способ измерения производительности объемного погружного насоса и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ измерения производительности объемного погружного насоса, содержащего поршневой гидропривод рабочего органа и погружной электродвигатель с датчиком тока, заключающийся в том, что численное значение объема жидкой среды, выкачиваемой объемным погружным насосом за один рабочий ход, умножают на количество двойных ходов рабочего органа объемного погружного насоса, которое с помощью датчика тока в цепи питания электродвигателя определяют путем подсчета скачков тока в момент изменения направления возвратно-поступательного движения поршня гидропривода, и полученную информацию передают на компьютер диспетчерского центра, или на последний передают информацию о количестве двойных ходов рабочего органа насоса, которое на компьютере диспетчерского центра пересчитывают в объем откаченной объемным погружным насосом жидкой среды из скважины путем умножения на значение объема жидкой среды, выкачиваемой объемным погружным насосом за один рабочий ход, для чего на компьютере устанавливают соответствующую программу.

2. Устройство для измерения производительности объемного погружного насоса, установленного в скважине на колонне насосно-компрессорных труб, содержащее поршневой гидропривод рабочего органа, погружной электродвигатель с датчиком тока в цепи его питания, устройством определения скачков тока в моменты изменения направления возвратно-поступательного движения поршня гидропривода и устройством пересчета числа ходов рабочего органа в объем откаченной из скважины объемным погружным насосом жидкой среды, подключенным к каналу передачи данных на компьютер диспетчерского центра, или устройство определения скачков тока в моменты изменения направления возвратно-поступательного движения поршня гидропривода выполнено со счетчиком двойных ходов рабочего органа объемного погружного насоса и подключено к каналу передачи данных на компьютер диспетчерского центра, а устройство пересчета числа двойных ходов рабочего органа насоса в объем откаченной из скважины объемным погружным насосом жидкой среды выполнено в виде установленной на компьютере диспетчерского центра соответствующей программы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области эксплуатации скважин, оснащенных глубинными насосными объемными, в частности поршневыми или диафрагменными, установками.

Известен способ определения дебита скважины на групповых замерных установках путем измерения и суммирования дискретных порций жидкости за определенный отрезок времени (см., например, Блочное автоматизированное оборудование для добычи, сбора и подготовки нефти, газа и воды, ТНТО, серия «Автоматизация и телемеханизация нефтегазовой промышленности, Москва, ВНИИОЭНГ, 1974, с.12-21).

Однако результаты измерений при постоянных режимах работы носят нестабильный характер, так как на них влияют параметры добываемой жидкости, а также состояние замерного оборудования.

Известен способ измерения дебита скважины, основанный на контроле мощности, потребляемой электродвигателем привода глубинно-насосной поршневой установки (см., например, Автоматизация и телемеханизация нефтяной промышленности, РНТС, Москва, ВНИИОЭНГ, 1977, № 7, с.9-11).

Сущность данного способа заключается в том, что потребляемую электродвигателем мощность интегрируют за время работы установки, пропорциональное определенному дебиту жидкости из скважины, и в конце интегрирования вырабатывают импульс. После этого процесс интегрирования повторяется заново. О добытой жидкости судят по количеству импульсов на суммирующем счетчике, умноженных на масштабный коэффициент.

Из этого же источника информации известно устройство для осуществления способа измерения дебита скважины, содержащее статический преобразователь мощности и суммирующий счетчик.

К недостатку данного способа и устройства для его осуществления следует отнести то, что дебит скважины определяют по суммарной за весь период измерения потребляемой электродвигателем мощности. При контроле данным способом снижается точность измерения, так как потребляемая электродвигателем мощность даже между циклами качания может оставаться нестабильной из-за наличия утечки жидкости через клапаны насоса или плохой пригонки плунжера насоса, колебаний штанговой колонны, нестабильного заполнения рабочего цилиндра насоса и ряда других факторов.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ измерения производительности скважины, согласно которому сравнивают функцию потребляемой электродвигателем мощности за каждый ход плунжера насоса с линейно убывающей функцией времени, фиксируют их значения в момент совпадения, по которым определяют коэффициент заполнения цилиндра насоса и коэффициент утечки, после чего производят их алгебраическое суммирование с последующим определением суммы полученных значений коэффициентов подачи за заданный промежуток времени, по которой судят о количестве добытой из скважины среды (см. авторское свидетельство SU № 836346, кл. Е21В 47/00, 07.06.1981).

