способ оптимального управления штанговой глубинно-насосной установкой нефтяной скважины

Формула изобретения

Способ оптимального управления штанговой глубинно-насосной установкой нефтяной скважины, включающий контроль изменений усилий в точке подвеса колонны насосных штанг и положения полированного штока, выявление признака незаполнения насоса и определение динамического уровня жидкости в стволе скважины по разности значений усилий в крайнем верхнем и нижнем положениях хода штока, поддержание заданного динамического уровня жидкости за счет периодического отключения установки с автоматически регулируемой длительностью паузы, отличающийся тем, что дополнительно после выявления признака незаполнения насоса вводят уставку на степень незаполнения, осуществляют контроль степени незаполнения и при наличии отклонения текущего незаполнения от уставки корректируют заданный динамический уровень в соответствии с допустимым незаполнением.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при управлении работой нефтяных скважин, оборудованных штанговыми глубинно-насосными установками.

Известен способ управления глубинно-насосной установкой нефтяных скважин, включающий контроль изменения усилий в точке подвеса колонны насосных штанг, задание уставки динамического уровня жидкости в стволе скважины выше уровня приема насоса, приложение дополнительных усилий и отключение установки на момент их приложения в случае снижения динамического уровня ниже заданного (СССР, а.с. 1121401, МКИ 5 Е 21 В 43/00, 1984). Однако такой способ сложен в реализации и настройке в эксплуатации.

Более близким к данному изобретению является способ управления глубинно-насосной установкой, предусматривающий предварительное обследование скважины с нахождением параметров, соответствующих максимальной производительности скважины, заключающийся в реализации алгоритма вывода ее на динамический уровень с признаком незаполнения насоса и автоматическое регулирование найденного оптимального уровня за счет периодического отключения установки с регулируемой длительностью (патент РФ №2163658, Е 21 В 43/00, 2001. Способ оптимального управления штанговой глубинно-насосной установкой нефтяной скважины).

Недостатком данного способа является отсутствие постоянного упреждающего контроля степени незаполнения насоса (только оперативное выявление признака незаполнения насоса), что при выбранном способе задания динамического уровня может привести к неэффективной работе установки. Также недостатком является необходимость периодического проведения цикла тестирования скважины, что приводит к потерям времени и снижению общей производительности.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении производительности штанговой глубинно-насосной установки и сокращении эксплуатационных расходов за счет повышения показателей надежности установки.

Поставленная задача решается за счет того, что в известный способ оптимального управления штанговой глубинно-насосной установкой нефтяной скважины, включающий контроль изменений усилий в точке подвеса колонны насосных штанг и положения полированного штока, выявление признака незаполнения насоса и определение динамического уровня жидкости в стволе скважины по разности значений усилий в крайнем верхнем и нижнем положениях хода штока, поддержание заданного динамического уровня жидкости за счет периодического отключения установки с автоматически регулируемой длительностью паузы, дополнительно после выявления признака незаполнения насоса вводят уставку на степень незаполнения, осуществляют контроль степени незаполнения и при наличии отклонения текущего незаполнения от уставки корректируют заданный динамический уровень в соответствии с допустимым незаполнением.

Способ поясняется чертежом, где изображена функциональная схема реализации изобретения.

Схема представляет собой алгоритм функционирования управляющего контроллера, который содержит блок слежения за положением штока 1, блок слежения за усилием на штоке 2, блок расчета незаполнения насоса 3, блок расчета динамического уровня 4, регулятор степени незаполнения 5, регулятор динамического уровня 6, блок формирования цикла периодической откачки жидкости 7, таймер 8 и блок управления двигателем 9.

Способ реализуется следующим образом. При работе глубинно-насосной установки нефтяной скважины в режиме качания блок слежения 1 осуществляет определение крайнего верхнего и крайнего нижнего положений полированного штока по сигналу S от датчика положения (не показан). В моменты прохождения штоком указанных точек в блоке 1 формируется сигнал Sз на запоминание усилия в блоке 2 в соответствии с принятым методом контроля усилий на штоке в крайних положениях на основании сигнала Р от датчика усилия. Блок 2 формирует среднее усилие на штоке в верхнем и нижнем положениях Рв ср. и Рн ср., которые поступают на блок 4 расчета динамического уровня жидкости в скважине по вышеприведенной формуле. Выходом данного блока является текущий расчетный уровень Н. Сигналы от датчиков положения S и усилия Р поступают также на блок расчета возможного незаполнения насоса 3. В данном блоке на основе анализа текущих положений и усилий на цикле качания формируется сигнал С, характеризующий степень незаполнения насоса, поступающий на регулятор незаполнения 5. В регуляторе незаполнения сигнал С сравнивается с максимально допустимой степенью незаполнения насоса и рассчитывается соответствующий уровень жидкости Hmin. Сигнал допустимого минимального уровня Hmin поступает на регулятор уровня 6, где сравнивается с заданным уровнем Нуст и реальным Н. В случае, если минимальный уровень меньше заданного, регулирование ведется по заданному уровню Нуст, иначе - по минимально допустимому Hmin. Выходом регулятора является сигнал Тр/Тц, определяющий относительную продолжительность времени откачки жидкости на заданном периоде, который поступает в блок формирования цикла откачки 7. В блоке 7 на основании сигнала Тр/Тц, сигнала заданной продолжительности цикла качания Тц уст. и сигнала от таймера 8 формируются команды пуска и останова двигателя, поступающие на блок управления приводом 9.

Определение расчетного незаполнения насоса и динамического уровня жидкости в стволе скважины производят на каждом цикле качания, что позволяет снизить влияние вычислительного запаздывания на качество работы автоматического регулятора незаполнения 5 и автоматического регулятора уровня 6.

Технический результат, получаемый от реализации способа по изобретению, состоит в осуществлении постоянной работы установки с динамическим уровнем, обеспечивающим оптимальную производительность скважины при одновременном повышении надежности работы оборудования за счет постоянного упреждающего контроля и регулирования степени незаполнения насоса.