Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Кафедра автоматизованих систем управління
Інформація про роботу
Рік:
2008
Тип роботи:
Курсовий проект
Предмет:
Моделювання систем
Група:
КН
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Міністерство освіти і науки України
Національний університет “Львівська політехніка”
Кафедра автоматизованих систем управління
Завдання на курсовий проект
з дисципліни
“Моделювання систем та дослідження операцій”
Прізвище, ім'я студента Красовський Вадим
Група КН-412
Тема курсової роботи Імітаційне моделювання управління видобуванням нафти за допомогою штангово - свердловинної насосної установки в пакеті MATLAB/SIMULINK
Спеціальна частина завдання:
1. Провести огляд літератури про особливості імітаційного моделювання управлінням видобування нафти
2. Змоделювати САУ видобутку нафти .
3. Реалізувати дане моделювання в пакеті MATLAB/SIMULINK.
4. Вивести графічно результати роботи.
5. Термін завершення роботи - 31 травня 2008 р.
Завдання видано 26 лютого 2008 р.
Керівник Балич Б.І.
Струк Є.С.
Студент Красовський В.Б.
Зміст
Вступ………………………………………………………………………..…....4
Технологічні особливості проблеми видобутку нафти…………..…...5
Класифікація нелінійних систем в САУ………………………………...6
Програмне середовище MathLab для реалізації математичного програмування. …………………………………………………….…....8
Пакет Simulink - ядро програмного комплексу моделювання. ……..10
Експлуатація нафтових свердловин:
Фонтанна експлуатація……………………………………………….15
Компресорна експлуатація…………………………… ………….….18
За допомогою штангових свердловинних насосних установок…..20
За допомогою занурених відцентрових насосів ………………..…22
Фізичний зміст роботи штангової свердловинно-насосної установки (ШСНУ) з крутильним маятником………………………………...…..23
Моделювання системи з вільним та затухаючим коливанням……...27
Підсистема «Drive out» та «Reset intgs»……………………………...32
Схема розміщення глибинного насосу на різних стадіях експлуатації свердловини………………………………………………………….…37
Функціональні залежності поділу води та нафти…………………...40
САУ технологічним режимом роботи ШСНУ……………………...42
Моделювання загальної схеми САУ видобутку нафти…………….43
Висновки…………………………………………………………………….…45
Список використаної літератури…………………………..……………..….46
Вступ
Забезпеченість України паливно-енергетичними ресурсами одне з найголовніших завдань національної економіки, без розвитку якого неможливе успішне здійснення соціальних , економічних і науково-технічних програм. Нафта та газ набули дуже широкого використання в нашому житті. Нафта, газ та продукти їх переробки являються не лише висококалорійним паливом, але і цінною сировиною для хімічної промисловості. Із нафти та газу отримують спирти, формалін, ацетилен, штучні барвники, синтетичні волокна, оливи, дорожні покриття. Нафта та газ мають великі переваги перед всіма іншими видами палива, як по калорійності, так і по ціні. Протягом останніх років галузь стабілізувала виробництва і забезпечила видобуток нафти на рівні 4,2 мільйона тон і газу 18 мільярдів кубічних метрів.
Ресурсна база нафтогазовидобувної промисловості України за умов ефективного використання дай можливості не лише стабілізувати, а у перспективі й підвищити обсяги видобутку палива. Забезпеченість України паливно-енергетичними ресурсами одне з найголовніших завдань національної економіки, без розвитку якого неможливе успішне здійснення соціальних , економічних і науково-технічних програм.
Нафта та газ набули дуже широкого використання в нашому житті. Нафта, газ та продукти їх переробки являються не лише висококалорійним паливом, але і цінною сировиною для хімічної промисловості. Із нафти та газу отримують спирти, формалін, ацетилен, штучні барвники, синтетичні волокна, оливи, дорожні покриття. Нафта та газ мають великі переваги перед всіма іншими видами палива, як по калорійності, так і по ціні. Протягом останніх років галузь стабілізувала виробництва і забезпечила видобуток нафти на рівні 4,2 мільйона тон і газу 18 мільярдів кубічних метрів. Ресурсна база нафтогазовидобувної промисловості України за умов ефективного використання дала можливості не лише стабілізувати, а у перспективі й підвищити обсяги видобутку палива.
