Способ оптимизации параметров привода скважинной штанговой насосной установки
METHOD FOR OPTIMIZING THE DRIVE PARAMETERS OF A DOWNHOLE ROD PUMPING UNIT

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для обеспечения оптимальных параметров работы привода скважинной штанговой насосной установки с наработкой более 180 суток при увеличении длины хода устьевого штока более 0,5 метра.
Известен способ оптимизации параметров привода штангового насоса, состоящего из балансира, головки балансира, стойки, шатуна, кривошипа, редуктора, приводного двигателя, тормоза и противовесов, заключающийся в увеличении числа качаний балансира, осуществляемый изменением размера шкива на приводном двигателе (см. И.Т. Мищенко «Скважинная добыча нефти» М., ФГУП Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2003, с.589).
Недостатком данного способа является то, что при увеличении числа качаний балансира вероятная частота обрывов штанговой колонны также возрастает (см. Вирновский А.В. «Теория и практика глубиннонасосной добычи нефти» Изд-во «Недра», М., 1971, с. 111), что приводит к дополнительным затратам на проведение подземного ремонта, простоям скважин.
Известен способ оптимизации параметров привода штангового насоса, состоящего из балансира, головки балансира, стойки, шатуна, кривошипа, редуктора, приводного двигателя, тормоза и противовесов, заключающийся в увеличении длины хода устьевого штока, осуществляемый изменением радиуса кривошипа перестановкой шатуна в отверстиях кривошипа (см. И.Т. Мищенко «Скважинная добыча нефти» М., ФГУП Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2003, с.589).
Недостатком данного способа является то, что в случае наличия отложений (соли, парафин), образовавшихся на внутренней ранее нерабочей поверхности цилиндра в процессе длительной эксплуатации (более 180 суток), при увеличении длины хода устьевого штока более 0,5 метра, происходит заклинивание плунжера, что приводит к выходу скважинной штанговой насосной установки из строя, необходимости проведения подземного ремонта.
Наиболее близким является способ оптимизации параметров привода штангового насоса, состоящего из балансира, головки балансира, стойки, шатуна, кривошипа, редуктора, приводного двигателя, тормоза, противовесов и станции управления, включающий увеличение длины хода полированного штока, осуществляемое изменением радиуса кривошипа перестановкой шатуна в отверстиях кривошипа, снятие динамограммы и проработку плунжером ранее нерабочей внутренней поверхности цилиндра насоса от отложений (патент RU № 2577922, опубл. 20.03.2016). Перед перестановкой шатуна производится переподгонка полированного штока на 10 сантиметров вверх, снятие динамограммы, проработка плунжером внутренней поверхности цилиндра в случае нормальной работы насоса и дальнейшее поэтапное исследование всего необходимого интервала для увеличения длины хода полированного штока или возвращение полированного штока в первоначальное положение в случае подклинивания плунжера в цилиндре.
Недостатком данного способа является то, что в случае наличия отложений (соли, парафин), образовавшихся на внутренней ранее нерабочей поверхности цилиндра в процессе длительной эксплуатации (более 180 суток), при увеличении длины хода устьевого штока более 0,5 метра, происходит заклинивание плунжера, что приводит к выходу скважинной штанговой насосной установки из строя, необходимости проведения подземного ремонта, а многочисленные переподгонки полированного штока повышают трудозатраты и продолжительность выполнения, эффективность способа снижается из-за возникновения резких колебаний нагрузки на колонну насосных штанг, плунжер и узлы привода в связи с работой привода с высоким числом качаний балансира.
Технической задачей изобретения является обеспечение оптимальных параметров работы скважинной штанговой насосной установки, и предотвращение выхода из строя установки при увеличении длины хода устьевого (полированного) штока без возникновения резких колебаний нагрузки на колонну насосных штанг, плунжер и узлы привода, при повышении оперативности операции и снижении трудозатрат.
Техническая задача решается способом оптимизации параметров привода скважинной штанговой насосной установки, состоящей из балансира, головки балансира, стойки, шатуна, кривошипа, редуктора, приводного двигателя, тормоза, противовесов и станции управления, включающим, увеличение длины хода устьевого штока, осуществляемое изменением радиуса кривошипа перестановкой шатуна в отверстиях кривошипа, снятие динамограммы и проработку плунжером ранее нерабочей внутренней поверхности цилиндра насоса от отложений.
Новым является то, что дополнительно к станции управления подключают частотно регулируемый электропреобразователь – ЧРЭП, перед перестановкой шатуна производят уменьшение числа качаний балансира снижением частоты приводного двигателя с помощью ЧРЭП до 0,5-1 качаний в минуту, затем снимают динамограммы, выполняют проработку плунжером внутренней поверхности цилиндра с числом качаний балансира, равным 0,5-1 качаний в минуту, в течение 1-2 часа в зависимости от величины увеличения длины хода устьевого штока и наработки скважинной установки, после очистки плунжером внутренней поверхности цилиндра от отложений, подтверждаемого отсутствием признаков подклинивания плунжера по динамограмме, поинтервально увеличивают число качаний балансира увеличением частоты приводного двигателя с помощью ЧРЭП на 0,5 качаний в минуту через каждые 10 минут до первоначального значения числа качаний, при этом в случае подклинивания плунжера в цилиндре насоса, определяемого по динамограмме, производят повторное уменьшение числа качаний балансира до 0,5 качаний в минуту и продолжают проработку плунжером внутренней поверхности цилиндра насоса до нормализации работы насоса по динамограмме и повторяют поэтапное увеличение числа качаний.
