Расчет технологических параметров работы скважин в режиме периодической откачки

Дебит скважины по жидкости

где - число циклов откачки.

Годовая добыча жидкости из скважин, работающих в режиме периодической откачки, равна

где ; Т_кал - календарное время года, дни;

t_p - время простоя скважины в подземном ремонте.

Анализ результатов эксплуатации малодебитных скважин НГДУ Чекмагушнефть и Уфанефть показал, что перевод скважин в режим периодической откачки приводит к увеличению меж­ремонтного периода работы, который описывается следующей зависимостью:

где М_п - межремонтный период работы скважины в режиме периодической откачки, сут; М_н - то же в непрерывном режиме,

Рис. 51. Зависимость суточного дебита скважины от теоретической подачи штанго­вой установки и числа циклов откачки:

1, 2, 3, 4 - соответственно длина ходов 0,3; 1,7; 3,0; 3,0 м и число двойных ходов 4; 6; 6; 12

сут; т - показатель, который определяется на основе статистической обработки опыта эксплуатации.

Рассмотрим пример расчета оптимального режима количества цикла работы установки при различных величинах теоретиче­ской подачи насоса. Расчет произведен для скважины со сле­дующими условиями эксплуатации: глубина скважины по стволу -1625,5 м; длина верхнего вертикального участка - 300 м; угол наклона ствола - 39,5 град; внутренний диаметр эксплуата­ционной колонны - 130 мм; пластовое давление - 5 МПа; коэф­фициент продуктивности - 0,008 м³/(сут*МПа); глубина под­вески насоса по стволу - 1396 м; диаметр штангового насоса -28 мм.

Анализ результатов расчета (рис. 51) показывает, что в зависимости от значения теоретической подачи насоса и числа

циклов откачки дебит скважины, работающей в режиме периоди­ческой откачки, может изменяться в самых широких пределах. Причем с увеличением теоретической подачи насоса возрастает интервал интенсивного прироста дебита скважины. Необходимо также отметить, что интенсивный прирост дебита скважины с увеличением числа циклов откачки имеет ограниченный предел, выше которого увеличение числа циклов дает незначительный прирост дебита. Для рассмотренного примера интенсивный прирост дебита достигается при изменении числа циклов от­качки от 0,4 до 4,0.

Таким образом, значения параметров технологического режима периодической откачки существенно влияют на дебит скважин.

Эффективность применения режима периодической откачки, как отмечено в работах А.С. Вирновского и А.Н. Адонина, в значительной степени зависит от точности регулирования и надежности средств управления откачкой.

Периодическая эксплуатация может быть осуществлена при помощи автомата, включающего и отключающего станок-качалку

через заданные промежутки времени. Первые программные реле времени для периодической откачки в нашей стране были выпу­щены в 50-х годах. Однако эта система не совершенна. Отсут­ствие реакции системы на изменение параметров пласта, призабойной зоны и состояния подземного оборудования приводит к снижению суточного дебита скважины и повышению себестоимости добычи нефти.

В дальнейшем, как у нас в стране, так и за рубежом, было разработано множество различных систем управления периоди­ческой откачкой. В основу этих устройств положен принцип регулирования продолжительности цикла накопления с исполь­зованием программного реле времени. Для регулирования вре­мени откачки используются различные датчики, замеряющие прямо или косвенно снижение уровня жидкости у приема насоса.

В 60-х годах в США появились устройства регулирования откачки, которые использовали ток двигателя как параметр для определения режима откачки. Они не получили широкого при­менения из-за сильного влияния колебания напряжения на ток, не связанного с изменением заполнения цилиндра насоса [29].

Первые регуляторные откачки, использующие нагрузку на штанги в качестве критерия для регулирования режима откачки, были предложены Г.М. Мининзоном. Однако динамографическое реле Г.М. Мининзона практически осуществлено не было.