Из этого же авторского свидетельства известно устройство для осуществления способа измерения производительности скважины, содержащее генератор линейно падающего напряжения, генератор линейно растущего напряжения, нуль-орган, переключатель, две схемы сравнения, два преобразователя, задатчик и реверсивный счетчик.

Однако данный способ измерения производительности скважины и устройство для его осуществления могут быть использованы только для измерения производительности на скважинах, оборудованных объемными плунжерными насосами - станками-качалками со штанговым приводом, что сужает область его использования.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание способа измерения производительности с использованием (любого) объемного (плунжерного или диафрагменного) погружного насоса, оснащенного электрогидроприводным устройством. Технический результат, достигаемый от реализации изобретения, заключается в точном определении производительности объемного погружного насоса каждой скважины с возможностью получения информации о работе каждой скважины в реальном времени на центральном диспетчерском центре.

Указанная задача решается, а технический результат достигается в части способа, как объекта изобретения, за счет того, что способ измерения производительности объемного погружного насоса, содержащего поршневой гидропривод рабочего органа и погружной электродвигатель с датчиком тока, заключается в том, что численное значение объема жидкой среды, выкачиваемой объемным погружным насосом за один рабочий ход, умножают на количество двойных ходов рабочего органа объемного погружного насоса, которое с помощью датчика тока в цепи питания электродвигателя определяют путем подсчета скачков тока в момент изменения направления возвратно-поступательного движения поршня гидропривода, и полученную информацию передают на компьютер диспетчерского центра, или на последний передают информацию о количестве двойных ходов рабочего органа насоса, которое на компьютере диспетчерского центра пересчитывают в объем откаченной объемным погружным насосом жидкой среды из скважины путем умножения на значение объема жидкой среды, выкачиваемой объемным погружным насосом за один рабочий ход, для чего на компьютере устанавливают соответствующую программу.

В части устройства как объекта изобретения указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что устройство для измерения производительности объемного погружного насоса, установленного в скважине на колонне насосно-компрессорных труб, содержит поршневой гидропривод рабочего органа, погружной электродвигатель с датчиком тока в цепи его питания, устройством определения скачков тока в моменты изменения направления возвратно-поступательного движения поршня гидропривода и устройством пересчета числа ходов рабочего органа в объем откаченной из скважины объемным погружным насосом жидкой среды, подключенным к каналу передачи данных на компьютер диспетчерского центра, или устройство определения скачков тока в моменты изменения направления возвратно-поступательного движения поршня гидропривода выполнено со счетчиком двойных ходов рабочего органа объемного погружного насоса и подключено к каналу передачи данных на компьютер диспетчерского центра, а устройство пересчета числа двойных ходов рабочего органа насоса в объем откаченной из скважины объемным погружным насосом жидкой среды выполнено в виде установленной на компьютере диспетчерского центра соответствующей программы.

В ходе проведенного анализа работы электроприводного погружного насосного агрегата была выявлена наиболее характерная для работы объемного погружного насоса контролируемая величина работы электроприводного погружного насоса, которая может быть использована для точного учета производительности объемного погружного насоса, а следовательно, и количества добытой из скважины среды. Было выявлено, что момент перехода рабочего органа гидропривода объемного погружного насоса из состояния «рабочий ход» в состояние «обратный ход» и наоборот достаточно точно фиксируется по характерным импульсам (скачкам) тока в электрической цепи погружного электродвигателя. Зная численное значение объема жидкой среды, выкачиваемой объемным погружным насосом за один рабочий ход, достаточно умножить эту величину на количество двойных ходов рабочего органа погружного объемного насоса, которое определяют по скачкам тока в момент изменения направления возвратно-поступательного движения поршня гидропривода, чтобы получить величину производительности объемного погружного насоса, а следовательно, и дебита скважины (количества добытой из скважины жидкой среды).

