Способ управления скважинной штанговой насосной установкой

(19) 111) и) 4 Р 04 В 47/02, 49/О ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ й пр лж ельности периода н стве параметра, пр инамическому уровн жине, используют по о ени к пор- жид- азано ости ва тель неур ки, опред циклов от показател тервалы в ти в начал ют с едние за целое числачения приращенийновешенности эа ин ачки неурамени длительносдов откачки анн е.пер велич у разностиий в началефиксируютий в начале задают допустим редних значенииконце периодов редние значения ежремонтного пе приращ откачк аше ода зксплуата сть повторног и этом допу автомат ческог лнениитек. дн.ср запуска формоотношения при 5" сЯ где ЬЯ е" - среднее значение прираН.ср,щения показателя неуравновешенностив интервалах времени наблюдения заданной длительности в начале пероткачки за целое число циклов в пцессе эксплуатации, 7;тЕк,д 8, - среднее значение приращек.ср,ния показателя неуравновешенности винтервалах времени наблюдения заданной длительности в конце периодовоткачки за целое число циклов в проиодо роцессе эксплуатации, Ь - заданная устимая значени о,сц ффекти ности средипоказателя чале и конц ичина неуравн период приращениности в н рения параме идкости ния из итоком ач. Е,продолжпл риода нак откачки о ьность ре-,ющем цикл оотношени ия в следеляют из ал ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬ(54)(57) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СКВАЖИННОЙ ШТАНГОВОЙ НАСОСНОЙ УСТАНОВКОЙ,оборудованной станком-качалкой, заключающийся в измерении продолжительности периода накопления жидкости в скважине и величины параметра,пропорционального динамическому уровню жидкости в скважине в предыдущихциклах откачки, формировании сигналаокончания периода откачки по достижении этим параметром заданного зна чения и признака допустимости повтор ного автоматического запуска установ. ки, задании продолжительности начального периода накопления, определении продолжительности периода накопления последующего цикла откачки и формировании сигнала начала периода откачки в последующем цикле откачки при наличии признака допустимости повторно. го автоматического запуска, о т личающиися тем,ч лью повьппения надежности и ности управления путем расш диапазона однозначной связи ра с динамическим уровнем ж в скважине и устранения вли менения соотношения между и и отбором жидкости на выбор новешенности станка-кача12на.н ср к,срн,сиед, н.нач, тек тек. 7рн.ср, к,ср,где Вн- продолжительность перион. нач,да накопления в начале межремонтногопериода, мин;накь Я, - среднее значение прираще.ния показателя неуравновешенности винтервалах времени наблюдения задан 31259ной длительности в начале периодовоткачки за целое число циклов в начале межремонтного периода, 7;нац.ь,Я с - среднее значение приращения показателя неуравновешенностив интервалах времени наблюдения заданной длительности в конце периодовоткачки за целое число циклов в начале межремонтного периода, Ж.Изобретение относится к нефтедобыче, в частности к способам управления скважинной штанговой насосной установкой, и может быть использовано для автоматического управления 5 работой малодебитных глубинно-насосных скважин, эксплуатирующихся врежиме периодической откачки пластовых жидкостей.Цель изобретения - повышение на дежности и эффективности управления путем расширения диапазона однозначной связи параметра с динамическим уровнем жидкости в скважине и устранения влияния изменения соотношения 15 между притоком и отбором жидкости на выбор оптимальной продолжительности периода накопления.На фиг. 1 представлены кривые изменения тангенциального усилия на 20 валу кривошипа станка-качалки скважинной штанговой насосной установки в пределах цикла качания, где 1 кривая, соответствующая динамическому уровню жидкости в скважине, при кото ром было проведено уравновешивание насосной установки; 1 - кривая, соответствующая динамическому уровню жидкости в скважине, близкому к статическому; 11 - кривая, соответст вующая динамическому уровню жидкости в скважине, близкому к приему штангового насоса; Т 1 и Т - амплитудные значения кривой изменениятангенциального усилия на валу кри- З 5 вошипа станка-качалки скважинной штанговой насосной установки соответственно при ходе колонны штанг вверх и вниз; на фиг. 2 - устройство для реализации способа управления скважинной штанговой насосной установкой. Неуравновешенность нагрузки на валу кривошипа станка"качалки оценивается через показатель неуравновешенностив- л:.зоосТгИзменение динамического уровняжидкости в скважине ведет к пропорциональному изменению величины Т 1,но не влияет на величину Т (фиг. 1)Поэтому показатель неуравновешенности оказывается пропорциональнымвеличине динамического уровня жидкости в скважине Нн в широкомдиапазоне его изменения, т.