+

RU2256065C1 - Device for operation of electric down-pump in oil-gas well - Google Patents

Device for operation of electric down-pump in oil-gas well Download PDF

Info

Publication number
RU2256065C1
RU2256065C1 RU2004102005/03A RU2004102005A RU2256065C1 RU 2256065 C1 RU2256065 C1 RU 2256065C1 RU 2004102005/03 A RU2004102005/03 A RU 2004102005/03A RU 2004102005 A RU2004102005 A RU 2004102005A RU 2256065 C1 RU2256065 C1 RU 2256065C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
well
pump
submersible
dynamic model
block
Prior art date
Application number
RU2004102005/03A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.В. Жильцов (RU)
В.В. Жильцов
Е.В. Шендалева (RU)
Е.В. Шендалева
К.К. Югай (RU)
К.К. Югай
А.В. Дударев (RU)
А.В. Дударев
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "ЮКСиб"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "ЮКСиб" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "ЮКСиб"
Priority to RU2004102005/03A priority Critical patent/RU2256065C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2256065C1 publication Critical patent/RU2256065C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

FIELD: oil and gas industry.
SUBSTANCE: device has electric down-pump mounted in a well with power cable from electric engine. Device also has operation mode set-point device, deep telemetry block with sensors of parameters of well condition and electric pump, debit measuring means, mounted on outlet line, voltage of converter, connected to control station. The latter is connected to electric engine feeding cable. According to invention into device additionally inserted are adaptive adjuster, block of dynamic model of schematic bed-well-down-pump, block for identification of dynamic model, block for identification of parameters of face-adjacent bed zone.
EFFECT: higher quality.
5 dwg

Description

Устройство для эксплуатации погружного электронасосного агрегата в нефтегазовой скважине относится к области добычи нефти и может быть использовано для повышения эффективности работы скважины.A device for operating a submersible electric pump unit in an oil and gas well relates to the field of oil production and can be used to increase the efficiency of the well.

Известно устройство, реализующее способ автоматического регулирования режима работы скважины, оборудованной погружным центробежным электронасосом [1]. Устройство содержит установленный в скважине погружной центробежный электронасос, включающий собственно насос и погружной приводной электродвигатель с глубинным манометром-термометром и протектором, насосно-компрессорные трубы, станцию управления с силовым трансформатором и силовым токоподводящим кабелем, глубинный канал связи, частотный преобразователь, регулируемый штуцер, обратный клапан и манометры, установленные на выкидной линии.A device is known that implements a method for automatically controlling the operating mode of a well equipped with a submersible centrifugal electric pump [1]. The device comprises a submersible centrifugal electric pump installed in the well, including the pump itself and the submersible drive motor with an in-depth manometer-thermometer and tread, tubing, a control station with a power transformer and a power supply cable, a deep communication channel, a frequency converter, an adjustable fitting, a return valve and pressure gauges mounted on the flow line.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что данное устройство в реальном времени не может определить оптимальный режим работы системы “пласт - скважина - погружной насос” и поддерживать его, поскольку в устройстве отсутствуют блоки идентификации и адаптивный регулятор. Кроме того, дросселирование на устье скважины не обеспечивает энергосберегающие режимы работы электронасоса и потенциальный дебит скважины.The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using a known device include the fact that this device in real time cannot determine the optimal operating mode of the “reservoir - well - submersible pump” system and maintain it, since the device does not have identification blocks and adaptive regulator. In addition, throttling at the wellhead does not provide energy-saving modes of operation of the electric pump and the potential flow rate of the well.

Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому устройству является устройство для осуществления способа эксплуатации погружных центробежных насосных агрегатов в группе скважин [2]. Устройство содержит установленные в скважинах погружные центробежные насосные агрегаты с кабелями питания их электродвигателей, преобразователь частоты напряжения, датчики параметров состояния каждой скважины и ее насосного агрегата, подключенные к системе измерения и формирования сигналов управления электродвигателями, коммутирующие устройства для связи кабелей питания электродвигателей с промысловой электросетью и преобразователем частоты напряжения, блок определения оптимальной последовательности воздействий сигналами управления. Это устройство принято за прототип.The closest set of features to the claimed device is a device for implementing a method of operating submersible centrifugal pumping units in a group of wells [2]. The device comprises submersible centrifugal pumping units installed in the wells with power cables for their electric motors, a voltage frequency converter, state parameters sensors for each well and its pump unit, connected to a system for measuring and generating electric motor control signals, switching devices for connecting electric motor power cables to the field network and voltage frequency converter, unit for determining the optimal sequence of actions by control signals avleniya. This device is taken as a prototype.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, относится то, что используемая в данном устройстве система измерения и формирования сигналов управления электродвигателями обеспечивает управление электронасосными агрегатами только по предварительно определенному заданию без привязки к изменяемым в реальном времени параметрам системы “пласт - скважина - погружной насос” и призабойной зоны пласта. Данное устройство не обеспечивает оптимальный режим работы скважин и качество переходных процессов при переключении питания электронасосных агрегатов.The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below include the fact that the system for measuring and generating electric motor control signals used in this device provides control of electric pump units only according to a predetermined task without reference to real-time parameters of the “reservoir - well - submersible pump” system ”And bottomhole formation zone. This device does not provide the optimal mode of operation of the wells and the quality of transients when switching the power of electric pump units.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройство для эксплуатации погружного электронасосного агрегата в нефтегазовой скважине, содержащее установленный в скважине погружной электронасосный агрегат с кабелем питания его электродвигателя, блок погружной телеметрии с датчиками параметров состояния скважины и электронасосного агрегата, измеритель дебита, установленный на выкидной линии, преобразователь частоты напряжения, снабженный контроллером и соединенный со станцией управления, снабженной контроллером и подключенной к кабелю питания электродвигателя, задатчик режима работы, дополнительно введены адаптивный регулятор, блок динамической модели системы “пласт - скважина - погружной насос”, блок идентификации динамической модели, блок идентификации параметров призабойной зоны пласта. При этом выходы задатчика режима работы соединены с входами адаптивного регулятора, блока динамической модели системы “пласт - скважина - погружной насос” и блока идентификации параметров призабойной зоны пласта, выход которого соединен с входом задатчика режима работы, выход измерителя дебита соединен с входами блока идентификации динамической модели и блока идентификации параметров призабойной зоны пласта, вторые входы которых соединены с выходом станции управления, второй выход которой соединен со вторым входом адаптивного регулятора, выход которого подключен к входу преобразователя частоты напряжения, выходы блока динамической модели системы “пласт - скважина - погружной насос” и блока идентификации динамической модели соединены с третьим и четвертым входами адаптивного регулятора.The essence of the invention lies in the fact that in a device for operating a submersible electric pump unit in an oil and gas well, comprising a submersible electric pump unit installed in the well with a power cable for its electric motor, a submersible telemetry unit with sensors for well condition parameters and an electric pump unit, a flow meter installed on the flow line A voltage frequency converter equipped with a controller and connected to a control station equipped with a controller and connected to an electric motor power cable, an operating mode adjuster, an adaptive regulator, a dynamic model block of the reservoir – well – submersible pump system, a dynamic model identification block, and a formation bottom parameter identification block have been additionally introduced. In this case, the outputs of the operating mode setter are connected to the inputs of the adaptive controller, the unit of the dynamic model of the “reservoir - well - submersible pump” system and the unit for identifying parameters of the bottomhole formation zone, the output of which is connected to the input of the setter of the operating mode, the output of the flow meter is connected to the inputs of the dynamic identification unit model and unit for identifying parameters of the bottomhole formation zone, the second inputs of which are connected to the output of the control station, the second output of which is connected to the second input of the adaptive control a generator, the output of which is connected to the input of the voltage frequency converter, the outputs of the block of the dynamic model of the “reservoir - well - submersible pump” system and the identification block of the dynamic model are connected to the third and fourth inputs of the adaptive controller.

Достигаемый технический результат - повышение качества регулирования погружного электронасосного агрегата на заданные показатели производительности, сокращение времени переходных процессов, снижение нагрузки на электронасосный агрегат и затрат электроэнергии за счет учета реальных динамических характеристик системы “пласт - скважина - погружной насос”.Achievable technical result - improving the quality of regulation of a submersible electric pump unit for specified performance indicators, reducing the time of transient processes, reducing the load on the electric pump unit and energy costs by taking into account the real dynamic characteristics of the “reservoir - well - submersible pump” system.

На фиг.1 представлена структурная схема скважины, оборудованной погружным электронасосным агрегатом; на фиг.2 - график кривой восстановления давления; на фиг.3 - график индикаторной диаграммы; на фиг.4 - график расчетной характеристики скин-фактора; на фиг.5 - графики изменения забойного давления при выводе скважины на режим и его поддержания.Figure 1 presents a structural diagram of a well equipped with a submersible pump; figure 2 is a graph of the pressure recovery curve; figure 3 is a graph of the indicator chart; figure 4 is a graph of the calculated characteristics of the skin factor; figure 5 - graphs of changes in bottomhole pressure during the conclusion of the well to the mode and its maintenance.

Скважина, оснащенная погружным электронасосным агрегатом (фиг.1), содержит продуктивный пласт 1, эксплуатационную колонну 2, погружной приводной электродвигатель 3 с датчиком 4 температуры внутри его корпуса, насос 5, колонну 6 насосно-компрессорных труб, силовой токоподводящий кабель 7, блок 8 погружной телеметрии с датчиками 9 давления и 10 температуры скважинной жидкости на приеме насоса 5, датчиками 11 и 12 виброускорений в двух плоскостях корпуса электродвигателя 3, измеритель 13 дебита, например автоматическую групповую замерную установку, объемную или весовую, в выкидной линии 14 скважины, станцию 15 управления с встроенным контроллером и силовым трансформатором (на фиг.1 условно не показаны), преобразователь 16 частоты напряжения с встроенным контроллером (на фиг.1 условно не показан), задатчик 17 режима работы, адаптивный регулятор 18, блок 19 динамической модели системы “пласт - скважина - погружной насос”, блок 20 идентификации динамической модели, блок 21 идентификации параметров призабойной зоны пласта.A well equipped with a submersible electric pump unit (Fig. 1) contains a reservoir 1, production casing 2, a submersible drive motor 3 with a temperature sensor 4 inside its body, pump 5, tubing string 6, power supply cable 7, block 8 immersion telemetry with sensors 9 for pressure and 10 temperature of the borehole fluid at the intake of pump 5, sensors 11 and 12 for vibration acceleration in two planes of the motor body 3, flow meter 13, for example, an automatic group metering unit, about load or weight, in the flow line 14 of the well, a control station 15 with an integrated controller and a power transformer (not shown conventionally in FIG. 1), a voltage frequency converter 16 with an integrated controller (not conventionally shown in FIG. 1), an operating mode adjuster 17 , adaptive controller 18, block 19 of the dynamic model of the reservoir-well-submersible pump system, block 20 of identifying the dynamic model, block 21 of identifying parameters of the bottomhole formation zone.

