Способ измерения дебита скважины иустройство для его осуществления

,(51) М:Кл,х Е 21 В 47/1 О с присоединением заявки2798125/22-03 Ьвудирстваиимй кемитат СССРае двиаа изейретеиий и иткрмтийДата опубликования описания 17,06.81 вторб Н. Г. Худяе Специальное проектно-конструкторское бюроСоюзнефтеавтоматика 1) Заявитель БИТА СКВАЖИНЬСУЩЕСТВЛ ЕНИЯт по количеству имем счетчике, умноженоэффициент. Способ вом для измерения татический преобра суммирующий счет и жидкости суд на суммирующ масштабныйтвляют устройст содержащимь мощности и добыто пульсо ных на осу щес дебита зовател чик. ри пос- неставлияют также 1 ф Изобретение относится к области измерения.дебита скважин, оснащенных глубинно-насосными поршневыми установками.Известен способ определения дебита скважины на групповых замерных установкахпутем измерения и суммирования дискретных порций жидкости за определенный отрезок времени 1.Однако результаты измерений птоянных режимах работы носятбильный характер, так как на нихпараметры добываемой жидкости, асостояние замерного оборудования.Также известен способ измерений дебита скважины, основанный на контроле мощности, потребляемой электродвигателем привода глубинно-насосной поршневой уста.новки 2,Сущность данного способа заключаетсяв том, что потребляемую электродвигателеммощность интегрируют за время. установки,пропорциональной определенному дебитужидкости из скважины, и в конце интегри- ЗОрования вырабатывают импульс, которыйвызывает срабатывание. После этого процесс интегрирования повторяется заново. О К недостатку данного способа следуетотнести то, что дебит скважины определяютпо суммарной за весь период измерения потребляемой электродвигателем мощности,При контроле данным способом снижаетсяточность измерения, так как потребляемаяэлектродвигателем мощность даже междуциклами качания может оставаться нестабильной из-.за наличия утечки жидкости че-рез клапаны насоса или плохой пригонкиплунжера насоса, колебаний штанговой колонны, нестабильного заполнения цилиндра насоса и т.д,Это.достигается согласно новому способу измерения дебита, осуществление которого обуславливается применением устройства определенной конструкции.Предложенный способ отличается тем,что сравнивают функцию потребляемойВ 36346 4синусоидально изменяющуюся функцию иимеющие максимум при ходе плунжера насоса вниз и максимум при ходе плунжеранасоса вверх, несут полную информацию нетолько от качественных характеристиках, нои о количественных. Например, с точки зрения количественной характеристики графикизменения потребляемой мощности электродвигателем при ходе плунжера насоса внизотражает заполнение жидкостью цилиндранасоса, а график изменения потребляемой1 О мощности при ходе плунжера насоса вверх -степень прохождения жидкости через нагнетательный клапан или плохую пригонку плунжера насоса,Теоретическая производительность станка-качалки за один качок составляет;в объемных единицах Я,:Ж 1,фл увфв весовых единицах йэ - Ь,фгде Э - диаметр цилиндра насоса;1. - длина цилиндра насоса;а - удельный вес жидкости.Однако действительная производйтельность оказывается несколько меньше теоретической. Считается, что насос хорошоработает, когда подача его составляет нениже 3/4 от теоретической производитель.ности, На уменьшение теоретической производительности станка-качалки влияют разнообразные факторы, из которых наибольшее значение имеет степень перегонки плунжера и износа деталей нассса, длина хода,упругие изменения штанг и труб, наличиегаза и другие факторы.Факторы, характеризующие производительность станка-качалки, отражаются коэффициентом подачи насоса, который определяется как отношение фактической произ 35 водительности к теоретической производительности.Подобный коэффициент можно получить,если за каждый ход плунжера насоса кривую потребляемой электродвигателем мощности сравнивать с некоторым графиком.