А.С. Вирновский и П.А. Иванов разработали устройство, основанное на применении двух независимых друг от друга датчиков - силы и положения, контакты которых последо­вательно включались в одну и ту же электрическую цепь. Замыкание электрической цепи и отключение установки проис­ходит в момент одновременного замыкания контактов датчиков. На динамограмме это соответствует проходу пера воображаемого динамографа через заданную точку с координатами Р и S.

Установки этого типа прошли успешные промысловые испы­тания в НПУ им. 26 Бакинских комиссаров и на промыслах Ишимбайнефти. Широкое использование регуляторов откачки, использующих нагрузку на штанги в качестве критерия откачки, в США началось в 70-х годах.

В 1975 г. опытная система регулирования режима откачки была установлена на участке Денвер месторождения Уоссон [28]. Степень выбираемого уровня откачки произвольная. Концом периода откачки считается момент, когда цилиндр насоса заполнен на 85-90% жидкостью. По результатам, полу­ченным в ходе пробного испытания, регулирование режима откачки было распространено в 1978-1979 гг. на весь участок-.

Первоначальная логика, использованная на участке Денвер, интегрировала поверхностную динамограмму и определяла сте­пень откачки по уменьшению площади динамограммы. Уменьшение общей площади динамограммы и потребляемой энергии происходит при уменьшении заполнения цилиндра. Однако при этом в неко­торых частях динамограммы отражаются дополнительные затраты

энергии, а разница между полным заполнением и уменьшением заполнения цилиндра насоса на 10-15% - это небольшое умень­шение рабочей площади динамограммы, полому из-за неточ­ностей исходных данных трудно обнаружить конец периода от­качки. В связи с этим разработана логика, использующая только концевую часть динамограммы. Выбирается 25, 35 или 50% концевой части динамограммы для интегрирования. Изме­нение степени заполнения цилиндра вызывает пропорциональное изменение концевой части динамограммы. Поэтому данная логика позволяет успешно регулировать режим работы скважины.

Фирма "Шелл Уэстрон Е энд инк." установила за последние 12 лет устройства регулирования режима откачки в более чем 2500 скважинах, эксплуатируемых штанговыми насосами ъ Перм­ском бассейне [29J. Системы этой фирмы делятся на следующие основные категории: автономные аналоговые устройства, авто­номные блоки микропроцессора с произвольными возможностями связи с центральным компьютером и централизованной системой, где данные по скважине передаются к центральному компьютеру для принятия решений об регулировании режима откачки. Наи­более широко в Пермском бассейне распространены устройства регулирования, использующие автономные аналоговые блоки. Этот блок измеряет нагрузку на штангу с помощью тензометрического датчика, установленного на балансире станка-качалки. Здесь использован принцип регулирования, предло­женный А.С. Вирновским и П.А. Ивановым.

В последнее время на этом месторождении установлено не­сколько устройств, действие которых основано на измерении числа оборотов двигателя в минуту. Остановка скважины про­исходит, когда средняя мощность падает ниже предварительно установленного значения, Преимущество регулятора этого типа заключается в том, что у него нет кабеля, тензометрического датчика, прикрепленных к движущейся части насосной уста­новки.

Преимущество периодического режима откачки заключается в увеличении добычи, снижении потребления энергии и затрат на эксплуатацию.

Эффект периодического режима откачки был изучен в 140 скважинах на четырех различных нефтедобывающих участках [29]. Повреждения штанг; насосов, время работы оборудования и добыча сравнивали за один год до и после установки регу­ляторов режима откачки.

Число неполадок штанг уменьшилось на 39%, а смены насо­са - на 19%, время работы оборудования сократилось на 23,5%, добыча увеличилась на 3%. Испытания показали, что исполь­зование энергии снижается непропорционально времени работы оборудования. Снижение потребления энергии составляет около 90% от снижения времени работы оборудования. Уменьшение времени работы оборудования на 23,5% означает снижение энергетических затрат примерно на 20%.