса

В зависимости от параметров глубиннонасосной установки практические динамограммы нормальной работы насоса получают весьма разнообразные очертания.

2.4.1. Влияние числа качаний

На динамограмме появляются затухающие волнообразные изменения нагрузки при ходе плунжера вверх и вниз. Причем, с увеличением числа качаний увеличивается их амплитуда, а число полуволн уменьшается (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Изменение конфигурации динамограммы в зависимости от числа качаний

2.4.2. Влияние глубины спуска насоса

С увеличением глубины спуска насоса (рис. 2.4):

a)увеличивается высота положения линии нагрузки при ходе вниз по отношению к нулевой линии;

b)увеличивается нагрузка от веса жидкости при сохранении отношения веса штанг к весу жидкости;

c)на динамограмме укладывается меньшее число полуволн колебаний нагрузки.

Рис. 2.4. Изменение очертаний динамограмм в зависимости от глубины спуска

2.4.3. Утечки жидкости в нагнетательной части насоса

Динамограмма при этом имеет следующие очертания (рис. 2.5):

a)процесс восприятия нагрузки изображается линией, имеющей меньший угол наклона к горизонтали, чем линия восприятия нагрузки при нормальной работе насоса;

b)правый верхний угол закруглен;

c)линия снятия нагрузки идет более круто, и угол, образуемый ею и нулевой линией, имеет больший наклон.

Рис. 2.5. Очертания теоретической и практической динамограмм при утечках в нагнетательной части насоса

2.4.4. Утечки жидкости в приемной части насоса

Характерные особенности динамограммы насоса, имеющего утечки в приемной части, следующие (рис. 2.6):

a)процесс снятия нагрузки изображается наклонной линией, угол наклона которой к нулевой меньше, чем у линии снятия нагрузки при нормальной работе насоса, и меньше, чем угол наклона линии восприятия нагрузки;

b)левый нижний угол динамограммы закруглен;

c)линия восприятия нагрузки идет более круто и угол между нею и нулевой имеет больший наклон, чем у линии восприятия нагрузки при нормальной работе насоса;

d)при остановленном СКН повторно прочерченная линия веса штанг перемешается к линии веса штанг и жидкости.

Рис. 2.6. Очертания теоретической и практической динамограмм при утечках в приемной части насоса

2.4.5. Одновременные утечки в приемной и нагнетательной частях насоса

Если глубиннонасосная установка имеет одновременные утечки в нагнетательной и приемной частях насоса, то в зависимости от того, какая из утечек преобладает, динамограмма приобретает очертание, более схожее с очертаниями динамограммы при наличии только одной утечки - в нагнетательной или в приемной части насоса. Характерной особенностью одновременных утечек является закругление левого нижнего и правого верхнего углов.

2.4.6. Утечка жидкости из насосно-компрессорных труб

Утечка жидкости из НКТ не придаст динамограмме каких-либо специфических очертаний. Однако с помощью динамографирования можно установить ее наличие, если место утечки находится настолько ниже устья скважины, что изменение высоты столба жидкости в трубах способно вызвать заметные изменения нагрузки на полированном штоке. Для этого при остановленном СКН несколько раз прочерчивают линию максимальной нагрузки в течение 10-15 мин. Если эта линия при повторной записи несовпадает с первой, то имеют место утечки через НКТ.

2.4.7. Динамограммы работы насоса при откачке жидкости с газом

Динамограммы работы глубинного насоса при откачке жидкости с газом имеют следующие характерные очертания: (рис. 2.7):

a)линия снятия нагрузки представляет собой кривую с той или иной кривизной, выпуклость которой обращена влево вверх;

b)процесс снятия нагрузки протекает медленно, вследствие чего открытие нагнетательного клапана происходит позже, чем при нормальной работе насоса;

c)левый нижний и правый верхний углы динамограммы острые;

d)в случае значительных величин вредного пространства и газосодержания смеси процесс восприятия изображается линией, несколько отклоняющейся вправо от теоретической;

e)линии снятия и восприятия нагрузки параллельны.

