Моделирование работы погружных плунжерных насосных установок с пневмокомпенсаторами

Abstract

Актуальность. На сегодняшний день наиболее актуальной задачей механизированной добычи нефти является увеличение рентабельности эксплуатации низко-дебитного и осложненного фонда скважин. Одним из перспективных путей ее решения является совершенствование традиционных и разработка альтернативных технологий эксплуатации, в частности плунжерных насосных установок с погружным приводом. Эффективность работы погружных плунжерных установок в значительной степени определяется нагрузкой, действующей на плунжер насоса. Существенный рост циклических переменных нагрузок на плунжер и привод обусловлен колебаниями давления в насосно-компрессорных трубах, возникающими вследствие неравномерной подачи насоса. Вышесказанное обуславливает актуальность разработки методов и технологий снижения колебаний (пульсаций) давления в насосно-компрессорных трубах погружных плунжерных установок. Объект: установка насосная плунжерная с погружным приводом, оборудованная пневматическими компенсаторами давления (пневмокомпенсаторами), работающая в стендовой скважине. Пневмокомпенсаторы представляют собой устройства, предназначенные для создания равномерного течения жидкости в насосно-компрессорных трубах. Цель: исследование эффективности пневмокомпенсаторов в составе плунжерных насосных установок с погружным приводом, анализ влияния технологических и геометрических параметров пневмокомпенсаторов на эффективность сглаживания колебаний давления и скорости потока в насосно-компрессорных трубах. Методы: разработка аналитической математической модели работы погружной плунжерной установки в стендовой скважине; проведение численных экспериментов для выявления закономерностей влияния технологических параметров пневмокомпенсаторов на эффективность их работы; физическое моделирование работы погружной плунжерной установки на стендовой скважине. Результаты. Получено аналитическое выражение, позволяющее для заданного закона изменения подачи насоса и энергоемкости системы пневмокомпенсаторов рассчитать динамику давления в насосно-компрессорных трубах. В результате моделирования работы погружной плунжерной установки в стендовой скважине получена теоретическая барограмма изменения давления в насосно-компрессорных трубах в течение цикла откачки, которая хорошо согласуется с фактической барограммой. Моделированием работы погружной плунжерной установки, оборудованной пневмокомпенсаторами, показано значительное, практически на порядок, снижение пульсаций давления в насосно-компрессорных трубах и нагрузок на плунжер и привод. Проанализировано влияние суммарного объема и давления зарядки пневмокомпенсаторов на эффективность их работы. Даны практические рекомендации по расчету оптимального давления зарядки пневмокомпенсаторов.

Relevance. To date, the most urgent task of mechanized oil production is to increase the profitability of operation of low-debit and complicated well stock. One of the promising ways to solve this problem is to improve traditional and develop alternative operating technologies, in particular, plunger pumping units with downhole drive. The efficiency of downhole plunger installations is largely determined by the load acting on the pump plunger. A significant increase in cyclic variable loads on the plunger and drive is due to pressure fluctuations in the lift pipes, resulting from uneven pump supply. The above causes the relevance of the development of methods and technologies for reducing pressure pulsations in the lift pipes of downhole plunger installations. Object: pump plunger installation with downhole drive, equipped with pneumatic pressure compensators (pneumatic compensators), working in the bench well. Pneumatic compensators are devices designed to create a uniform flow of liquid in lift pipes. Purpose: to study the effectiveness of pneumatic compensators as part of plunger pumping units with downhole drive, to analyze the influence of technological and geometric parameters of pneumatic compensators on the effectiveness of smoothing pressure fluctuations and flow rate in lift pipes. Methods: development of an analytical mathematical model of the downhole plunger installation in a bench well; numerical experiments to identify patterns of influence of the technological parameters of pneumocompensators on their performance; physical modelling of downhole plunger installation in a bench hole. Results. The authors have obtained the analytical expression that allows calculating the pressure dynamics in the lift (tubing) pipes for a given law of change in the pump supply and energy intensity of the pneumatic compensator system. As a result of modeling the operation of a downhole plunger installation in a bench well, a theoretical barogram of the pressure change in the tubing during the pumping cycle is obtained, which is in good agreement with the actual barogram. Simulation of the operation of the downhole plunger installation equipped with pneumatic compensators shows a significant, almost an order of magnitude, reduction of pressure pulsations in the tubing and loads on the plunger and drive. The influence of the total volume and charging pressure of pneumatic compensators on the efficiency of their operation is analyzed. Practical recommendations for calculating the optimal charging pressure of pneumatic compensators are given.