е,Ко НАнн ) ф (2)где Н - значение величины динамического уровня жидкости в скважине,при котором производилось уравновешивание насосной установки;К - коэффициент чувствительности показателя неуравновешенностипо отношению к изменению положениядинамического уровня жидкости в скважине, 7/м,При откачке жидкости из скважины в соответствии с изменением динамического уровня происходит и изменение показателя неуравновешенности. При достижении показателем неуравно- . вешенностк заданного значения 8 и соответственно требуемого положения динамического уровня над приемом штангового насоса период откачки заканчивается и начинается период накопления жидкости в скважине.При накоплении жидкости в скважине изменение показателя неуравновешенности также, как и изменение величины динамического уровня, пропорционально накопленному объему жидкос. ти, который в свою очередь припостоянном притоке жидкости в скважину пропорционален времени накопления.Снижение притока жидкости в про цессе накопления за счет возрастания депрессии на пласт приводит к недобору некоторого объема жидкости в течение цикла откачки, который в первом приближении пропорционален квадрату продолжительности времени накопления 10вф гЧ=я., м (3) где а - коэффициент, характеризующий скорость изменения притока жидкости по отношению к изменению депрессии на пласт в процессе накопления, м /мин3 гС учетом амортизационных отчиспений на одно включение-выключение двигателя полные потери нефти в единицу времени могут быть найдены по формулеа+АЯщ = " м /мин, (4)кИгде А - коэффициент, учитывающий амортизационные отчисления на одно 25 включение - выключение двигателя, м.Из (4) может быть найдена оптимальная продолжительность периода накопления, при которой потери добычи нефти минимальные, в виде ЗОт= А а , мин. (5)Скорость изменения притока жидкости в скважину определяется по Формуле0 Ч (6)к Нгде С 1 и О - значения величины при 5 3тока соответственно в момент окончания периода откачки и в момент окончания периода накопления.Учитывая, что при постоянном деби 40 те скважины в пределах периода откачки разность между средними значениями приращений показателя неуравновешенности в начале и конце периода откачки характеризует величину изме 45 нения притока жидкости в скважину, имеемЬ Би.ср Ьк. ср, е Ь(Ъ %)я1исР ксР Ъ 5 У 50гДе ЬЯк, иЬБи, - сРеДние значениЯ приращения показателя неуравновешенности в интервалах времени наблюдения длительностью ЬС за целое число циклов соответственно в начале и концепериодов откачки; К - коэффициент про-. порциональности, зависящий от кон структивных особенностей насосной установки и скважины.Используя (5), (6) и (7), можно получить соотношение, связввающеезначения параметров работы скважинной штанговой насосной установки в оптимальном режиме периодической эксплуатации(ьн ср. ьк,сР 1 н и ес Й = сов 5 к, (81Если в начале межремонтного периода продолжительность периода накопления равна й , а средние значения приращений показателя неуравновешенности на интервалах времени наблюдения заданной длительности эа заданное целое числс циклов в начале и конце периодов откачки соответственнан нднно Ь Я и ср и ЬБ , с Учетом текУЩихтекзначений этих приращений ьЯитек,ЬБ к с, то можно получить соотношен- иее дан кдНн,с, к,срРислеь=Сн.иОч, ек те .чин(1Ь 5 .д 8и,срк.срсвязывающее продолжительность оптимального периода накопления в следующем цикле откачки со значениями эксплуатационных параметров в начале мекремонтного периода и в любой текущий момент времени. Поэтому соотношение продолжительности оптимального периода времени накопления можно найти не прибегая к помощи оператора,тек текЗначение разности Ь Я, -ЬБк.ср.будет тем меньше, чем меньше величина притока жидкости в скважину. Следствием уменьшения этой разности явля.ется увеличение сн,снед (см. (9) .При достижении величиной притока некоторой минимальной величины дальнейшая эксплуатация скважины оказыва.ется нерентабельной. Следовательно, при достижении значением разноститек тек.Ь 5,с ЬЗр.величины Ь, соответствующей минимально допустимой величине притока, эксплуатация скважины должна быть прекращена.Устройство, реализующее предлага-.емый способ, содержит датчик 1 положения, блок 2 управления электродвигателем 3, укомплектованный преобразователем 4 мощности, блок 5 ввода- вывода аналоговых и дискретных сигналов, ввтчислительный блок 6. Датчик 1 положения установлен на балансире5231259 7 станка-качалки (не показан) сква- гд жинной штанговой насосной установки, со причем головка (не показана) через шт канатную подвеску (не показана) свя- ме зана с колонной штанг 8, которые в 5 8 свою очередь связаны с плунжеромштангового насоса (не показаны),наСпособ управления скважиннойск штанговой насосной установкой заклю- н чается в измерении и вводе текущих О значений активной мощности, потребляемой электродвигателем 3 в течение цикла качания и дискретных сигналов, Е соответствующих крайним положениямс колонны штанг 8, определении величи ны показателя неуравновешенности, г сравнении ее с заданной уставкойо Б А и формировании сигнала на отЭцА.