Подача, л/ч.........................................................................100
Предельное давление, МПа..............................................6,3
Число двойных ходов в мин.............................................76,7
Мощность электродвигателя ВАО-21-4У-2, КВт.........1,1
Частота вращения вала двигателя, об/мин......................1410
Масса, кг.............................................................................102
Автоматическое переключение золотника-распределителя выполнялось с помощью различных систем управления рабочего процесса по сигналам от предварительно настроенных реле давления и реле времени, а также по сигналу от электроконтактных манометров.
Технические характеристики установки УГШН-5-15-1000
Диаметры колонн труб, мм:
эксплуатационной..............................................................146—126
внешней...............................................................................89—76
внутренней...........................................................................42—35
Глубина спуска насоса, м......................................................1100
Тип насоса:
скважинного........................................................................НСВ2-56/32
поверхностного...................................................................TGLA-100
Кривизна ствола скважины...................................................4°—69°54'
Необходимое давление силового насоса для хода, МПа
вверх.....................................................................................3,2—4,8
вниз.......................................................................................1,8-2,5
Время цикла, с.........................................................................25—30
Частота ходов в мин................................................................1—3,5
Длина хода плунжерной группы, мм.....................................3700
Подача скважинного насоса (в среднем), м/сут....................8,64
Динамический уровень, м.......................................................700
Габариты поверхностного блока, м........................................3,5x2x2
Масса, кг....................................................................................2000
При исследовании процесса проводилась регистрация рабочих параметров установки с помощью шлейфового осциллографа Н-117/1.
Осциллограмма рабочего процесса установки гидроштангового насоса, приведенная на рис. 3.19 была получена в первый год испытания насоса в скважине. Подробное исследование осциллограммы позволило установить следующее.
Переключение золотника-распределителя происходит в течение времени tпер = 0,2—1с, что наглядно можно наблюдать в интервале времени от 14 до 15 с при переключении с хода вверх на ход вниз и в интервале от 24 до 25 с при переключении с хода вниз на ход вверх. По осциллограмме нарастание давления на ту же величину происходит в течение 0,9—1,2 с. Затем наступает период сжатия гидравлического столба жидкости. Предварительно проведенные исследования и расчеты показывают, что время сжатия гидроштанги находится в пределах 1—6 с. Исходя из осциллограммы можно утверждать, что время сжатия гидроштанги 1—4 с при ходе ПГ вверх и 1—2 с при обратном ходе вниз.
Рис. 3.19. Осциллограмма рабочего процесса гидроштангового насоса
I — переключение распределителя; II — сжатие гидроштанги кольцевого сечения
По окончании процесса сжатия и достижении давления, необходимого для начала движения, ПГ страгивается из состояния покоя из крайне нижнего положения. По осциллограмме это происходит в момент времени / — 4,5 с при давлении в гидросистеме Р — 2,5 МПа.
В момент времени t — 10,5 с, т.е. через 6 с после начала движения, ПГ останавливается в специальном тормозном устройстве, а в гидросистеме продолжает нарастать давление жидкости до величины давления настройки реле, которое в момент времени t = 14 с подает сигнал на переключение золотника-распределителя. Золотник при переключении (в среднем своем положении) соединяет между собой обе гидроштанги. Этим вызвано резкое возрастание давления. Затем начинается обратный ход ПГ, которая разгоняется и движется с некоторым ускорением. Подробный анализ осциллограммы показал, что после начала движения вниз ПГ движется под действием давления, создаваемого силовым насосом до момента времени t = 16 с (т.е. в течение 1,2 с), а далее с ускорением, несколько опережая подачу жидкости в гидроштангу. Это наглядно можно наблюдать в интервале времени от 16 до 18 с по некоторому падению давления на поверхности, зарегистрированному на осциллограмме. Затем ПГ останавливается, происходит резкое возрастание давления и переключение золотника-распределителя. Далее весь процесс повторяется.
Таким образом, расчетные параметры гидроштангового насоса вполне сопоставимы с данными, полученными при проведении экспериментальных исследований в промысловых условиях.
Во время промысловых испытаний на установке проводились также экспериментальные исследования различных систем управления с целью получения циклограмм рабочего процесса СГШНУ при различных системах управления, определения влияния параметров настройки систем управления на работу СГШНУ и оптимизации системы управления работой СГШНУ при введении различных конструктивных и технологических изменений.
На первом этапе проводились исследования со следящей системой управления. Была разработана электрогидравлическая следящая система управления, позволявшая регистрировать с помощью датчиков давления или электроконтактных манометров возмущения в гидроштанге, возникающие при остановках плунжера в крайних положениях.
На представленных осциллограммах были видны гидроудары, соответствующие остановке поршня в крайних положениях во время t — 24 с, t — 37 с.
Данная система управления показала хорошую работоспособность, однако она не лишена и существенного недостатка, который должен быть в будущем учтен при проектировании установок с подобной системой управления.
Использование следящей системы управления при наличии в установке двух гидроштанг приводит к тому, что в момент переключения происходит частичный переброс давления в гидроштангах и в результате этого датчик давления, установленный на меньшую величину, срабатывает. Это влечет за собой повторное переключение, вследствие чего установка начинает работать в аварийном режиме автоколебаний.
Затем была испытана детерминированная система управления с использованием реле времени, с помощью которой удалось избежать работы установки в режиме автоколебаний.
Но при использовании системы управления данного типа возникают дополнительные трудности в настройке, если нет предварительно снятой осциллограммы работы установки. Это связано с трудностями точного подсчета времени цикла, так как во время работы установки ПГ в разных циклах достигает крайних положений не в одно и то же время, на которое детерминированная система управления реагировать не может.
Детерминированная система управления с использованием реле времени может более успешно применяться в установках такого типа. Одним из существенных ее преимуществ является простота конструкции и эксплуатации.
После полного анализа результатов испытаний следящей и детерминированной систем управления была разработана комбинированная система управления, назначение которой улавливать с помощью датчиков давления возмущения в гидроштанге, свидетельствующие о начале движения ПГ, после чего передавать сигнал на реле времени для отслеживания установившегося движения до крайнего положения.
Гидроштанговая насосная установка по схеме, разработанной в ГАНГ им. И. М. Губкина, была изготовлена и прошла промысловые испытания, которые доказали ее работоспособность и подтвердили теоретически полученные рабочие характеристики.
Одна из конструкций гидроштанговых насосных установок на основе схемы ГАНГ им. И. М. Губкина была изготовлена и реализована на заводе «Нефтемаш» в г. Тюмени. Установка гидроштангового насоса состоит из поверхностного и скважинного оборудования, соединенных линиями коммуникаций.
Преимущество данной установки заключается в том, что установка позволяет плавно изменять подачу скважинного насоса путем регулирования подачи рабочей жидкости с помощью регулятора потока.
Гидроштанговая установка позволяет эксплуатировать скважины малых и средних дебитов со значительной кривизной ствола, где применение штанговых насосов и ЭЦН практически невозможно. Так, по данным АО «Нижневартовскнефтегаз» количество малодебитных скважин (до 25 м3/сут) составляет около 40 % от общего числа эксплуатируемых скважин и их количество увеличивается.