Способ диагностики состояния глубинного насоса

СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ ГЛУБИННОГО НАСОСА Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к технологии диагностики оборудования, и может быть использовано в системах мониторинга состояния глубинных насосов нефтяных скважин. Сущность изобретения состоит в способе диагностики технического состояния глубинного насоса. Способ включает определение лабораторным путем содержания и плотности воды и газа в пластовой жидкости. Измеряют динамический уровень ПЖ в эксплуатационной(обсадной) колонне до всасывающего клапана, перемещение полированного штока и давление на устье эксплуатационной колонны, давление на устье насосно-компрессорной трубы (НКТ) перед обратным клапаном. По полученным данным рассчитывают величину диагностического показателя (ДП), строят график зависимости ДП от циклического перемещения полированного штока - пьезограмму и по ней диагностируют состояние глубинного насоса. Технический эффект заявляемого изобретения состоит в том, что оно позволяет оперативно, качественно и надежно диагностировать главное состояние глубинного насоса - его подачу. Алиев Тельман Аббас оглы, Рзаев Аббас Гейдар оглы, Гулиев Гамбар Агаверди оглы, Рзаев Асиф Гаджи оглы (AZ)(71)(73) Заявитель и патентовладелец: ИНСТИТУТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ НАЦИОНАЛЬНОЙ АКАДЕМИИ НАУК АЗЕРБАЙДЖАНСКОЙ РЕСПУБЛИКИ; ФОНД РАЗВИТИЯ НАУКИ ПРИ ПРЕЗИДЕНТЕ АЗЕРБАЙДЖАНСКОЙ РЕСПУБЛИКИ (AZ) Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности, к технологии диагностики оборудования и может быть использовано в системах мониторинга состояния глубинных насосов нефтяных скважин. Известно (1), что эксплуатация нефтяных скважин глубинными штанговыми насосами является одним из распространенных и основных способов добычи нефти, особенно для малодебитных скважин. Однако достаточно быстрый износ плунжерной пары, насосно-компрессорных труб и штанг вследствие трения, а также трудоемкость операций по замене и ремонту глубинных насосов обусловливает актуальность разработки способов диагностики технического состояния ГНУ. Известны несколько способов диагностики работы насосных установок: ваттметрирование, метод, основанный на анализе характеристик, представленных на фазовой плоскости (ФП) - фазовых кривых (ФК), представляющих собой замкнутые кривые, построенные в осях "мощность/скорость изменения мощности" и динамометрирование. Последний является самым известным и повсеместно применяемым способом диагностики по графику зависимости нагрузки на полированный шток от его циклического перемещения. Однако ни один из известных способов не является совершенным и не всегда дает хорошие диагностические результаты. Известен способ (2) диагностики состояния глубинного насоса станка-качалки нефтяных скважин по динамограммам усилий в точке подвеса штанг, где используются датчики усилия и перемещения, установленные на полированном штоке. По динамограмме устанавливают основные неполадки в работе глубинных насосов станка-качалки, в том числе утечки жидкости в плунжерной паре (плунжер-цилиндр) насоса, в НКТ (подъемнике), поломки в колонне штанг, показатель коэффициента заполнения насоса и т.д. Данный способ в настоящее время широко применяется в нефтедобывающей промышленности всего мира. Однако недостатком данного способа является то, что формы динамограмм, снятых в точке подвеса штанг, очень сложны, а их расшифровка, особенно в показателях работы насоса, даже в благоприятных условиях работы установки, весьма затруднительна. В реальных условиях работы установки при наличии утечки жидкости в насосе, влиянии газа и других нарушениях нормальной работы насоса расшифровка еще больше усложняется и, как правило, влияние этих нарушений являются смешанными и трудно отличить в явном виде влияние отдельного показателя на неполадки насоса и на его подачу. Однако, несмотря на то что основным показателем работы любого насоса является (напор) давление, создаваемое им и которое зависит от давления на устье НКТ, но оно в известном способе не учитывается. Кроме того, зачастую для определения подачи насоса, т.е. эффективности работы скважины, прибегают к использованию замерных установок, что усложняет и удорожает процесс добычи нефти. Задачей изобретения является создание способа диагностики технического состояния глубинного насоса, а именно его подачи, на основе давления на устье НКТ, т.е. на основе пьезограммы. Сущность изобретения состоит в способе диагностики технического состояния глубинного насоса. Способ включает определение лабораторным путем содержания и плотности воды и газа в пластовой жидкости. Измеряют динамический уровень ПЖ в эксплуатационной (обсадной) колонне до всасывающего клапана, перемещение полированного штока и давление на устье эксплуатационной колонны, давление на устье насосно-компрессорной трубы (НКТ) перед обратным клапаном. По полученным данным рассчитывают величину диагностического показателя (ДП), строят график зависимости ДП от циклического перемещения полированного штока - пьезограмму и по ней диагностируют состояние глубинного насоса. ДП рассчитывают по следующим формулам:- давление на устье НКТ перед обратным клапаном и эксплуатационной колонны соответственно, МПа;- гидростатическое давление столба пластовой жидкости (ПЖ) на плунжер, МПа; пж, в, н и г - плотность ПЖ, воды, нефти и газа, кг/м 3;h - расстояние от динамического уровня ПЖ в эксплуатационной (обсадной) колонне до всасывающего клапана, м;и- содержание воды и газа в ПЖ, доли единиц;g - ускорение силы тяжести, м/с 2. Сопоставительный анализ заявляемого изобретения с прототипом показал, что оно отличается от известного новыми существенными признаками, а именно измеряют давление на устье насосно-1 023666 компрессорной трубы (НКТ) перед обратным клапаном, определяют диагностический показатель (ДП) и строят пьезограмму - график зависимости ДП от циклического перемещения полированного штока. Следовательно, заявляемое решение отвечает критерию "новизна". Новый существенный признак- диагностический показатель, как функция от перемещения полированного штока является более информативным показателем диагностики подачи насоса, чем просто показатель усилия на полированный шток при динамометрии, так как ДП учитывает давление на устье перед обратным клапаном, создаваемое насосом,что, в свою очередь, непосредственно отражает подачу насоса. Для расчета ДП и его большей информативности используются лабораторные данные по характеристике добываемой пластовой жидкости и технологическим параметрам работающей скважины. Существенный признак - пьезограмма - график зависимости диагностического показателя от перемещения штока более точно и надежно способен проконтролировать работу глубинного насоса особенно его подачу. Сравнительные данные пьезограммы и динамограммы работы глубинного насоса показаны на фиг. 1. Сопоставительный анализ с другими известными способами диагностики состояния глубинных насосных установок показал, что не найдены технические решения, аналогичные заявляемому. Совокупность всех существенных признаков в заявляемом изобретении создает новый технический эффект: способ диагностики глубинных насосов по пьезограмме, который позволяет более надежно и точно определить состояние глубинного насоса, следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию "технический уровень", а в целом может быть признано изобретением. Заявляемый способ проиллюстрирован фигурой - сравнительные данные пьезограммы и динамограммы работы глубинного насоса (ГН), где а - идеальная динамограмма работы ГН; в - идеальная пьезограмма работы ГН; с - пьезограмма насоса при коэффициенте заполнения ГН 1;max и min - максимальное и минимальное значение нагрузки на полированный шток при движении плунжера вверх и вниз;max и min - максимальное и минимальное значение ДП (или давление на устье НКТ перед обратным клапаном);min - ДП при неполном заполнении цилиндра - создается вакуум на устье НКТ при движении плунжера вниз;S и S0 - длина ходов плунжера и полированного штока соответственно. Способ осуществляется следующим образом. В блоке управления и индикации с заданной частотой опрашиваются и заносятся в базу данных значения соответствующих датчиков и данные лабораторных показателей, рассчитываетсяи строится пьезограмма, которую сравнивают с идеальной пьезограммой и по степени отклонения оценивают состояние ГН. Пример. Производительность насоса Qt определяется следующей формулой:Qt = 1440FnnS,где Fn - площадь поперечного сечения плунжера, м 2;n - число циклов насоса в минуту;S - длина хода плунжера, м. Если при движении плунжера вверх, ДП (или у) не изменяется - это означает, что несмотря на то,что теоретическая производительность насоса Qt при FnnS = const, является постоянной величиной, а подача насоса фактически отсутствует или ГН не может создать необходимый напор, чтобы открылся обратный клапан. При этом диагностическими факторами могут быть или утечки пластовой жидкости в плунжерной паре НКТ или в нагнетательном клапане в случае его неполном закрытии при движении плунжера вверх. Технический эффект заявляемого изобретения состоит в том, что оно позволяет оперативно, качественно и надежно диагностировать главное состояние глубинного насоса - его подачу. Литература. 1. Ковшов В.Д., Сидоров М.Е., Светланова С.Б. Динамометрирование, моделирование и диагностика глубинной штанговой установки. Журнал Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. 2011 г.3. 2. Муравьев В.М. Эксплуатация нефтяных и газовых скважин. М.: Недра, 1978 г. (прототип). ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ диагностики состояния глубинного насоса, включающий измерение перемещения полированного штока, построение графика зависимости нагрузки на полированный шток от его перемещения и анализ графика по характерным признакам состояния глубинного насоса, отличающийся тем, что лабораторным путем определяют содержание воды и газа и их плотностей в пластовой жидкости; измеряют динамический уровень пластовой жидкости в эксплуатационной колонне до всасывающего клапана, давление на устье эксплуатационной колонны и давление на устье насосно-компрессорной трубы перед обратным клапаном; по полученным данным по формулам рассчитывают величину диагностического показателя (ДП) и строят график зависимости ДП от циклического перемещения полированного штока - пьезограмму, по которой диагностируют состояние глубинного насоса,где - перемещение полированного штока, м;- диагностический показатель, уд.единица;- давление на устье НКТ перед обратным клапаном и эксплуатационной колонны соответственно, МПа; р - гидростатическое давление столба пластовой жидкости (ПЖ) на плунжер, МПа; пж, в, н и г - плотность ПЖ, воды, нефти и газа, кг/м 3;h - расстояние от динамического уровня ПЖ в эксплуатационной (обсадной) колонне до всасывающего клапана, м;и- содержание воды и газа в ПЖ, доли единиц;