Источником скважинной жидкости является продуктивный пласт 1, сообщение с которым осуществляется через перфорационные отверстия в обсадной колонне 2 скважины. Основными параметрами погружного электронасосного агрегата, состоящего из насоса 5, например центробежного, и погружного приводного электродвигателя 3, является производительность QЖ3/сут), развиваемый напор Н (м вод. ст.), а также наличие на приеме насоса 5 давления не ниже заданного значения при различных частотах fI на выходе преобразователя 16 частоты напряжения. Погружной приводной электродвигатель 3 образует совместно с преобразователем 16 частоты напряжения и станцией 15 управления частотно-регулируемый привод, с помощью которого осуществляется управление частотой n вращения ротора электродвигателя 3 и, соответственно, насоса 5.The source of the borehole fluid is the reservoir 1, the communication with which is through the perforations in the casing 2 of the well. The main parameters of a submersible electric pump unit consisting of a pump 5, for example a centrifugal pump, and a submersible drive electric motor 3, are the capacity Q Ж (m 3 / day), the developed head N (m water), and also the presence of pressure at the pump 5 intake not lower than a predetermined value at various frequencies f I at the output of the voltage frequency converter 16. The submersible drive motor 3 forms, together with the voltage frequency converter 16 and the control station 15, a variable frequency drive with which the rotational speed n of the rotor of the electric motor 3 and, accordingly, the pump 5 are controlled.

Силовой токопроводящий кабель 7 служит для подвода электроэнергии к погружному приводному электродвигателю 3 и передачи сигналов от блока 8 погружной телеметрии, включающего датчики 9 - 12, на поверхность.The power conductive cable 7 serves to supply electricity to the submersible drive motor 3 and transmit signals from the immersion telemetry unit 8, including sensors 9 to 12, to the surface.

Измеритель 13 дебита скважинной жидкости измеряет текущий дебит скважины, в том числе с разделением по продукту и воде.The meter 13 flow rate of the borehole fluid measures the current flow rate of the well, including with separation by product and water.

Станция 15 управления с встроенным контроллером и силовым трансформатором предназначена для управления, питания и защиты погружного приводного электродвигателя 3, обработки сигналов блока 8 погружной телеметрии и, совместно с преобразователем 16 частоты напряжения, для регулирования скорости вращения роторов погружного приводного электродвигателя 3 и насоса 5.The control station 15 with an integrated controller and power transformer is designed to control, power and protect the submersible drive electric motor 3, process the signals of the submersible telemetry unit 8 and, together with the voltage frequency converter 16, to control the rotational speed of the rotors of the submersible drive electric motor 3 and pump 5.

Задатчик 17 режима эксплуатации скважины, выполненный обычно в виде автоматизированного рабочего места оператора (технолога) на основе персонального компьютера, установленного в диспетчерском пункте цеха добычи нефти, служит для вычисления потенциального дебита скважины в соответствии с ее гидродинамическими параметрами, задания выбранного оператором режима работы системы “пласт - скважина - погружной насос” и ввода сигнала управления в адаптивный регулятор 18.The master 17 operating mode of the well, usually made in the form of an automated workplace of the operator (technologist) based on a personal computer installed in the control room of the oil production department, is used to calculate the potential flow rate of the well in accordance with its hydrodynamic parameters, setting the system operating mode selected by the operator “ reservoir - well - submersible pump ”and input control signal into adaptive controller 18.

Блок 19 динамической модели в соответствии с режимом работы системы “пласт - скважина - погружной насос” определяет ее расчетные параметры и совместно с адаптивным регулятором 18 служит для обеспечения потенциального дебита скважины.Block 19 of the dynamic model in accordance with the operating mode of the system “reservoir - well - submersible pump" determines its design parameters and together with adaptive regulator 18 serves to ensure the potential flow rate of the well.

Блок 20 идентификации динамической модели определяет фактические параметры системы “пласт - скважина - погружной насос” в соответствии с ее выбранной расчетной моделью.The dynamic model identification unit 20 determines the actual parameters of the “reservoir - well - submersible pump” system in accordance with its selected calculation model.

Блок 21 идентификации параметров призабойной зоны пласта определяет гидродинамические параметры скважины для выбора с помощью задатчика 17 режима требуемого значения потенциального дебита.Unit 21 for identifying parameters of the bottom-hole zone of the formation determines the hydrodynamic parameters of the well to select, using the adjuster 17, the mode of the desired value of the potential flow rate.

