30 Эксплуатация штанговых насосных установок в осложненных условиях
При эксплуатации скважины осложнения происходят вследствие:
1-поступления в нее песка из слабосцементированных пластов; 2-попадания в насос большого количества свободного газа;3-отложения парафиновых корок на стенках труб; 4-откачки нефти высокой вязкости и водонефтегазовых эмульсий, так как такие жидкости трудно извлекать в результате зависания колонны штанг с плунжером в высоковязкой среде;5-возникновения повышенных сил трения и истирания труб и муфтовых соединений штанг в искривленных и наклонных скважинах; 6-отложения солей в подъемных трубах.
Так как в скважину из пласта вместе с нефтью поступает песок, плунжер и цилиндр насоса быстро изнашиваются и возрастают утечки жидкости. Для предохранения насоса:
1-рыхлые пески цементируют смолами и специальными составами, которые,скрепляя песчинки, оставляют часть пор пласта свободными для фильтрации нефти, 2-в призабойной зоне устанавливают фильтры,3-на приеме насоса устанавливают якоря (песочные и газопесочные), отделяющиепесок от жидкости.
На рис.2.11 показана схема однокорпусного газового якоря. Жидкость в насос поступает через верхнее сечение корпуса 2 и далее направляется к отверстиям 5 в
Рис.2.11 Схема однокорпусного газового якоря Рис. 2.12 Схема песочного якоря
нижней части центральной трубки 3. Верхняя ее часть соединена с всасывающим клапаном 1. Газовые пузыри 4, выделяясь из жидкости, поднимаются по затрубному пространству, минуя насос. Изменение направления движения струи во время входа в якорь и потеря скорости при повороте способствуют интенсивной сепарации газа. Принцип действия песочного якоря (рис. 2.12) аналогичен газовому. Жидкость с песком попадает в якорь через трубку 1 и при повороте струи песок осаждается в нижней части корпуса 2. По мере накопления песка якорь с насосом извлекают на поверхность и очищают через заглушку 3. Песочные якоря можно использовать при незначительном выносе песка.
В скважинах, в продукции которых содержится много песка, применяют насосы с плунжером типа пескобрей и другие, способные откачивать жидкости, содержащие песок. Чтобы песок не оседал над плунжером, увеличивают скорость восходящего потока, направляя жидкость на поверхность не по трубам, а по узкому каналу полых (трубчатых) штанг, или же подливают жидкость (чистую нефть) в затрубное пространство. Насос откачивает жидкость (подливаемую сверху и поступающую из пласта), при этом увеличивается скорость ее подъема в трубах и песок не оседает в них. Для предотвращения отложений парафина:
1-используют трубы, внутренняя поверхность которых остеклована или покрыта эмалями, 2- парафин удаляют также с помощью периодических тепловых обработок (прогрев труб на поверхности и в скважине паром с помощью передвижных парогенераторов). трубы промывают органическими растворителями.
Значительно осложняют эксплуатацию скважин отложения солей на стенках труб, деталях насосов и другого подземного оборудования. Причины отложения солей:
1-обогащение нагнетаемой воды гипсом и ангидритом за счет выщелачивания их из скелета породы; 2-несовместимость нагнетаемых вод с пластовыми; 3-нарушение равновесия солевых растворов и выпадение из них твердых осадков в связи с термобарическими изменениями, которые происходят в системе при движении растворов в пласте или в скважине; 4-испарение части жидкости с соответствующим увеличением концентрации солей в воде выше их предельной растворимости при данных условиях
Наиболее эффективны методы борьбы с солеотложениями, основанные на предупреждении образования твердых осадков:
1-заводнение пласта жидкостью, совместимой с пластовой, которая, смешиваясь, не снижает предельную растворимость солей ниже концентрации начала кристаллообразования в ластовых условиях.2-ограничение притока вод,3-регулирование профилей приемистости и т. д.
