§ 4. Исследование скважин

Как уже упоминалось, 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.

Манометры (малогабаритные) спускают в кольцевой зазор между насосно-компрессорными трубами и обсадной колонной на проволоке через отверстие в эксцентричной планшайбе, ко­торая позволяет подвесить трубы со смещением от центра сква­жины для увеличения проходного сечения межтрубного про­странства. Используют также специальные манометры, кото­рые устанавливают ниже насоса. Передача его показаний на поверхность осуществляется по кабелю. Эти манометры дороги, они извлекаются из скважин лишь при подъеме насоса. По­этому применяются обычно для специальных исследований. Спуск манометра в кольцевое пространство иногда заканчива­ется заклиниванием его в местах контакта НКТ с обсадными трубами. Поэтому скважины, оборудованные штанговыми на­сосами, часто исследуют с помощью эхолота — прибора, с по­мощью которого измеряют уровни в скважине (статические и динамические). По положению уровней и по известной плотно­сти жидкости в скважине определяют пластовое и забойное давления.

На рис. VIII.6 приведена принципиальная схема эхометри-ческой установки. Звуковая волна, создаваемая пневматической или пороховой хлопушкой, отраженная от уровня жидкости, улавливается микрофоном У, соединенным через усилитель 2 с регистрирующим прибором. Прибор состоит из перописца З_у ленты 5 и лентопротяжного механизма 4, создающего постоян­ную скорость v движения ленты (50 или 100 мм/с). Глубину положения уровня определяют по скорости и времени распро­странения звука в скважине. 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 %. Скорость рас­пространения звуковой волны

v = 2///,

где / — глубина установки репера; / — время прохождения волны от устья до репера и обратно, определяемое как част-

ное от деления длины L_P ленты между устьем и репером (рис. VII 1.7) на известную скорость движения ленты. Насстоя-ние уровня жидкости в скважине от устья

_тг vT | Т , Lp

4i =— = / -—; t=—Ј->

2 t v

где и-—скорость движения ленты; Т — время прохождения волны до уровня жидкости и обратно (T = L/v).

Для контроля за работой насосной установки используют динамографы различных конструкций и принципов действия. На рис VIII 8 приведена схема гидравлического динамографа, с помощью которого измеряют нагрузки на головку балансира (на устьевой шток) в зависимости от длины хода плунжера. Прибор устанавливают в канатную подвеску так что ее тра­версы сжимают рычаг 10 и мессдозу 9, в полости 8 которой на­грузка трансформируется в давление жидкости, передаваемое

Рис. VII1.8. Схема устройства, гидравли­ческого динамографа

$ Рис. VII 1.9. Теоретическая динамограмма

на геликсную пружину 7. При этом перо 6 чертит на бланке график нагрузки. Диаграмма нагрузок записывается в тече­ние одного цикла (ход вверх и вниз). Подвижный столик 5 с бланком передвигается по направляющим 4, так как при подъеме динамографа вверх нить/, прикрепленная одним кон­цом к неподвижной части устьевого оборудования, свивается со шкива 2, заставляя его вращаться вместе с ходовым винтом 3. Последний приводит в движение ходовую гайку (не показана на рисунке). Во время вращения винта вместе с гайкой пере­двигается и прикрепленный к ней столик. Так на диаграмме в определенном масштабе записывается длина хода устьевого штока. В полости винта при перемещении прибора вверх воз­вратная пружина закручивается, а при перемещении вниз рас­кручивается и возвращает столик в первоначальное по­ложение.

Динамограф предварительно тарируют (для определения масштаба записей длины хода и нагрузок). На рис. VIII.9 по­казана теоретическая динамограмма. По оси ординат отложена нагрузка Р на штанги, а по оси абсцисс — длина хода плун­жера S. Точка А соответствует началу хода устьевого штока вверх, отрезок АБ — восприятию нагрузки от веса жидкости после закрытия нагнетательного клапана. Отрезок 6Б характе­ризует потери 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 гГ). В интервале ГА (ход плун­жера вниз) нагрузка Р_вн равна весу штанг в жидкости, а при ходе вверх Р_Вв — весу штанг и весу жидкости над плун-

Теоретическую динамограмму можно построить расчетным путем с помощью формул (VIII.4) и (VIII.6) —динамические силы, силы трения и инерции обычно не учитывают. Фактическая динамограмма вследствие влияния различных видов дефектов насоса и всей установки в той или иной мере отличается от тео­ретической. По характеру этих искажении судят о намечаю­щихся или уже случившихся отклонениях от нормы в различ­ных узлах установки. На рис. VIII. 10 приведены фактические динамограммы штанговых насосных установок, на которых указаны наиболее часто встречающиеся дефекты. В качестве примера рассмотрим подробнее диаграмму рис. VIII. 10, д ма-лодебитной скважины. В правой ее части вверху прочерчен «га­зовый носик», характерный для установок, в которых на работу насоса влияет газ.. Видим, что в начале хода плунжера вниз некоторое время сохраняется высокая нагрузка, действующая на головку балансира. Это происходит вследствие попадания в цилиндр насоса газа низкого давления, и пока он сжимается плунжером, нагрузка на штанги остается высокой. Кроме гид­

Рис. VII1.10. Практические линамограммы штанговых насосных установок

Эксплуатация насоса: а — нормальная; дефекты; б — периодический срыв подачи пла­стовым газом высокого давления; в — полуфонтанный способ эксплуатации скважин; г — утечки в нагнетательном клапане; д — подача насоса больше притока жидкости ИЗ залежи; с — полный выход из строя нагнетательного клапана; ж — утечки в нагне­тательном клапане; з — полный выход из строя всасывающего клапана; цифры озна­чают порядок записи диаграмм

равлических динамографов применяют и другие его виды (ме­ханические, электрические и динамографы с дистанционным телединамометрированием).