Адаптивный регулятор 18 и блоки 19, 20 и 21 как функциональные звенья предлагаемого устройства могут быть реализованы программным (цифровым) способом с помощью программируемых контроллеров, в том числе контроллеров станции 15 управления и преобразователя 16 частоты напряжения.Adaptive controller 18 and blocks 19, 20 and 21 as functional links of the proposed device can be implemented programmatically (digitally) using programmable controllers, including controllers of the control station 15 and voltage converter 16.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Жидкость из пласта 1 притекает через перфорационные отверстия в эксплуатационную колонну 2 скважины. Погружной приводной электродвигатель 3, снабженный датчиком 4 температуры внутри его корпуса, вращает ротор насоса 5. Далее жидкость по колонне 6 насосно-компрессорных труб подается на поверхность. Электропитание погружного приводного электродвигателя осуществляется по силовому токоподводящему кабелю 7. Датчики 9 и 10 блока 8 погружной телеметрии измеряют давление РПР и температуру ТПР на приеме насоса, датчики 11 и 12 - виброускорения αх и αY в двух плоскостях корпуса электродвигателя 3, а также насоса 5 с учетом их жесткого соединения и наличия общего ротора (вала). Информационные сигналы от блока 8 погружной телеметрии, включающего датчики 9-12, подаются в модулированной форме по силовому токоподводящему кабелю 7 на поверхность в станцию 15 управления. Измеритель 13 дебита скважинной жидкости, установленный в выкидной линии 14, измеряет текущий дебит скважины. Управление электропитанием с обеспечением необходимых защит от нештатных режимов по току, напряжению, температуре ТД внутри корпуса и виброускорениям αX и αY погружного приводного электродвигателя 3 осуществляет станция 15 управления.The fluid from the reservoir 1 flows through the perforations into the production casing 2 of the well. The submersible drive motor 3, equipped with a temperature sensor 4 inside its housing, rotates the rotor of the pump 5. Next, the liquid is supplied to the surface through the column 6 of tubing. The submersible drive electric motor is powered by the power supply cable 7. Sensors 9 and 10 of the immersion telemetry unit 8 measure the pressure P PR and temperature T PR at the pump intake, sensors 11 and 12 - vibration acceleration α x and α Y in two planes of the motor casing 3, and also pump 5, taking into account their rigid connection and the presence of a common rotor (shaft). Information signals from the immersion telemetry unit 8, including sensors 9-12, are supplied in modulated form via a power current-supply cable 7 to the surface of the control station 15. The meter 13 flow rate of the well fluid installed in the flow line 14, measures the current flow rate of the well. Power management with the necessary protection against abnormal conditions in current, voltage, temperature T D inside the housing and vibration accelerations α X and α Y of the submersible drive motor 3 is carried out by the control station 15.

Преобразователь 16 частоты напряжения устанавливает и регулирует (поддерживает) режим работы динамической системы “пласт - скважина - погружной насос” путем изменения производительности насосной установки в функции забойного давления скважины, соответствующей условию согласования характеристики истечения скважины, определяемой производительностью насоса 3, и характеристики притока скважины (реальной индикаторной диаграммы скважины).The voltage frequency converter 16 sets and regulates (maintains) the operating mode of the dynamic system “reservoir - well - submersible pump” by changing the productivity of the pumping unit as a function of the bottomhole pressure of the well corresponding to the condition for matching the characteristics of the flow of the well, determined by the productivity of pump 3, and the characteristics of the well inflow ( real indicator diagram of the well).

Проведение гидродинамических исследований (ГДИ) скважины, в частности снятие КВД и индикаторной диаграммы (ИД), в общем случае сопряжено с трудоемкими работами, связанными с необходимостью замеров давления на забое глубинными манометрами, либо “отбивкой” динамического уровня. Предлагаемое устройство существенно облегчает эти процедуры, позволяя строить КВД и ИД в автоматическом режиме без дополнительных спускоподъемных операций.Conducting hydrodynamic studies (GDI) of the well, in particular the removal of the HPC and the indicator diagram (ID), in the general case, is associated with laborious work associated with the need to measure pressure at the bottom with depth gauges, or “beating” the dynamic level. The proposed device greatly facilitates these procedures, allowing you to build the KVD and ID in automatic mode without additional tripping operations.

С выхода измерителя 13 дебита на первый вход блока 21 идентификации параметров призабойной зоны пласта подается сигнал текущего дебита QЖ, с выхода станции 15 управления, обрабатывающий сигнал блока 8 погружной телеметрии, на второй вход блока 21 подается сигнал давления PПР на приеме насоса 5.From the output of the flow meter 13, the signal of the current flow rate Q Ж is supplied to the first input of the unit for identifying parameters of the bottom-hole zone of the formation; from the output of the control station 15, it processes the signal from block 8 of the submersible telemetry, the pressure signal P PR is received at the reception of the pump 5.

При подаче с выхода задатчика 17 режима сигнала остановки скважины в блоке 21 идентификации определяется КВД. При этом по показаниям датчика 9 через определенные промежутки времени там же регистрируются значения давления РПР скважинной жидкости на приеме насоса 5, пересчитываются в значения забойного давления РЗ, строится КВД (фиг.2).When a well stop signal is supplied from the output of the setter 17 in the identification unit 21, the IDC is determined. Moreover, according to the testimony of the sensor 9, at certain intervals, the values of the pressure P PR of the borehole fluid at the intake of the pump 5 are also recorded there, converted into the values of the bottomhole pressure P Z , the pressure-measuring device is built (figure 2).

Пластовое давление РПЛ определяется как значение РЗ, при котором КВД принимает положение, близкое к горизонтальному. По значению пластового давления рассчитывается депрессия ΔPД на каждом из режимов:The reservoir pressure P PL is defined as the value of P Z at which the pressure drop assumes a position close to horizontal. Depression ΔP D for each of the modes is calculated from the value of reservoir pressure:

ΔPД=PПЛ-PЗ.ΔP D = P PL -P Z.

ИД определяется методом установившихся режимов. Для этого с выхода задатчика 17 режима подается сигнал управления преобразователем 16 частоты напряжения. Адаптивный регулятор 18 отрабатывает заданный сигнал, приводя систему “пласт - скважина - погружной насос” в установившийся режим. Данные о давлении скважинной жидкости на приеме насоса (РПР) с выхода датчика 9 давления и о дебите скважинной жидкости с выхода измерителя 13 дебита подаются в блок 21 идентификации параметров призабойной зоны пласта для построения ИД в виде РЗЗ(QЖ) и ее дальнейшей интерпретации в классическую форму QЖ=QЖ(ΔРД) (фиг.3).ID is determined by the steady state method. To this end, from the output of the mode master 17, a control signal is supplied to the voltage frequency converter 16. Adaptive controller 18 processes a given signal, bringing the “reservoir - well - submersible pump" system to steady state. Data on the pressure of the borehole fluid at the pump intake (P PR ) from the output of the pressure sensor 9 and the flow rate of the borehole fluid from the output of the flow meter 13 are supplied to the block 21 for identifying parameters of the bottomhole formation zone to construct an ID in the form P З = Р З (Q Ж ) and its further interpretation into the classical form Q Ж = Q Ж (ΔР Д ) (Fig. 3).