31 Исследование скважин, оборудованных штанговыми насосными установками (Эхолот. Определение динамического уровня жидкости в скважине с помощью эхолота. Динамометрия ШСНУ. Динамограмма и ее интерпретация)
Исследование ШСНУ необходимо для изучения притока и построения индикаторной кривой, а также для изучения работы самого насоса и выявления причин низкого коэффициента подачи.
Изменение отбора жидкости ШСНУ достигается либо изменением хода полированного штока 5 перестановкой пальца шатуна на кривошипе, либо изменением числа качаний п сменой шкива на валу электродвигателя. В некоторых случаях отбор можно изменить сменой размера насоса (Р), однако эта операция сложнее, так как требует осуществления спуско-подъемных работ на скважине.
К косвенным методам исследования скважины на приток относится замер глубины динамического уровня жидкости в межтрубном пространстве, устанавливающегося при том или ином режиме откачки специальными приборами - эхолотами.
Эхолот
Эхолот работает следующим образом. В межтрубное пространство посылается звуковой импульс, который отражается от уровня жидкости, возвращается к устью скважины и улавливается микрофоном, соединенным через усилитель с регистрирующим устройством, записывающим все сигналы на бумажной ленте в виде диаграммы. Бумажная лента движется с помощью лентопротяжного механизма с постоянной скоростью. Измеряя расстояние между двумя пиками диаграммы, соответствующими начальному импульсу и отраженному от уровня, можно определить глубину этого уровня.
Поскольку звуковой сигнал проходит двойное расстояние от устья до уровня и обратно, то, если известна скорость распространения звуковой волны в газовой среде межтрубного пространства, глубина уровня может быть найдена из простого соотношения:
,
где S - глубина уровня; t = l / а - время от момента подачи импульса до прихода отраженного сигнала, который проходит за это время путь 2S; v - скорость звука в газовой среде межтрубного пространства; l - расстояние между двумя пиками диаграммы на бумажной ленте; а - скорость движения бумажной ленты.
Такой метод определения уровня жидкости имеет ряд недостатков.
Динамометрия ШСНУ
Снятие диаграммы нагрузки на полированный шток в зависимости от хода называется динамометрией ШСНУ. Она осуществляется силоизмерительным регистрирующим прибором - динамометром.
Сопоставление снятой на ШСНУ динамограммы с теоретической позволяет выяснить отклонения от нормальной работы установки в целом и дефекты в работе самого ШСН. Регулярное обследование ШСНУ является обязательным, так как позволяет своевременно предотвратить более серьезные осложнения. Ди-намограмма, кроме того, позволяет уточнить режим откачки и по возможности его улучшить.
Известны динамографы механические, гидравлические, электрические, электромагнитные, тензометрические и др. Однако наибольшее распространение получили гидравлические динамографы, в которых нагрузка на полированный шток передается
Рис. 10.12 Принципиальная схема гидравлического динамографа и его установки
между траверсами канатной подвески: 1 - шнур, 2 - шкив ходового вита, 3 - ходовой винт столика, 4 - направляющие салазки столика, 5 - бумажный бланк, прикрепляемый к столику, - перо геликсной пружины, 7 - геликсная пружина, 8 - капиллярная трубка, соединяющая геликсную пружину с полостью силоизмерительной камеры - 9, 10 - нажимной диск,
11 - верхний рычаг силоизмерителыюй части, 12 - нижний рычаг силоизмерительной части
через рычажную систему на упругую диафрагму камеры, заполненной жидкостью. Давление жидкости в камере, пропорциональное усилию в штоке, по капилляру передается геликсной пружине. При увеличении давления геликсная пружина разворачивается и поворачивает перо, которое чертит линию на бумажном бланке, закрепленном на подвижном столике или барабане.
Перемещение столика пропорционально ходу полированного штока. Таким образом, смещение пера, пропорциональное усилиям в штоке, соответствует оси ординат, а смещение столика, пропорциональное ходу штока, - оси абсцисс.