Предположим, что в прямоугольной системе координат имеют синусоидально изменяющуюся кривую ОО и прямоугольныйчетырехугольник ОВСД (см. фиг, 2), площадь которого равна площади, ограниченной кривой ОД и осью абсциес. Из точки Дчерез точку пересечения кривой ОаР со стороной ВС (точка К) проводят прямую допересечения с осью ординат (точка В ), азатем из этой точки проводят прямую, параллельную оси абсцисс до пересечения спродолжением стороны ОС. Получают прямоугольный четырехугольник ОВСО. Счетное устройство в общем случае может включать формирователь 3 и счетчик импульсов 14.55Известно, что графики потребляемой мощ ности электродвигателем привода станка- качалки, представляющие собой некоторую электродвигателем мощности за каждый ход плунжера насоса с линейно убывающей функцией времени, фиксируют их значения в момент совпадения, по которым определяют коэффициент заполнения цилиндра на 1 соса и коэффициент утечки, после чего производят их алгебраическое суммирование с последующим определением суммы получен. ных значений коэффициентов подачи за заданный промежуток времени, по которой судят о дебите скважины.Отличие устройства, позволяющее осуществить новый способ, состоит в том, что оно снабжено генератором линейно падаю. щего напряжения, генератором линейно растущего напряжения, нуль-органом, переключателем, двумя схемами сравнения, двумя , преобразователями аналог-код, задатчиком и реверсивным счетчиком, причем выходы статического преобразователя мощности и генератора линейно падающего напряжения подключены к входам нуль. органа, выход которого через переключатель подсоединен к первым входам первой и второй схем сравнения, вторые входы которых связаны с выходами генератора линейно падающего напряжения и генератора линейно растущего напряжения, выход первого элемента сравнения подключен через первый преобразователь аналог-код к суммирующему входу реверсивного счетчика, а выход второго элемента сравнения через задатчик и второй преобразователь аналог-код - к вычитающему входу реверсивного счетчика, выход которого связан с входом суммирующего счетчика.На фиг.представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 и 3 - графики, поясняющие ее работу,Устройство для измерения дебита скважи.ны содержит статический преобразователь 1 мощности, генератор 2 линейно падающего напряжения, генератор 3 линейно растущего напряжения, нуль-орган 4, входы которо го соединены со статическим преобразовате лем мощности и генератором линейно падающего напряжения, а выход - с переключающим элементом 5, выходы которого соединены со схемой сравнения 6 и дополнитель.ной схемой сравнения 7. Выход схемы сравнения 6 через первый преобразователь 8 амплитуды единичного импульса в число импульсов, а выход дополнительной схемы сравнения 7 через задатчик 9 и второй пре образователь 10 соединены соответственно с входами сложения и вычитания реверсивного счетчика 11 импульсов, выход которого соединен со счетным устройством 12,Если сторона 00 этого четырехугольника в некотором масштабе будет соответствовать длине цилиндра насоса, а сторона ОВ в площа основания цилиндра насоса, то площадь четырехугольника ОВ С Рв некот тором масштабе будет соответствовать тео1 О 15 25 Зо 35 50 55 ретиескому объему цилиндра насоса. Кривую Оа 0 в некотором масштабе можно принять за идеализированный график потребляемой электродвигателем мощности, напри мер при ходе плунжера насоса вниз, т.е площадь, ограниченную этой кривой и осью абсцисс, можно принять за степень заполнения цилиндра насоса. Тогда отношение площади, ограниченной кривой Оа 0 и осью абсцисс, к площади четырехугольника ОВСО будет представлять собой коэффициент подачи насоса, что равносильно отношению величины, перпендикуляра, опущенного из точки пересечения кривой Оа 0 со стороной ВС (точка К) на ось абсцисс, к величине стороны ОВ. Это следует иэ условий построения графиков на фиг. 2.