Лекция 12: Исследование глубинно-насосных скважин и динамометрирование скважинных насосных установок

Контроль за работой глубинно-насосных скважин осуществляется глубинными исследованиями, динамометрированием скважин, отбором проб добываемой продукции. Исследования проводят при установившихся режимах с целью получения индикаторной линии и установления зависимости дебита от режимных параметров установки. По результатам исследований определяют параметры пласта и устанавливают режим работы скважины.

Теоретические основы гидродинамических исследований скважин независимы от способа их эксплуатации. Технология исследований зависит от этого. Забойное давление можно определить либо с помощью глубинных манометров, либо по уровню жидкости с помощью эхолота.

Малогабаритные скважинные манометры диаметром 22 25 мм спускают в кольцевой зазор между НКТ и обсадной колонной на проволоке через отверстия в эксцентричной планшайбе, которая позволяет подвесить трубы со смещением от центра скважины для увеличения проходного сечения межтрубного пространства. В глубоких и искривленных скважинах возможны прихваты и обрывы проволоки.

Для специальных исследований используются лифтовые скважинные манометры, спускаемые на НКТ.

Часто скважины, оборудованные ШСН, исследуют с помощью эхолота-прибора для замера уровня в скважине. По положению уровней и по известной плотности жидкости в скважине определяют пластовое и забойное давление. Суть процесса измерения-эхометрии в следующем. В трубное пространство с помощью датчика импульса звуковой волны (пороховой хлопушки) посылается звуковой импульс. Звуковая волна, пройдя по стволу скважины, отражается от уровня жидкости, возвращается к устью скважины и улавливается кварцевым чувствительным микрофоном. Микрофон соединен через усилитель с регистрирующим устройством, которое записывает все сигналы (исходный и отраженный) на бумажной ленте в виде диаграммы (рис. 11.1).

Лента перемещается с помощью лентопротяжного механизма с постоянной скоростью. Для измерения скорости звука, недалеко от уровня жидкости на известном расстоянии от устья, на трубах устанавливают репер-патрубок, подвешенный на муфте одной из труб и перекрывающий кольцевой зазор между обсадными и насосными трубами на 60 65 %.

Рис. 11.1. Эхограмма

Для целей исследования дебит скважины можно менять либо изменением длины хода штока (изменением места сочленения шатуна с кривошипом перестановкой пальца шатуна на кривошипе), либо изменением числа качаний (смена диаметра шкива на валу электродвигателя привода СК).

Динамометрирование установок

Диаграмму нагрузки на устьевой шток в зависимости от его хода называют динамограммой, а ее снятие – динамометрированием ШСНУ. В наиболее распространенном гидравлическом динамографе типа ГДМ-3 (рис. 11.2) действующая на шток нагрузка передается через рычаговую систему на мембрану камеры 9, заполненную жидкостью (спиртом или водой), где создается повышенное давление. Давление жидкости в камере, пропорциональное нагрузке на шток, передается по капиллярной трубе 8 на геликсную пружину 7. При увеличении давления геликсная пружина разворачивается, а перо 6, прикрепленное к ее свободному концу, чертит линию на бумажном диаграммном бланке 5. Бланк закреплен на подвижном столике, который с помощью приводного механизма перемещается пропорционально ходу устьевого штока. В результате получается развертка нагрузки в зависимости от длины хода . Для снятия динамограммы измерительную часть динамографа (месдозу и рычаг) вставляют между траверсами канатной подвески штанг, а нить 1 приводного механизма самописца прикрепляют к неподвижной точке (устьевому сальнику). Масштаб хода изменяют сменой диаметра шкива 2 самописца (1:15, 1:30, 1:45), а усилия – перестановкой опоры месдозы и рычага.

Динамограф предварительно тарируют. На рис. 11.3 показана теоретическая динамограмма.

Точка А – начало хода устьевого штока вверх АБ – восприятие нагрузки от веса жидкости после закрытия нагнетательного клапана. Отрезок бБ – потеря хода плунжера в результате удлинения штанг и сокращения труб, отрезок БВ соответствует ходу плунжера вверх. При обратном ходе штока линия ВГ отображает разгрузку штанг от веса жидкости (трубы растянулись, а штанги сократились на длину отрезка П). В интервале ГА (ход плунжера вниз) нагрузка равна весу штанг в жидкости, а при ходе вверх – весу штанг и весу жидкости над плунжером.

Рис. 11.2. Принципиальная схема гидравлического динамографа и его установки между траверсами канатной подвески: 1 – нить приводного механизма; 2 – шкив ходового винта; 3 – ходовой винт столика; 4 – направляющие салазки столика; 5 – бумажный бланк; 6 – пишущее перо геликсной пружины; 7 – геликсная пружина; 8 – капиллярная трубка; 9 – силоизмерительная камера; 10 – нажимной диск; 11 – месдоза (верхний рычаг силоизмерительной части); 12 – рычаг (нижний) силоизмерительной части

Рис. 11.3. Теоретическая динамограмма ШСН

Фактическая динамограмма отличается от теоретической и ее изучение позволяет определить максимальную и минимальную нагрузки, длины хода штока и плунжера, уяснить динамические процессы в колонне штанг, выявить ряд дефектов и неполадок в работе ШСВУ и насоса (рис. 11.4).

Рис. 11.4. Практические динамограммы работы ШСН: а – нормальная тихоходная работа; б – влияние газа; в – превышение подачи насоса над притоком в скважину; г – низкая посадка плунжера; д – выход плунжера из цилиндра невставного насоса; е – удары плунжера о верхнюю ограничительную гайку вставного насоса; ж – утечки в нагнетательной части; и – полный выход из строя нагнетательной части; к – полный выход из строя всасывающей части; л – полуфонтанный характер работы насоса; м – обрыв штанг (пунктиром показаны линии теоретической динамограммы); з – утечки во всасывающей части

В настоящее время находят широкое применение электронные средства контроля и диагностики нефтедобывающих скважин. Например, томское научно-производственное и внедренческое общество СИАМ разработало и наладило выпуск электронных динамографов серии СИДДОС и уровнемеров серии СУДОС с применением современной компьютерной техники и программного обеспечения.