На фигуре изображена схема скважинной штанговой насосной установки.
Скважинная насосная установка состоит из привода, включающего балансир 1, головку балансира 2, стойку 3, шатун 4, кривошип 5 с отверстиями 6, редуктор 7, приводной двигатель 8, тормоз 9, противовесы 10, станцию управления 11 и глубинно-насосного оборудования, включающего устьевой шток 12, колонну насосных штанг 13, колонну насосно-компрессорных труб 14, плунжер насоса 15 и цилиндр насоса 16.
Способ оптимизации параметров привода установки штангового насоса по предлагаемому методу осуществляют следующей последовательностью действий.
1. Определяют скважины с потенциалом увеличения отбора продукции, уточняют наработку скважинных установок, выделяют скважины с наработкой более 180 суток при увеличении длины хода устьевого штока более 0,5 метра.
2.  Подключают частотно регулируемый электропреобразователь – ЧРЭП 17 к станции управления 11.
3. Уменьшают число качаний головки балансира 2 снижением частоты приводного двигателя 8 с помощью ЧРЭП 17 до 0,5-1 качаний в минуту. Уменьшение числа качаний балансира в предлагаемом способе позволяет обеспечить наиболее оптимальный режим проработки плунжером ранее нерабочей внутренней поверхности цилиндра насоса от отложений. Уменьшение числа качаний балансира до 0,5-1 качания в минуту обеспечивает плавную проработку отложений и в то же время их вынос потоком добываемой продукции. В наиболее близком способе оптимизации параметров привода штангового насоса (патент RU № 2577922, опубл. 20.03.2016) эффективность способа значительно снижается из-за возникновения резких колебаний нагрузки на колонну насосных штанг, плунжер и узлы привода в связи с работой привода с высоким числом качаний балансира. Плавная проработка внутренней поверхности цилиндра с уменьшенным числом качаний балансира в предлагаемом способе позволяет исключить необходимость постепенной проработки переподгонкой устьевого штока и плунжера соответственно, поэтому данная операция не требуется, что значительно сокращает продолжительность операции и трудозатраты.
4. Останавливают привод.
5. Увеличивают длину хода устьевого штока 12 изменением радиуса кривошипа 5 перестановкой шатуна 4 в отверстиях 6 кривошипа 5.
6. Запускают привод в работу с числом качаний головки балансира 2 равным 0,5-1 качаний в минуту на период 1-2 часа в зависимости от величины увеличения длины хода устьевого штока и наработки скважинной установки для проработки плунжером 15 насоса внутренней поверхности цилиндра насоса 16 от образовавшихся в процессе эксплуатации отложений.
Количество отложений, которое необходимо очистить с внутренней поверхности цилиндра, зависит как от наработки скважинной установки, так и от величины увеличения длины хода устьевого штока. Поэтому исходя из промысловой практики при наработке 180-365 суток первоначальная проработка плунжером внутренней поверхности цилиндра производится в течение 1 часа, при наработке более 365 суток – 2 часа.
При этом при увеличении длины хода устьевого штока на величину 0,5-1 метра первоначальное уменьшение числа качаний балансира – 1 качание в минуту, при увеличении длины хода более 1 метра – 0,5 качаний в минуту.
Благодаря уменьшенному числу качаний процесс очистки происходит постепенно, без возникновения резких колебаний нагрузки на колонну насосных штанг 13, плунжер 15 насоса и узлы привода. Очистка плунжером внутренней поверхности цилиндра от отложений, подтверждаемая отсутствием признаков подклинивания плунжера по динамограмме, позволяет увеличить длину хода устьевого штока с исключением риска возникновения аварийных ситуаций.
7. Производят снятие динамограммы для контроля изменения работы глубинно-насосного оборудования для контролирования процесса очистки отложений по форме динамограммы.
8. При отсутствии подклинивания плунжера 15 в цилиндре  насоса 16, определяемого по динамограмме в пункте 7, производят поинтервальное увеличение числа качаний головки балансира 2 увеличением частоты приводного двигателя 8 с помощью ЧРЭП 17 на 0,5 качаний в минуту через каждые 10 минут до первоначального значения числа качаний.
9. При этом в случае подклинивания плунжера 15 в цилиндре насоса 16, определяемого по динамограмме в пункте 7, производят уменьшение числа качаний головки балансира 2 до 0,5 качаний в минуту и продолжение проработки плунжером 15 внутренней поверхности цилиндра насоса 16 до нормализации работы насоса по динамограмме и снова поэтапное увеличение числа качаний по п.8.
Если оптимизация параметров согласно описанию наиболее близкого способа оптимизации параметров привода штангового насоса (патент RU № 2577922, опубл. 20.03.2016) занимает несколько суток, то предлагаемый вариант позволяет оптимизировать параметры в течение 2-3 часов.
Таким образом, заявляемый способ повышает оперативность и уменьшает трудозатраты при обеспечении оптимальных параметров работы и предотвращении выхода из строя скважинной штанговой насосной установки с большой наработкой в процессе увеличения длины хода устьевого штока без возникновения резких колебаний нагрузки на колонну насосных штанг, плунжер и узлы привода, без аварийных ситуаций. Также способ позволяет расширить арсенал способов обеспечения оптимальных параметров работы привода скважинной штанговой насосной установки с наработкой более 180 суток при увеличении длины хода устьевого штока более 0,5 метра.