ОВаа Ввввв ОЙ ОВ ОВ ЮЮ Явввв Зоввв ОЛ ОВ ОВ ОВ Еслисторону ОВ условно принять равной 1, то величина перпендикуляра КМ будет выражена десятичной дробью и будет представлять собой коэффициент подачи насоса,На практике величину перпендикуляра КМ можно менять путем изменения наклона прямой ЭВ и .получить нужный для конкретной установки коэффициент.На рассмотренном принципе и построена работа предлагаемого устройства, Для общего случая рабога предлагаемого устройства рассматривается, когда при ходе плунжера насоса вверх имеются утечки нефти в результате некачественной пригонки плунжера насоса или неисправности нагнетательного клапана,При ходе, плунжера насоса вниз с выхода статического преобразователямощности напряжение, пропорциональное потреб. ляемои электродвигателем (на чертежах не показан) мощности, сравнивается нуль-органом 4 с линейно падающим напряжением генератора 2. При совпадении уровней (точ ка А на фиг. За) на выходе нуль-органа 4 с линейно падающим напряжением генератора 2. При совпадении уровней (точка А на фиг. За) на выходе нуль-органа 4 вырабатывается импульс напряжения и подается через элемент 5, переключающийся 45в начале каждого движения плунжера на-.сосавверх и вниз на схему сравнения. На схеме сравнения 6 из амплитуды импульса вычитается достигнутый к,этому времени уровень напряжения (точка Б на фиг. Зб) генератора 3 (генератор 3 синхронно работает с генератором 2 и запускается, как и генератор 3, в начале каждого движения плунжера насоса вверх и вниз), Полученная разность на выходе схемы, сравнения (импульс на фиг. Зг) подается на преобразователь 8 амплитуды единичного импульса в число импульсов, В зависимости от амплитуды импульса на фиг. Зг на выходе преобразователя 8 вырабатывается п.ое количество импульсов (см. фиг. Зд), которь 1 е подаются на вход сложения реверсивного счетчика 11 импульсов и записывается, например, в двоичном коде (см. фиг, Зе).При ходе плунжера насоса вверх, как и для случая хода плунжера насоса вниз, выходное напряжение статического преобра. зователямощности на нуль-органе 4 сравнивается с выходным напряжением генератора 2. В момент совпадения уровней (точка В на фиг. За) на выходе нуль-органа 4 вырабатывается импульс, который через уже переключенныи к этому моменту времени элемент 5 подается на вход дополнительной схемы сравнения 7. Здесь из уровня амплитуды импульса 1 вычитается достигнутый к этому моменту времени уровень выходного напряжения (точка Г на фиг, Зб) генератора 2 линейно подающего напряжения. Полученная разность (см. импульсна фиг, Зв) на выходе схемы 7 подается на задатчик 9, где вновь сравнивается с напряжением уставки и далее, если на выходе схемы появится. импульс Г положительной полярности, как это показано на фиг. 3 г, подается на преобразователь 10 амплитуды единичного импульса, В зависимости от амплитуды импульсов 1 на выходе преобразователя 10 будет выработано к импульсор (см. фиг, Зд). Эти импульсы будут поданы на вычитающий вход реверсивного счетчика 1 импульсов и вычтены из ранее записанного числа, Таким образом, на реверсивном счетчике 1 будет записано число, соответствующее коэффициенту подачи продукции за один качок станка.качалки.При последующих циклах качания помере заполнения емкости реверсивного счетчика 11 импульсов (для конкретного случая емкость реверсивного счетчика условно принята 00) на выходе вырабатывается импульс, который, пройдя через формирователь 13, будет записан на счетчике импульсов 4. Например, для конкретного случая в конце второго цикла качания на счетчике импульсов 14 будет записано в десятичном исчислении число 1 (см. фиг. Зк), а на реверсивном счетчике 11 в двоичном исчислении число 54 (см. фиг. Зи),При третьем цикле качания (на фиг. 3 третий цикл не показан) на счетчике 14 будет в десятичном исчислении записано:1 исло 2, а на реверсивном счетчике некоторое двоичное число.При н-ом цикле качания на счетчике импульсов 14 будет записано целое десятичное числОП, которое можно определить из выражения:Д (и-ка гдеп - число импульсов, поданных на вход сложен 11 я реверсивного счетчика за один качок;к - число импульсов, поданных на вычитающи й вход реве рси нного счетч и.