Рис. 2.7. Очертание практических динамограмм при откачке жидкости с газом

2.4.8. Низкая посадка плунжера

При ударах плунжера или штанг при ходе вниз, в зависимости от скорости посадки плунжера на преграду, жесткости ее и расстояния от преграды до истинного крайнего положения, снижение нагрузки и последующий набор этой нагрузки на динамограмме записываются несколько по-разному. Если удар не резкий, нагрузка снижается плавно, посадка плунжера записывается в виде петли в нижнем левом углу динамограммы (рис. 2.8 а). Линия восприятия нагрузки отодвигается вправо от своего нормального положения. При редких снятиях нагрузки (рис. 2.8 б, в) петля может иметь несколько перехлестов. Петля удара всегда располагается ниже линии статического веса штанг. При ударах плунжера полезная длина его хода уменьшается на длину горизонтальной проекции петли.

а б в

Рис. 2.8. Очертания практических динамограмм при низкой посадке плунжера

2.4.9. Прихват плунжера

Очертание динамограммы в данном случае (рис. 2.9) зависит от конструкции насоса и от места прихвата в цилиндре. Она записывается в виде узкой замкнутой кривой, имеющей значительный наклон к нулевой линии. Максимальная нагрузка значительно превосходит суммарный вес штанг и жидкости. Наклон динамограммы не равен наклону теоретической линии восприятия нагрузки, потому что штанги работают за пределом упругости. В силу неподвижности плунжера, при его прихвате, по отношению к цилиндру насоса, линия перемещения практически отсутствует.

Рис 2.9. Очертания практических динамограмм при прихвате плунжера

а - в нижнем, б - в верхнем положении его хода.

2.4.10. Обрыв или отворот плунжера

Обрыв (отворот) штанг записывается на динамограмме в виде узкой горизонтальной замкнутой кривой (рис. 2.10). Динамограмма совпадает с линией веса штанг, если обрыв произошел у самого плунжера. При более высоких обрывах (отворотах), чем выше глубина обрыва (отворота), чем меньше вес оставшейся части колонны штанг и тем ниже располагается динамограмма.

Рис. 2.10. Очертания практических динамограмм при обрыве (отвороте) штанг

Контрольные вопросы:

1. Влияние числа качаний.

2. Влияние глубины спуска насоса.

3. Утечки жидкости в нагнетательной части насоса.

4. Низкая посадка плунжера.

5. Обрыв или отворот штанг.

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:

где: F_пл- площадь сечения плунжера, см; S_шт - длина хода полированного штока, м; n- число качаний, раз/мин; a - коэффициент подачи насоса. Он зависит от нескольких величин:

a = К₁× К₂× К₃× К₄×b

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:

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 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 глубинною насоса примет вид:

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.

Рис. 3.1. Иллюстрация к определению дебита скважин по динамограмме

Задача: Произвести расчет производительности по динамограмме (рис.3.1). Известно, что в скважину, эксплуатирующую угленосный горизонт, внедрен насос диаметром 44 мм; станок-качалка имеет длину хода полированного штока 1,8 м, число качаний равно 6 раз в минуту.

Отрезки Б₁В = l и AГ = S_эф: l = 58,5 мм; S_эф = 42,5 мм.

При расчете учитывать, что утечки в приемной и нагнетательной части насоса отсутствуют, а газ полностью растворен в нефти.

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

,

где: V_ш - объем колонны штанг, м³.

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

,

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_ши 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 = Р _ш'.

Давление на выкиде насоса

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

,

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

Отсюда:

Подставим значение Р_вык, а затем g_см. Тогда получим:

Таким образом, давление на приеме насоса, складывающееся за счет веса столба жидкости в затрубном пространстве Р^’_жи 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 Q₂определяют 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_ст1 и L_ст2 - 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 вышеприведенной формуле.

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

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

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 в жидкости и массу жидкости?

2. Как определить коэффициент продуктивности скважины?