Коэффициент продуктивности К скважины также определяется на установившихся режимах, когда приток из скважины (QС) равен заданному отбору жидкости (QЖ). Для этого на графике зависимости QЖ=QЖ(ΔРД) определяется угловой коэффициент прямолинейного участка кривой, который является значением коэффициента продуктивности:The productivity coefficient K of the well is also determined in steady-state conditions when the inflow from the well (Q C ) is equal to the specified fluid withdrawal (Q W ). For this, the dependence of Q Ж = Q Ж (ΔР Д ) determines the angular coefficient of the rectilinear portion of the curve, which is the value of the productivity coefficient:

Figure 00000002
Figure 00000002

По КВД также рассчитывается скин-фактор, например по методике, согласно которой строится кривая зависимости ΔP=ΔP(lnt) и находится значение углового коэффициента i.The skin factor is also calculated by the HPC, for example, by the method according to which the dependence curve ΔP = ΔP (lnt) is built and the value of the angular coefficient i is found.

Выражение для определения ΔР=ΔP(lnt) имеет вид [3]:The expression for determining ΔР = ΔP (lnt) has the form [3]:

Figure 00000003
или ΔР=ilnt-A,
Figure 00000003
or ΔP = ilnt-A,

где

Figure 00000004
Where
Figure 00000004

k - проницаемость коллектора;k is the permeability of the reservoir;

μ - динамическая вязкость нефти в пластовых условиях;μ is the dynamic viscosity of oil in reservoir conditions;

h - эффективная толщина пласта;h is the effective thickness of the reservoir;

χ - пьезопроводность;χ - piezoconductivity;

rс - радиус скважины;r with - well radius;

S - скин-фактор.S is the skin factor.

Отсюда находят параметры:From here the parameters are found:

Figure 00000005
Figure 00000005

где ε - гидропроводность пласта.where ε is the hydraulic conductivity of the reservoir.

Тогда проницаемость коллектора:Then the permeability of the reservoir:

Figure 00000006
Figure 00000006

Пьезопроводность и приведенная пьезопроводность рассчитываются соответственно как:The piezoconductivity and reduced piezoconductivity are calculated respectively as:

Figure 00000007
Figure 00000007

где m - открытая пористость;where m is the open porosity;

βЖ - сжимаемость жидкости;β W - compressibility of the liquid;

βП - сжимаемость поровых каналов;β P - compressibility of pore channels;

rпp - приведенный радиус.r pp is the reduced radius.

Приведенный радиус скважины:Reduced well radius:

Figure 00000008
Figure 00000008

Скин-фактор:Skin factor:

Figure 00000009
Figure 00000009

Другим распространенным методом расчета скин-фактора является определение значения давления в скважине РС, являющееся точкой пересечения продолжения прямолинейного участка графика с осью ординат (фиг.4).Another common method for calculating the skin factor is to determine the pressure value in the well P C , which is the intersection point of the continuation of the rectilinear section of the graph with the ordinate axis (Fig. 4).

Далее скин-фактор рассчитывается по формуле [4]:Next, the skin factor is calculated by the formula [4]:

Figure 00000010
Figure 00000010

где b - объемный коэффициент нефти.where b is the volumetric coefficient of oil.

Такие параметры, как эффективная толщина пласта h, вязкость жидкости μ, открытая пористость m, сжимаемость жидкости βЖ и сжимаемость поровых каналов βП полагают известными.Such parameters as effective formation thickness h, fluid viscosity μ, open porosity m, fluid compressibility β Ж and compressibility of pore channels β П are considered known.

Гидропроводность также можно рассчитать с использованием коэффициента продуктивности из формулы [5]:Hydraulic conductivity can also be calculated using the coefficient of productivity from the formula [5]:

Figure 00000011
Figure 00000011

Figure 00000012
Figure 00000012

где Rk - радиус контура питания.where R k is the radius of the power circuit.

Таким образом, в блоке 21 идентификации параметров призабойной зоны пласта в режиме реального времени определяются потенциальный дебит скважины и гидродинамические параметры призабойной зоны пласта.Thus, in block 21 of the identification of the parameters of the bottom-hole formation zone, the potential well production rate and the hydrodynamic parameters of the bottom-hole formation zone are determined in real time.

В зависимости от сигнала задания режима, формируемого преобразователем 16 частоты напряжения по сигналу задатчика 17 режима, погружной приводной электродвигатель 3 вращает с определенной частотой ротор насоса 5, откачивающего скважинную жидкость QЖ.Depending on the mode command signal generated by the voltage frequency converter 16 according to the signal of the mode setter 17, the submersible drive motor 3 rotates with a certain frequency the rotor of the pump 5 pumping the well fluid Q Ж.