Месдоза, геликсная пружина с пером, столик и его приводной червячный механизм смонтированы вместе в виде компактного прибора. Стандартное оборудование ШСНУ предусматривает возможность установки динамографа в разъеме между траверсами канатной подвески. Приводной механизм столика или барабана с помощью шнура соединяется с неподвижной точкой - сальником устьевого оборудования.
При движении штока вверх шнур разматывается со специального шкива, который при этом поворачивается на несколько оборотов, вращая червячный ходовой винт, и перемещает столик. Одновременно при этом заводится спиральная возвратная пружина. При обратном ходе столик возвращается в исходное
положение с помощью возвратной пружины, вращающей червяк и шкив в обратном направлении. Шнур при этом наматывается на шкив, оставаясь в натянутом состоянии. К прибору придается три сменных шкива различного диаметра. Это позволяет получить три различных масштаба хода, обычно 1 : 15, 1 : 30 и 1 :45.
Динамограмма и ее интерпретация
Теоретическая динамограмма показана на рис. 10.13. На нее наложена (показана пунктиром) типичная фактическая динамо-грамма исправного насоса, спущенного на небольшую глубину и работающего в условиях отсутствия газа.
Линия аб означает деформацию штанг и труб и отражает процесс воспринятия штангами нагрузки от веса жидкости. Это происходит при перемещении штока на величину λ, начиная от н. м. т.
Линия бв - полезный ход плунжера, во время которого статическая нагрузка на шток равна весу штанг и жидкости.
Точка в соответствует верхней мертвой точке (в. м. т.). Линия вга - ходу вниз, при котором также штанги и трубы деформируются, но в обратном порядке, так как нагнетательный клапан открывается, штанги теряют при этом нагрузку и сокращаются, а трубы (всасывающий клапан закрывается) приобретают ее и удлиняются.
Реальная динамограмма всегда отличается от теоретической. Превышение пунктира над линией бв означает появление дополнительных нагрузок, связанных с инерцией системы и трением, этим же объясняется снижение пунктирной линии по отношению к линии га при ходе вниз.
Теоретическая динамограмма (сплошная линия), совмещенная с фактической
(пунктирная линия), нормально работающей штанговой насосной установки при малых глубинах
При пропуске в приемной части (всасывающий клапан) происходит обратное явление. Точки б и г смещаются влево. Утечки жидкости в приемной части раньше времени снимают подпор плунжера снизу и штанги воспринимают вес жидкости быстрее.
На динамограмме отражается вредное влияние газа, попадающего в ШСН. В этом случае переход от точки в к линии аг происходит плавно, что означает сжатие газа в цилиндре под плунжером.
Анализ и расшифровка сложных динамограмм связаны с необходимостью перехода от динамограммы, снятой на верхнем конце колонны штанг (полированный шток), к динамограмме, соответствующий нижнему концу колонны штанг. Это равносильно установке динамографа непосредственно над плунжером. Вообще тлкие диплмогрлфы были созданы, однако их использование связано с двукратным спуском и извлечением штанг
Рис 10 14 Отражение дефектов работы штангового насоса на динамограмме
а - пропуски в нагнетательной части, б - пропуски во всасывающей части, в - влияние газа,
г - низкая посадка плунжера, д - выход плунжера из цилиндра трубного насоса, е - удары плунжера о верхнюю ограничительную гайку вставного насоса и наноса из скважины и поэтому они не нашли практического применения.
Для подобной диагностики работы ШСНУ и получения глубинной динамограммы используют довольно сложную аналитическую обработку поверхностной динамограммы. При этом составляющие нагрузок, вызванные колебаниями колонны штанг и их упругими деформациями, рассчитывают и исключают при построении глубинной динамограммы. Поверхностная динамо-грамма Р(S) по точкам перестраивается в зависимость нагрузки от времени Р(t). Затем ординаты каждой точки зависимости Р(t] пересчитываются на соответствующие значения глубинной динамограммы.