Технологічні особливості проблеми видобутку нафти
Свердловиною називається гірнича виробітка, що має при малому діаметрі достатньо значну довжину. Початком свердловини називається устя, а її кінець – вибоєм. Простір від гирла до вибою свердловини називається стволом. Свердловини можуть бути вертикальні або похилі. Головне призначення свердловини – вилучення нафти, газу або води із покладу на поверхню, тобто свердловина являється каналом, що з’єднує нафтовий, газовий або водяний пласт з поверхнею землі. Технічний стан свердловини – конструкція їх вибоїв, герметичність та якість цементування обсадних колон, надійність та герметичність гирлового обладнання – основа ефективного освоєння свердловин, довгої та безперебійної експлуатації. Продукція свердловини може бути піднята на поверхню або за рахунок пластової енергії, або за рахунок сумісного впливу пластової енергії та енергії, що подається в свердловину з поверхні.
Енергія витрачається на підйом продукції від вибою до устя свердловини, на подолання опору в гирловій обв’язці, сепараторах, замірних пристроях, трубопроводах промислового збору. Обладнанням свердловини називають всі ті частини її конструкції, які забезпечують відбір продукції в необхідному режимі та проведення всіх технологічних операцій в процесі експлуатації.
Класифікація нелінійних систем в САУ
З погляду математичного опису системи автоматичного керування діляться на лінійні й нелінійні. Нелінійна система - це система, що містить хоча б одну нелінійну ланку, тобто ланку, яка описується нелінійним рівнянням. Всі реальні САУ нелінійні, однак часто є можливість, обмежившись розглядом малих відхилень від сталого режиму, звести завдання до дослідження лінійної моделі реальної системи шляхом лінеаризації останньої. Це можливо у випадку систем, що містять тільки несуттєво нелінійні ланки.
Умови лінеаризації ланок визначають область застосування теорії лінійних САУ. Крім того, ця теорія може бути використана для наближеного дослідження САУ, що містять істотно нелінійні ланки, якщо ці не лінійності досить малі й ними в першому наближенні можна зневажити. Так, наприклад, часто можна не враховувати наявну в якої-небудь ланки зону нечутливості, якщо вона мала в порівнянні зі сталими відхиленнями в системі, обумовленими без її обліку. Так може бути відкинута петля гістерезису (наприклад, у статичній характеристиці електромашинного підсилювача), якщо вона досить вузька. Прикладом істотної не лінійності, який ніколи не можна зневажити, є релейна характеристика. Включення в систему ланки з такою характеристикою надає системі якісно зовсім нові властивості.
Випливають нелінійності: насичення (обмеження), нечутливість, неоднозначність у вигляді мертвого ходу (люфту) і релейні характеристики. Всі ці не лінійності симетричні. Аналогічно можна скласти опис і для несиметричних нелінійностей, а також нелінійностей, що представляють собою комбінації зазначених простих нелінійностей.
У результаті математичного опису нелінійної САУ складається структурна схема, що складається з лінійних, тобто лінеаризованних, і істотно нелінійних ланок. При описі останніх, у свою чергу, здійснюється ідеалізація з метою спрощення цього опису аж до переходу в більшості випадків до типових нелінійностей.
Не лінійності істотно ускладнюють дослідження систем, тому що немає загальних методів рішення описуваних їх нелінійних диференціальних рівнянь. Однак у цей час є ряд методів рішення окремих класів нелінійних завдань. Ці методи досить прості й дозволяють шляхом їхнього спільного застосування успішно вирішувати завдання аналізу нелінійних САУ.
Хоча не лінійності утрудняють дослідження САУ, їх не можна розглядати як обов'язково небажане явище. Не лінійності рівною мірою можуть робити як шкідливе, так і корисний вплив на роботу системи. Більше того, поряд з нелінійностями, присутніми в САУ всупереч нашому бажанню, наприклад, в об'єкті керування, широко застосовуються не лінійності, системи, що вводять спеціально в керуючий пристрій, з метою одержання певного позитивного афекту в роботі САУ. До таких нелінійностей ставляться, зокрема, релейні керуючі пристрої і нелінійні коригувальні ланки в системах безперервної дії.
Не лінійності надають САУ ряд якісно особливих властивостей, неможливих у лінійних САУ. Нелінійні системи незмірно багаті по своїх можливостях, чим лінійні. Останні утворять, власне кажучи, досить вузький клас систем, що представляють собою результат граничного спрощення реальних нелінійних систем.