Для построения алгоритма оптимального управления на выбранном режиме система “пласт - скважина - погружной насос” описана линеаризованными уравнениями в виде последовательных апериодических звеньев с передаточными функциями:To build an optimal control algorithm for the selected mode, the “reservoir - well - submersible pump" system is described by linearized equations in the form of sequential aperiodic links with transfer functions:

Figure 00000013
Figure 00000013

где kЭЦН, ТЭЦН - коэффициент передачи и постоянная времени соответственно электронасосного агрегата;where k ESP , T ESP - transmission coefficient and time constant, respectively, of the electric pump unit;

kСКВ, ТСКВ - коэффициент передачи и постоянная времени соответственно скважины;k SLE , T SLE - transmission coefficient and time constant, respectively, of the well;

p - оператор Лапласа.p is the Laplace operator.

Блок 19 динамической модели системы “пласт - скважина - погружной насос” воспроизводит ее в виде двух последовательно соединенных апериодических звеньев:Block 19 of the dynamic model of the system “reservoir - well - submersible pump" reproduces it in the form of two series-connected aperiodic links:

Figure 00000014
Figure 00000014

где

Figure 00000015
- расчетные коэффициент передачи и постоянная времени соответственно электронасосного агрегата;Where
Figure 00000015
- the estimated transmission coefficient and time constant, respectively, of the electric pump unit;

Figure 00000016
- расчетные коэффициент передачи и постоянная времени соответственно скважины.
Figure 00000016
- estimated transmission coefficient and time constant, respectively, of the well.

В первом звене - расчетной модели электронасосного агрегата сигнал напряжения определенной частоты и амплитуды Uf преобразуется в дебит скважинной жидкости QЖ. Во втором звене - расчетной модели “пласт - скважина” откачивание скважинной жидкости QЖ приводит к изменению забойного давления РЗ. Постоянную времени первого звена

Figure 00000017
можно определить по данным испытаний электронасосного агрегата. Постоянную времени
Figure 00000018
системы “пласт - скважина” (второго звена) можно определить из предварительно снятой КВД. При этом
Figure 00000019
In the first link - the calculation model of the electric pump unit, the voltage signal of a certain frequency and amplitude U f is converted into the flow rate of the well fluid Q Ж. In the second link - the calculation model “reservoir - well” pumping out of the well fluid Q Ж leads to a change in the bottomhole pressure R З. First link time constant
Figure 00000017
can be determined by test data of the electric pump unit. Time constant
Figure 00000018
“reservoir - well” systems (second link) can be determined from previously removed HPC. Wherein
Figure 00000019

Расчетную модель системы “пласт - скважина - погружной насос” во всем диапазоне режимов работы можно также представить в виде системы дифференциальных уравнений:The calculation model of the system “reservoir - well - submersible pump" in the entire range of operating modes can also be represented in the form of a system of differential equations:

Figure 00000020
Figure 00000020

где АP, ВP, CP, DP - заданные матрицы расчетных коэффициентов;where A P , B P , C P , D P - given matrix of calculated coefficients;

Figure 00000021
Figure 00000021

Реальная система “пласт - скважина - погружной насос” является нелинейным непрерывным объектом, описываемым уравнениями:The real system “reservoir - well - submersible pump" is a nonlinear continuous object described by the equations:

Figure 00000022
Figure 00000022

где А, В, С, D - матрицы коэффициентов;where A, B, C, D - matrix of coefficients;

Figure 00000023
Figure 00000023

H(QЖ); G(Uf); U(Pз); R(QЖ) - нелинейные функции.H (Q W ); G (U f ); U (P s ); R (Q W ) - nonlinear functions.

Блок 20 идентификации динамической модели содержит модель идентифицируемых параметров [6] системы “пласт - скважина - погружной насос”:Block 20 identification of the dynamic model contains a model of identifiable parameters [6] of the system “reservoir - well - submersible pump":

Figure 00000024
Figure 00000024

где матрицы АМ, ВМ, СМ, DМ включают перестраиваемые коэффициенты аМ, bM, cM, dM, равные по окончании процесса идентификации коэффициентам а, b, с, d уравнений, описывающих систему “пласт - скважина - погружной насос”.where the matrices A M , B M , C M , D M include tunable coefficients a M , b M , c M , d M , equal at the end of the identification process to the coefficients a, b, c, d of equations describing the “reservoir - well - submersible pump".

Для минимизации разностей коэффициентов ΔA=A-AM; ΔВ=В-ВM; ΔС=С-CM; ΔD=D-DM выбраны функции Ляпунова в виде положительно определенных квадратичных форм:To minimize the difference in coefficients ΔA = AA M ; ΔB = B-B M ; ΔC = C-C M ; ΔD = DD M , the Lyapunov functions are chosen in the form of positive definite quadratic forms:

Figure 00000025
Figure 00000025

где К, L, М, N - положительные определенные диагональные матрицы заданных постоянных коэффициентов;where K, L, M, N are positive definite diagonal matrices of given constant coefficients;

ΔАT, ΔВT, ΔСT, ΔDT - транспонированные матрицы разностей коэффициентов.ΔА T , ΔВ T , ΔС T , ΔD T are transposed matrices of coefficient differences.

В режиме реального времени блок 20 идентификации динамической модели определяет коэффициенты матриц АM, ВM, CM, DМ и выдает управляющие сигналы на адаптивный регулятор 18. Процесс идентификации устойчиво сходим.In real time, the dynamic model identification unit 20 determines the coefficients of the matrices A M , B M , C M , D M and provides control signals to the adaptive controller 18. The identification process is stably converging.

