Подсистема диагностики работы нефтяных скважин со штанговым глубинным насосом
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность
Сегодня значительная часть запасов легкой нефти состоит из малодебитных скважин и скважин с различными трудностями добычи, такими как большие потери воды, закупорка песком, высокая вязкость или температура бурового раствора, отложения солей и парафинов. В категорию низкодебитных скважин допустимо отнести значительную долю глубинно-насосного фонда на месторождениях России. Даже на высокопродуктивных месторождениях примерно 20–30 % фонда добывающих скважин относится к низкодебитным. Для таких скважин характерна эксплуатация с помощью установок штанговых глубинных насосов (УШГН), которые включают в себя следующие основные узлы: штанговый глубинный насос (ШГН), станок-качалку (СК) и электродвигатель. Этот способ насосной эксплуатации представляется наиболее распространенным, в наше время более 40 % всего скважинного фонда оснащено такими установками.
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 4
Актуальность 4
Научная новизна 5
Теоретическая значимость работы 6
Способология и способы исследования 7
Структура и объем работы 7
1 ОБЗОР СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ РАЗРАБОТКИ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ УСТАНОВКАМИ ШТАНГОВЫХ ГЛУБИННЫХ 7
1.1Описание объекта управления 8
1.2 Обзор способов диагностики неисправностей установки штангового глубинного насоса 12
1.2.1 Способы диагностики неисправностей наземного оборудования 13
1.2.2 Способы диагностики неисправностей штангового глубинного насоса 15
1.3 Обзор способов регулирования подачи УШГН 21
1.3.1 Способы, основанные на регулировании давления 22
1.3.2 Способы, основанные на регулировании динамического уровня 22
1.3.3 Способы, основанные на регулировании объема откачиваемой
жидкости 29
1.4 Основные выводы по разделу 1 34
2 ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ 36
2.1 Имитационная модель подсистемы «продуктивный пласт – скважина» 37
2.2 Имитационная модель штангового глубинного насоса 42
2.3 Имитационная модель станка-качалки 46
2.4 Имитационная модель объекта управления 50
2.5 Основные выводы по разделу 2 51
3 СПОСОБЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПОДАЧИ УШГН И ДИАГНОСТИКИ ШГН ПОСРЕДСТВОМ АНАЛИЗА СИГНАЛА ПОТРЕБЛЯЕМОЙ 53
3.1 Способ регулирования подачи УШГН, основанный на
поддержании оптимального динамического уровня в затрубном пространстве нефтяной скважины посредством анализа сигнала потребляемой электроприводом 53
3.1.1 Определение оптимального динамического уровня жидкости в затрубном пространстве нефтяной скважины 55
3.1.2 Подбор скорости откачивания, соответствующей скорости притока скважинной жидкости 60
3.1.3 Поддержание оптимального динамического уровня жидкости 62
3.2 Моделирование неисправностей штангового глубинного насоса и анализ их
влияния на форму сигнала потребляемой электроприводом 64
3.2.1 Обрыв и отворот штанг 66
3.2.2 Попадание газа в цлибондр насоса 67
3.2.3 Образование эмульсии, запарафинивание 68
3.2.4 Удар плунжера о приемный клапан, удар плунжера о верхнюю ограничительную гайку вставного насоса 69
3.2.5 Потеря в приемном либо нагнетательном клапане 71
3.2.6 Изменение положения динамического уровня жидкости 72
3.3 Алгоритм диагностики неисправностей штангового глубинного
насоса посредством обработки сигнала потребляемой электроприводом мощности 74
3.4 Основные выводы по разделу 3 78
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 80
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ВЕЛИЧИН 82
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 83
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫИвановский В.Н. Повышение интереса к штанговым насосным установкам – в чем причина? / В.Н. Ивановский // Территория Нефтегаз. – 2013. –
№ 8. – С. 48–49.
Череповицын А.Е. Исследование инновационного потенциала нефтегазовой компании на разных стадиях эксплуатации месторождений / А.Е. Череповицын, А. Краславски // Записки Горного института. – 2016. – Т. 222. – С. 892–902.
Контроллеры автоматизации установок штанговых глубинных насосов / М.И. Хакимьянов, В.Д. Ковшов, А.М. Чикишев, Н.С. Максимов, А.И. Почуев // Электронный журнал «Нефтегазовое дело». – 2007. – 20 с. – URL: http://www.ogbus.ru/authors/Hakimyanov/Hakimyanov_3.pdf.
Сравнительный анализ воздопустимостей отечественных и импортных систем автоматизации скважин, эксплуатируемых ШГН / М.И. Хакимьянов, С.В. Светлакова, Б.В. Гузеев, Я.Ю. Соловьев, И.В. Музалев // Нефтегазовое дело: электрон. науч. журн. – 2008. – URL: http://www.ogbus.ru/authors/Hakimyanov/ Hakimyanov_4.pdf.
Хакимьянов М.И. Современные станции управления скважинными штанговыми глубинно-насосными установками / М.И. Хакимьянов // Нефтегазовое дело. – 2014. – № 12-1. – С. 78–85.
Отчет о прикладных научных исследованиях «Исследование и разработка интеллектуальной системы управления штанговым глубинным насосом для поддержания оптимального динамического уровня жидкости в нефтяной скважине» по теме: «Выбор направлений исследований, поставленных перед ПНИ задач» (промежуточный). Этап первый. ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014–2020 годы», Соглашение о предоставлении субсидии от 26 сентября 2017 г. – № 14.574.21.0157.
Каешков И.С. Технология промыслово-геофизического контроля в условиях изменяющихся во времени параметров нефтегазовых пластов: дис. … канд. техн. наук / Каешков Илья Сергеевич. – М., 2014. – 136 с.
Аливердизаде К.С. Балансирные индивидуальные приводы глубинно- насосной установки: учеб. пособие / К.С. Аливердизаде. – М.: ГН
Существенную погрешность в получаемую взаимосвязь также вносит ее экстраполирование до нулевой скорости, поскольку при снижении скорости оборотов двигателя ниже определенного уровня происходит резкое снижение его КПД.
Таким образом, для проектирования систем управления УШГН, обладающих высокой эффективностью и низкой стоимостью, необходима разработка способа регулирования подачи УШГН, основанного на поддержании оптимального динамического уровня без необходимости его измерения.
Основные выводы по разделу 1Система управления установкой штангового глубинного насоса реализует две основные задачи: регулирование подачи и диагностику оборудования. Для разработки способов управления и диагностики необходима имитационная модель объекта управления, учитывающая параметры скважины и пласта.
Объект управления представляет собой сложную динамическую систему