Програмне середовище MathLab для реалізації математичного програмування.
MATLAB — одна з найстарших, ретельно пророблених і перевірених часом систем автоматизації математичних розрахунків, побудована на розширеному поданні й застосуванні матричних операцій. Це знайшло відбиття в назві системи — MATrix LABoralory — матрична лабораторія.
Матриці широко застосовуються в складних математичних розрахунках, наприклад, при рішенні завдань лінійної алгебри й математичного моделювання статичних і динамічних систем і об'єктів. Вони є основою автоматичного складання й рішення рівнянь стану динамічних об'єктів і систем. Прикладом програми, що виконує це може служив, розширення MATLAB - Simulink. Воно істотно підвищує інтерес до системи MATLAB, що увібрала в себе кращі досягнення й області швидкого рішення матричних завдань за післявоєнний час.
MATLAB поставляється як комплекс MATLAB + Simulink + Toolbox + Block-set, де розділами системи Toolbox і Blockset корпорація Math Works називає пакети розширення для систем MATLAB і Simulink, відповідно.
Однієї з основних завдань системи МAТLАВ завжди було надання користувачам потужної мови програмування, орієнтованого на технічні й математичні розрахунки й здатного перевершити можливості традиційних мов програмуванні, які багато років використалися для реалізації чисельних методів. При цьому особлива увага приділялася як підвищенню швидкості обчислень, так і адаптації системи до рішення найрізноманітніших завдань користувачів.
Важливими достоїнствами системи є її відкритість і розширюваність. Більшість команд і функцій системи реалізовані у вигляді m-файлів текстового формату і файлів мовою Сі, причому всі файли доступні для модифікації. Користувачеві дана можливість створювати не тільки окремі файли, але й бібліотеки файлів для реалізації специфічних завдань. Такі файли можна готовити як у простому й зручному редакторі m-файлів системи MATLAB, так і в будь-якому іншому текстовому редакторі - наприклад Microsoft Word 97/20O0/XP. Більше того, такі файли можна перенести за допомогою буфера в командний рядок MATLAB і відразу виконати.
MATLAB - розширювана система, і її легко пристосувати до рішення потрібних користувачеві специфічних класів завдань. Її величезне достоїнство полягає в тім, що це розширення досягається природним шляхом і реалізується у вигляді так званих файлів. Іншими словами, розширення системи зберігаються па жорсткому диску комп'ютера й у потрібний момент викликаються для використанні точно так само. як вбудовані в MATLAB (внутрішні) функції й процедури.
Завдяки текстовому формату користувач може ввести в систему будь-яку нову команду, оператор або функцію й потім користуватися ними настільки ж просто, як і убудованими операторами або функціями. При цьому, на відміну від таких мов програмування, як Бейсик, Сі або Паскаль, не потрібно ніякого оголошення цих нових функцій. Це ріднить MATLAB з мовами Лого й Форт, що мають словникову організацію операторів і функцій і можливості поповнення словника новими визначеннями-словами. Але, оскільки нові визначення в системі MATLAB зберігаються й виді файлів на диску, це робить набір операторів і функцій практично необмеженим.
У базовий набір слів системи входять спецзнаки, знаки арифметичних і логічних операцій, арифметичні, тригонометричні й деякі спеціальні функції, функції перетворення Фур'є й фільтрації, векторні й матричні функції, засоби для роботи з комплексними числами, оператори побудови графіків у Декартовій і полярній системах координат, тривимірних поверхонь і т.д. Словом, MATLAB надає користувачеві великий набір готових засобів.
Додатковий рівень системи утворять її пакети розширення. Вони дозволяють швидко орієнтувати систему на рішення завдань у тієї або іншій предметній області.
Пакет Simulink - ядро програмного комплексу моделювання.
Моделювання можна розглядати як заміщення досліджуваного об'єкта (оригіналу) його умовним образом, описом або іншим об'єктом, іменованим моделлю й, що забезпечує адекватне з оригіналом поводження в рамках деяких допущень і прийнятних погрішностей. Моделювання звичайно виконується з метою пізнання властивостей оригіналу, шляхом дослідження його моделі, а не самого об'єкта. Зрозуміло, моделювання виправдане в тому випадку, коли воно простіше створення самого оригіналу або коли останній з якихось причин краще взагалі не створювати.