Сравнение расчетных коэффициентов матриц АP, ВP, СP, DP и идентифицируемых коэффициентов матриц АM, ВM, CM, DМ происходит в адаптивном регуляторе 18. Сигналы разностей коэффициентов уравнений, описывающих реальную систему “пласт - скважина - погружной насос”, и эталонных коэффициентов δA=AM-AP; δB=bM-bP; δC=CM-CP; δD=DM-DP служат для настройки адаптивного регулятора 18.Comparison of the calculated coefficients of the matrices А P , В P , С P , D P and identifiable coefficients of the matrices А M , В M , C M , D М occurs in adaptive controller 18. Signals of the differences of the coefficients of equations describing the real system “reservoir - well - submersible pump ”, and reference coefficients δA = A M -A P ; δB = b M -b P ; δC = C M -C P ; δD = D M -D P are used to adjust the adaptive controller 18.

Сигнал управления погружным насосом на выходе адаптивного регулятора 18 имеет вид:The control signal of the submersible pump at the output of the adaptive controller 18 has the form:

Figure 00000026
Figure 00000026

С целью обеспечения устойчивости динамической системы “пласт - скважина - погружной насос” задана функция Ляпунова в виде положительно определенной квадратичной формыIn order to ensure the stability of the dynamic system “reservoir - well - submersible pump" the Lyapunov function is set in the form of a positive definite quadratic form

Figure 00000027
Figure 00000027

где Р - положительно определенная матрица коэффициентов.where P is a positive definite matrix of coefficients.

Управление w ищется в виде:The control w is sought in the form:

Figure 00000028
Figure 00000028

где

Figure 00000029
Where
Figure 00000029

Гиперплоскость σ переключения управления в скользящем режиме:Hyperplane σ switching control in a sliding mode:

Figure 00000030
Figure 00000030

Адаптивный регулятор 18, блок 19 динамической модели системы “пласт - скважина - погружной насос”, блок 20 идентификации динамической модели, блок 21 идентификации параметров призабойной зоны пласта могут быть реализованы в виде программных блоков с помощью кустового контроллера или компьютера автоматизированного рабочего места оператора, на основе которого реализован задатчик 17 режима.Adaptive controller 18, block 19 of the dynamic model of the reservoir-well-submersible pump system, block 20 of identification of the dynamic model, block 21 of identification of parameters of the bottom-hole zone of the formation can be implemented in the form of program blocks using a cluster controller or a computer of the operator’s workstation, on the basis of which the mode switch 17 is implemented.

ЛитератураLiterature

1. Пат. 2140523 RU, МПК Е 21 В 43/00. Способ автоматического регулирования режима работы скважины, оборудованной погружным центробежным насосом /В.О.Кричке (RU). - 97110564/03; Заявл. 24.06.99; Опубл. 10.04.01.1. Pat. 2140523 RU, IPC E 21 V 43/00. A method for automatically controlling the operating mode of a well equipped with a submersible centrifugal pump / V.O. Krichke (RU). - 97110564/03; Claim 06/24/99; Publ. 04/10/01.

2. Пат. 2050472 RU, МПК F 04 D 15/00, F 04 D 13/10, Е 21 В 43/12. Способ эксплуатации погружных центробежных насосных агрегатов в группе скважин и устройство для его осуществления /П.Т.Семченко, И.А.Гордон (RU). - 5023311/06; Заявл. 23.12.91; Опубл. 20.12.95.2. Pat. 2050472 RU, IPC F 04 D 15/00, F 04 D 13/10, E 21 V 43/12. A method of operating submersible centrifugal pumping units in a group of wells and a device for its implementation / P.T.Shemchenko, I.A. Gordon (RU). - 5023311/06; Claim 12/23/91; Publ. 12/20/95.

3. Регламент гидродинамических исследований нефтедобывающих и водонагнетательных скважин на нефтяных и нефтегазовых месторождениях №13-С01-01. М.: - НК “ЮКОС ЭП”, 2002. - С.42.3. The regulation of hydrodynamic studies of oil producing and water injection wells in oil and gas fields No. 13-C01-01. M .: - NK "YUKOS EP", 2002. - P.42.

4. Персиянцев М.Н. Добыча нефти в осложненных условиях. - М.: Недра, 2000. - С.307.4. Persiyantsev M.N. Oil production in difficult conditions. - M .: Nedra, 2000. - P.307.

5. Методика расчета забойного давления и потенциального дебита скважин. - Уфа: 000 “ЮганскНИПИнефть”, 2001. - С.31.5. Methodology for calculating bottom-hole pressure and potential well production. - Ufa: 000 “YuganskNIPIneft”, 2001. - P.31.

6. Справочник по теории автоматического управления /Под ред. А.А.Красовского. - М.: Наука. Гл. ред. физ. - мат. лит., 1987. - С.254.6. Reference on the theory of automatic control / Ed. A.A. Krasovsky. - M .: Science. Ch. ed. physical - mat. lit., 1987. - p. 254.

Claims (1)