Численное значение объема жидкой среды, выкачиваемой объемным погружным насосом за один рабочий ход, может быть определено расчетным путем по численному значению объема рабочей полости электрогидроприводного устройства за вычетом объемных потерь при перемещении входных и выходных клапанов гидроприводного устройства, а также практическим замером.

Принимая во внимание, что полученная информация выражается в виде электрических импульсов, она может быть легко пересчитана в производительность объемного погружного насоса и объем добытой из скважины жидкой среды и по каналу передачи данных сразу же передана на компьютер диспетчерского центра, что позволяет в реальном времени вести постоянный контроль за работой каждой скважины из диспетчерского центра.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства для осуществления способа измерения дебита скважины (второй вариант).

Устройство для измерения производительности объемного погружного насоса содержит установленные в скважине на колонне насосно-компрессорных труб объемный погружной насос 1 с гидроприводом, рабочий орган которого соединен с рабочим органом объемного погружного насоса 1, и погружным электродвигателем 2, снабженным датчиком тока 3 в цепи его питания и устройством определения скачков тока в моменты изменения направления возвратно-поступательного движения поршня гидропривода погружного насоса 1, а также канал передачи данных на компьютер 4 диспетчерского центра.

При этом возможны два альтернативных варианта выполнения устройства.

В соответствии с первым вариантом выполнения датчик 3 тока выполнен с устройством определения скачков тока в моменты изменения направления возвратно-поступательного движения поршня гидропривода и устройством пересчета (не показано на чертеже) числа ходов рабочего органа в объем откаченной из скважины объемным погружным насосом жидкой среды, подключенным к каналу 4 передачи данных на компьютер 5 диспетчерского центра.

В соответствии со вторым вариантом датчик 3 тока выполнен с устройством определения скачков тока в моменты изменения направления возвратно-поступательного движения поршня гидропривода и со счетчиком 6 двойных ходов рабочего органа объемного погружного насоса 1, подключенным к каналу 4 передачи данных на компьютер 5 диспетчерского центра, а устройство пересчета числа двойных ходов рабочего органа насоса в объем откаченной из скважины объемным погружным насосом 1 жидкой среды выполнено в виде установленной на компьютере 5 диспетчерского центра соответствующей программы.

В соответствии со способом измерения производительности объемного погружного насоса в скважине устанавливают объемный погружной насос 1 с гидроприводом рабочего органа объемного погружного насоса 1 и погружным электродвигателем 2, снабженным датчиком 3 тока в цепи его питания и устройством определения скачков тока в моменты изменения направления возвратно-поступательного движения поршня гидропривода объемного погружного насоса 1.

Далее в соответствии с первым вариантом численное значение объема жидкой среды, выкачиваемой объемным погружным насосом 1 за один рабочий ход, умножают с помощью устройства пересчета на количество двойных ходов рабочего органа объемного погружного насоса 1, которое с помощью датчика 3 тока в цепи питания электродвигателя 2 определяют путем подсчета скачков тока в момент изменения направления возвратно-поступательного движения поршня гидропривода, и полученную информацию по каналу 4 передачи данных передают на компьютер 5 диспетчерского центра.

В соответствии со вторым альтернативным вариантом на компьютер 5 диспетчерского центра передают информацию о количестве двойных ходов рабочего органа насоса 1, которое на компьютере 5 диспетчерского центра пересчитывают в объем откаченной объемным погружным насосом 1 жидкой среды из скважины путем умножения на значение объема жидкой среды, выкачиваемой объемным погружным насосом 1 за один рабочий ход, для чего на компьютере 5 устанавливают соответствующую программу.

Настоящее изобретение может быть использовано в нефтедобывающей промышленности, а также в других отраслях промышленности, где производят откачку различных жидких сред из скважин для учета дебита скважин путем измерения производительности объемного погружного насоса.