н ключение электродвигателя, нахождении н средних (за целое число циклов откач ки) приращений показателя неуравно- п вешенности за интервалы времени за- е данной длительности в начале и конце р периодов откачки, нахождении разнос- н ти найденных средних значений прира м щений, сравнении ее с заданной допус н тимой величиной й и блокировке фор- х мирования сигнала начала периода н откачки следующего цикла откачки, за- и поминании средних значений приращений 30 т показателя неуравновешенности, най- ч денных в начале межремонтного периода, вычислении длительности последую- к щего периода накопления, а также щ отсчете длительности периода накопле- З 5 вВния и формировании сигнала на включение электродвигателя 3.сУстройство работает следующим об- Б разом.При помощи датчика 1 положения и 40 блока 5 ввода-вывода аналоговых и дискретных сигналов величина, пропорциональная потребляемой электродвигателем 3 активной мощности Н, с выхода преобразователя 4 мощности, рас положенного в блоке 2 управления электродвигателем 3, вводится в вы-числительный блок б раздельно во время хода колонныштанг 8 снизу вверх и сверху вниз. В вычислительном блоке 50 б производится вычисление величин, пропорциональных энергии, потребляемой при ходе колонны штанг 8 вверх Е и при ходе колонны штанг 8 вниз Ег, по формулам55 е интервал времени от О доответствует времени хода колонныанг 8 снизу вверх, а интервал врени отдо 1 - ходу колонны штангсверху вниз.Вычисляется величина, пропорциольная величине неуравновешенностиважинной штанговой насосной устаовки, по формулеБ Ег-Е 1 . 1 ОО 7гВычисление величины Б по величинамги Е осуществляется в силу сущетвующего соотношенияИ=яг Т,де г и у - постоянные величины, сответственно радиус и частота вращеия кривошипа станка-качалки скважиной.штанговой насосной установки.Переход от амплитудных значенийотребляемой мощности к интегральныме значениям исключает ошибки в опеделении величины неуравновешености Б, возможные из-за наличия гаронических составляющих в кривой мощости, зависящих от динамическихарактеристик скважинной штанговойасосной установки. Вычисление прозводится с периодом, кратным длиельности одного полного цикла каания станка-качалки.В начале каждого периода откачи определяется величина й Б прираения величины Б в течение заданногоремени Ь .Каждое вычисленное значение Бравнивается с заданным значениеми, начиная с момента, когдавеличина Б достигнет величины Бопределяется приращениеБ величиныБ в течение интервала времени той жедлительности АТ в конце периода откачки. Затем формируется сигнал наотключение, который через блок 5ввода-вывода аналоговых и дискрет -ных сигналов передается в блок 2управления электродвигателем 3 скважинной штанговой насосной установки,который в свою очередь отключаетэлектродвигатель 3 и начинается отсчет времени накопления. В начале межремонтного периода Ниц вычисляются средние значения кБнац. и ЬБк. Г приращений ьБн и ь Бм эа п циклов откачки, которые заносятся в память вычислительного блока б иЕ,- й Ег Ю, о хранятся в нем до истечения межремонтного периода.В каждом текущем цикле откачки находятся средние значения приращений тек. тек.ЬЯ и ЬЯ, за и предыдущих периоКср.дов откачки путем усреднения хранимых в памяти вычислительного блока 6 приращений ЬЯ и Ь Б , соответствующих отдельным периодам откачки. После истечения каждого текущего периода откачки определяется величина разности приращений Ь Я я - Ьк.срН,сри, если величина этой разности окажется больше некоторой заданной величины д, формируется признак допустимости автоматического повторного запуска и вычисляется длительность 5 периода накопления в следующем цикле откачки по заданному в начале меж - ремонтного периода оптимальному значению начального периода накопленияпо соотношению 9. Производится Зо отсчет времени накопления и формируется сигнал на включение электродвигателя 3 станка-качалки скважинкой штанговой насосной установки, который при отсутствии блокировки через блок 5 ввода-вывода аналоговых и дискретных сигналов передается в блок 2 .управления скважинной штанговой насос- ной установки, включающий электродви. гатель 3 в работу. Таким образом, обеспечивается выбор оптимальной длительности периода накопления для каждого цикла от.качки вне зависимости от изменения соотношения между притоком и отбором жидкости из скважины. Если величинате 1, тек.разности приращений АЯ-ЬЯ,Ря,ср.окажется меньшей или равной задайной величине Ь, то признак допустимости автоматического повторного запуска не формируется и дальнейшее определение длительности времени накоп. ления и формирования сигнала на включение электродвигателя 3 блокируется.231259 Составитель Э. Техред В.Кадар нзбур Редакто Недолуже орректор А. Ференц,Зак дписно роизводственно-полиграфическое предприятие Проектная, 4 жгор 550/40 ВНИИПИ Государст по делам изобр 113035, Москва, Тираж 586 о Пнного комитета СССР ений и открытий35, Раушская наб., д. 4/