Математичне моделювання це галузь науки й техніки, що забезпечує виявлення закономірностей протікання різних явищ навколишнього нас миру або роботи систем і пристроїв шляхом їхнього математичного опису й моделювання без проведення натурних випробувань. При цьому використаються фундаментальні положення й закони математики, що описують модельовані явища, системи або пристрої на деякому рівні їхньої ідеалізації.
Таким чином, математична модель системи або пристрою - це інший математичний опис їх, що забезпечує імітацію роботи систем або пристроїв на рівні, досить близькому до реального поводження їх, одержуваному при натурних випробуваннях систем або пристроїв. Критерієм коректності моделі ми будемо вважати досить малу погрішність (найчастіше середньоквадратичність) результатів моделювання.
Математичне моделювання суспільних, економічних, біологічних і фізичних явищ, об'єктів, систем і різних пристроїв - найважливіший засіб пізнання природи й проектування найрізноманітніших систем і пристроїв. Хрестоматійними стали приклади ефективного використання моделювання й створенні ядерних технологій, авіаційних і аерокосмічних систем, у прогнозі атмосферних і океанічних явищ, погоди й так далі.
Однак для таких серйозних сфер моделювання нерідко потрібні суперкомп'ютери й роки роботи великих колективів учених по підготовці даних для моделювання і його налагодження. Проте й у цьому випадку математичне моделювання складних систем і пристроїв не тільки заощаджує засобу на проведення досліджень і розробок їх, але й часом рятує життя людей і усуває екологічні катастрофи. Тут прикладом може служити відмова від випробування ядерної й термоядерної зброї на користь його математичного моделювання або моделювання аерокосмічних систем перед їхніми реальними польотами.
Тим часом математичне моделювання на рівні рішення більше простих завдань, наприклад з області механіки, електротехніки, електроніки й радіотехніки (і багатьох інших галузей науки й техніки) у цей час стало доступним багатьом користувачам сучасних ПК. А при використанні узагальнених моделей стає можливим моделювання й достатнє складних систем, наприклад електроенергетичних систем або промислових комплексів.
Як відомо, складні електричні ланцюги постійного струму легко описуються системами лінійних рівнянь, складеними на основі законів Кірхгофа, - наприклад методами вузлових потенціалів і контурних струмів. Для ланцюгів змінного струму прийде становити такі рівняння з комплексними елементами. А для моделювання динамічних систем і пристроїв прийде становити й вирішувати системи диференціальних рівнянь, найчастіше нелінійних. Матрична система MATLAB - ідеальний засіб для реалізації такого моделювання.
У даному описі ми під моделлю будемо мати на увазі блокову (функціональну) діаграму системи або пристрою, що містить її компоненти у вигляді окремих блоків і підсистем з відповідним описом їхніх властивостей. Це опис, як правило, носить внутрішній характер і кількісно може коректуватися зміною параметрів у списку параметрів кожного компонента. За допомогою підсистем користувач може становити свої власні складні компоненти. Набір віртуальних пристроїв, що реєструють, дозволяє контролювати поводження створеної
Як ми вже відзначали, пакет Simulink є ядром інтерактивного програмного комплексу, призначеного для математичного моделювання лінійних і нелінійних динамічних систем і пристроїв, представлених своєю функціональною блок-схемою, іменованою S-моделлю або просто моделлю. При цьому можливі різні варіанти моделювання: у тимчасовій області, у частотній області, із подійним керуванням, на основі спектральних перетворень Фур'є, з використанням методу Монте-Карло (реакція на впливи випадкового характеру) і т.д.
Для побудови функціональної блок-схеми моделюючих пристроїв Simulink має велику бібліотеку блокових компонентів і зручний редактор блок-схем. Він заснований на графічному інтерфейсі користувача й власне кажучи є типовим засобом візуально-орієнттованого програмування. Використовуючи палітри компонентів (набори), користувач за допомогою миші переносить потрібні блоки на робочий стіл пакета Simulink і з'єднує лініями входи й виходи блоків. Таким чином, створиться блок-схема системи або пристрою, тобто модель.