Устройство для эксплуатации погружного электронасосного агрегата в нефтегазовой скважине, содержащее установленный в скважине погружной электронасосный агрегат с кабелем питания его электродвигателя, блок погружной телеметрии с датчиками параметров состояния скважины и электронасосного агрегата, измеритель дебита, установленный на выкидной линии, преобразователь частоты напряжения, соединенный со станцией управления, подключенной к кабелю питания электродвигателя, задатчик режима работы, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены адаптивный регулятор, блок динамической модели системы “пласт - скважина - погружной насос”, блок идентификации динамической модели, блок идентификации параметров призабойной зоны пласта, при этом выходы задатчика режима работы соединены с входами адаптивного регулятора, блока динамической модели системы “пласт - скважина - погружной насос” и блока идентификации параметров призабойной зоны пласта, выход которого соединен с входом задатчика режима работы, выход измерителя дебита соединен с входами блока идентификации динамической модели и блока идентификации параметров призабойной зоны пласта, вторые входы которых соединены с выходом станции управления, второй выход которой соединен со вторым входом адаптивного регулятора, выход которого подключен к входу преобразователя частоты напряжения, выходы блока динамической модели системы “пласт - скважина - погружной насос” и блока идентификации динамической модели соединены с третьим и четвертым входами адаптивного регулятора.A device for operating a submersible electric pump unit in an oil and gas well, comprising a submersible electric pump unit installed in the well with a power cable for its electric motor, a submersible telemetry unit with sensors for the state parameters of the well and the electric pump unit, a flow meter installed on the flow line, a voltage frequency converter connected to the station control connected to the power cable of the motor, the mode dial, characterized in that the device is additional The adaptive controller, the dynamic model block of the “reservoir - well - submersible pump” system, the dynamic model identification block, the identification module of the bottomhole formation zone parameters were introduced; the outputs of the operating mode adjuster are connected to the inputs of the adaptive controller, the dynamic model of the “reservoir - well” system - submersible pump ”and the unit for identifying parameters of the bottomhole formation zone, the output of which is connected to the input of the master mode of operation, the output of the flow meter is connected to the inputs of the identification unit a dynamic model and a unit for identifying parameters of the bottom-hole zone of the formation, the second inputs of which are connected to the output of the control station, the second output of which is connected to the second input of the adaptive controller, the output of which is connected to the input of the voltage frequency converter, the outputs of the block of the dynamic model of the formation-well-submersible pump system ”And the identification block of the dynamic model are connected to the third and fourth inputs of the adaptive controller.
RU2004102005/03A 2004-01-22 2004-01-22 Device for operation of electric down-pump in oil-gas well RU2256065C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004102005/03A RU2256065C1 (en) 2004-01-22 2004-01-22 Device for operation of electric down-pump in oil-gas well

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004102005/03A RU2256065C1 (en) 2004-01-22 2004-01-22 Device for operation of electric down-pump in oil-gas well

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2256065C1 true RU2256065C1 (en) 2005-07-10

Family

ID=35838415

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004102005/03A RU2256065C1 (en) 2004-01-22 2004-01-22 Device for operation of electric down-pump in oil-gas well

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2256065C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7624800B2 (en) 2005-11-22 2009-12-01 Schlumberger Technology Corporation System and method for sensing parameters in a wellbore
RU2468191C2 (en) * 2007-04-19 2012-11-27 Бейкер Хьюз Инкорпорейтед System and method, which are used for monitoring physical state of operational equipment of well and controlling well flow rate
RU2605972C2 (en) * 2014-07-28 2017-01-10 Публичное акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина (ПАО "Татнефть" им. В.Д. Шашина) Bottom-hole zone characteristics determining system in stripped wells

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7624800B2 (en) 2005-11-22 2009-12-01 Schlumberger Technology Corporation System and method for sensing parameters in a wellbore
RU2468191C2 (en) * 2007-04-19 2012-11-27 Бейкер Хьюз Инкорпорейтед System and method, which are used for monitoring physical state of operational equipment of well and controlling well flow rate
RU2605972C2 (en) * 2014-07-28 2017-01-10 Публичное акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина (ПАО "Татнефть" им. В.Д. Шашина) Bottom-hole zone characteristics determining system in stripped wells

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7558699B2 (en) Control system for centrifugal pumps
US20200300050A1 (en) Frac pump automatic rate adjustment and critical plunger speed indication
US5735346A (en) Fluid level sensing for artificial lift control systems
Pavlov et al. Modelling and model predictive control of oil wells with electric submersible pumps
CN106948796A (en) Pumping control device and method for pumping unit during non-stop
BR112016010973B1 (en) WELL CONTROL SYSTEM
CN104570991A (en) Indicator diagram-based pumping unit regulation and control method
RU111190U1 (en) OIL PRODUCING WELL WITH ARTIFICIAL INTELLIGENCE
CN114482885B (en) Intelligent control system for pressure-controlled drilling
US20250027500A1 (en) Methods related to startup of an electric submersible pump
CN201531400U (en) Intelligent drainage and production device for immersed pump in coal bed gas wells
CN107939352A (en) Oil well based on electric work figure becomes discharge capacity production regulation and control method
CN113027387B (en) Oil well interval pumping control system and method
RU2475640C2 (en) Method of hydrodynamic investigations of oil wells equipped with electric-centrifugal pumps with converter of current frequency
EP0756065A1 (en) System for controlling production from a gas-lifted oil well
RU2256065C1 (en) Device for operation of electric down-pump in oil-gas well
RU2250357C2 (en) Method for operating well by electric down-pump with frequency-adjusted drive
RU2532488C1 (en) Method to optimise oil production
RU2380521C2 (en) Method of oil withdrawal from high gas content well and electroloading equipment for it
RU2283425C2 (en) Method for bringing formation-well-pump system into effective operating mode with the use of indicator diagram
RU2346156C1 (en) Hydrocarbon material extraction control system
US11466704B2 (en) Jet pump system with optimized pump driver and method of using same
US11649705B2 (en) Oil and gas well carbon capture system and method
CN212723698U (en) Intelligent drainage and mining control system for coal bed gas
Muravyova et al. Application of bottom hole pressure calculation method for the management of oil producing well

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20060123

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20070510

PC4A Invention patent assignment

Effective date: 20070726

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080123

点击 这是indexloc提供的php浏览器服务,不要输入任何密码和下载