ка за один качок;Ю - коэффициент деления реверсивногосчетчика.Число Н можно принять за число качков 5 за измеряемый период, если производительность станка-качалки за один качок принять равной теоретической.В этом случае дебит скважины за измеряемый период определяется:=фф Ь П.в объемных единицах Й=0 в весовых единицах формула изобретения. Способ измерения дебита скважины, 45 основанный на контроле мощности, потреб 15Для случая, когда утечка жидкости при ходе плунжера насоса вверх отсутствует, уровень импульса 11 на фиг. Зв. компенсируется уровнем уставкн 130 на задатчине.В этом случае на вход преобразователя О не поступает напряжение, следовательно на вычитаюший вход реверсивного счетчика 11 импульсов импульсы поступать не будут, т.е.в этом случае реверсивный счетчик импульсов будет работать только по ходу сложения.Предложенным устройством допускается производить измерение добытой продукции из скважины за каждый качок станКа-качалки, При этом происходит учет как заполнения цилиндра насоса при ходе плун- жера насоса вниз, так и утечка жидкости из-за имеющихся дефектов глубинного на соса при ходе плунжера насоса вверх.Ошибка от колебаний штанговой колонны значительно будет уменьшена, так как в предлагаемом устройстве совпадение уровня линейно подающего напряжения с уровнем выходного напряжения статического преобразователя мощности. пропорциональ ного потребляемой мощности электродвига, телем, происходит на участке с высокой крутизной. Искажение формы кривой потребляемой мошности от колебаний штанго вой колонны в основном происходит на вершине кривой мощности и имеет форму затухающих колебаний. ляемой электродвигателем привода глубинно-насосной поршневой установки, отличаюи 4 ийгя тем, что, с целью повышения точности измерения, сравнивают функцию потребляемой электродвигателем мощности за каждый ход плунжера насоса с линейно убывающей функцией времени, фиксируют их значения в момент совпадения, по которым определяют коэффициент заполнения цилиндра насоса и коэффициент утечки, после чего производят их алгебраическое суммирование с последующим определением суммы полученных значений коэффициентов подачи за заданный промежуток времени,. по которойсудят о дебите скважины,2, Устройство для. осуществления способа по п. 1, содержащее статический преобразователь мощности и суммирующий счетчик, отличающееся тем, что оно снабжено генератором линейно падаюшего напряжения, генератором линейно растущего напряжения, нуль-органом, переключателем, двумя схемами сравнения, двумя преобразователями аналог-код, задатчиком и реверсивным счетчиком, причем выходы статического преобразователя мощности и генератора линейно падающего напряжения подключенык первым входам первой и вто; рой схем сравнения, вторые входы которых связаны с выходами генератора линейно падающего напряжения и генератора линейно растущего напряжения, выход первого элемента сравнения подключен через первый преобразователь аналог-код к суммирующему входу реверсивного счетчика, а выход второго элемента сравнения через задатчик и второй преобразователь аналог-код - к вычитающему входу реверсивного счетчика,выход которого связан с входом суммирующего счетчика.Источники информации,.принятые во внимание при экспертизе 1. Блочное автоматизированное оборудование для добычи, сбора и подготовки нефти, газа и во 1 ы. ТНТО, серия Автоматизация и телемеханизация нефтегазовой промышленности. - , М.; ВНИИОЭНГ, 1974, с. 12 - 21;2. Автоматизация и телемеханизация нефтяной промышленности. РНТС. - М.:ВНИИОЭНГ,7, 1977, с. 9 - 1 (прототип).ь А. Назаойкас 4/5тнан, 4 Составител ная Техред А. Б Тираж 627 Государственного елам изобретений сква, Ж - 35, Рауш сПатенгэ, г. УжгороРедактор Т. ЗагребельЗаказ 2973/23ВНИИПИно113035, МФиляал ППП етоваКорректор Е. РошПодписное .СССРтнй митетаоткрыкав набул. П