Simulink автоматизує наступний, найбільш трудомісткий етап моделювання: він становить і вирішує складні системи алгебраїчних і диференціальних рівнянь, що описують задану функціональну схему (модель), забезпечуючи зручний і наочний візуальний контроль за поводженням створеного користувачем віртуального пристрою. Вам досить уточнити (якщо потрібно) вид аналізу й запустити Simulink у режимі симуляції (звідки й назва пакета — Simulink) створеної моделі системи йди пристрою. Надалі ми будемо використати термін «моделювання» як більше благозвучний і звичний для нашої літератури.
Засоби візуалізації результатів моделювання в пакеті Simulink настільки наочні, що часом створюється відчуття, що створена у вигляді блок-схеми модель працює «як живаючи». Більше того, Simulink практично миттєво міняє математичний опис моделі в міру уведення її нових блоків, навіть у тому випадку, коли цей процес супроводжується зміною порядку системи рівнянь і веде до істотної якісної зміни поводження системи. Втім, це є однієї з головних цілей пакета Simulink.
Цінність Simulink полягає й у великої, відкритої для вивчення й модифікації бібліотеці компонентів (блоків). Вона включає джерела сигналів із практично будь-якими тимчасовими залежностями, масштабуючі, лінійні й нелінійні перетворювачі з різноманітними формами передатних характеристик, квантуючий пристрій, що інтегрують і диференціюють блоки й т.д.
У бібліотеці є цілий набір віртуальних пристроїв, що реєструють, - від простих вимірників типу вольтметра або амперметра до універсальних осцилографів, що дозволяють переглядати тимчасові залежності вихідних параметрів моделюючих систем - наприклад, струмів і напруг, переміщень, тисків і т.п. Є навіть графобудівник для створенні фігур у полярній системі координат, наприклад фігур Ліссажу й фазових портретів коливань. Simulink має засобу анімації й звукового супроводу. А в додаткових бібліотеках можна відшукати й такі «дорогі прилади», як аналізатори спектра складних сигналів, багатоканальні самописи й засоби анімації графіків.
Програмні засоби моделювання динамічних систем відомі давно, до них ставляться, наприклад, програми Tulsim і LabVIEW for Industrial Automation. Однак для ефективного застосування таких засобів необхідні високошвидкісні вирішальні пристрої. Інтеграція однієї з найшвидших матричних математичних систем - MATLAB з пакетом Simulink відкриває нові можливості використання найсучасніших математичних методів для рішення завдань динамічного й ситуаційного моделювання складних систем і пристроїв.
Засоби графічної анімації Simulink дозволяють будувати віртуальні фізичні лабораторії з наочним поданням результатів моделювання. Можливості Simulink охоплюють завдання математичного моделювання складних динамічних систем у фізику, электро- і радіотехніку, у біології й хімії — словом, у всіх галузях науки й техніки. Цим пояснюється популярність даного пакета як в університетах і інститутах, так і в наукових лабораторіях. І, нарешті, важливим достоїнством пакета є можливість завдання в блоках довільних математичних виражень, що дозволяє вирішувати типові завдання, користуючись прикладами пакета Simulink іди ж просто задаючи нові вираження, що описують роботу моделюючих користувачем систем і пристроїв. Важливою властивістю пакета є й можливість завдання системних функцій із включенням їх до складу бібліотек Simulink. Необхідно відзначити також можливість моделювання пристроїв і систем у реальному масштабі часу.
Як програмний засіб Simulink - типовий представник візуально - орієнтуючих мов програмування. На всіх етапах роботи, особливо при підготовці моделей систем, користувач практично не має справи зі звичайним програмуванням. Програма в кодах автоматично генерується в процесі уведення обраних блоків компонентів, їхніх з'єднань і завдання параметрів компонентів.
Важливе достоїнство Simulink - це інтеграція не тільки із системою MATLAB, але й з рядом інших пакетів розширення, що забезпечує, власне кажучи, необмежені можливості застосування Simulink для рішення практично будь-яких завдань імітаційного й подійного моделювання.
Експлуатація нафтових свердловин
а) фонтанна експлуатація
Явище підйому нафти у свердловині з видою на поверхню під дією пластової енергії називається фонтануванням, а спосіб експлуатації – фонтанним.
Практика експлуатації свердловин показує, що в переважній більшості випадків фонтанування відбувається одночасно за рахунок гідростатичного напору та енергії газу, що розширяється. В таких фонтанних свердловинах при вибійна зона заповнена тільки нафтою з розчиненим в ній газом, тобто одною фазою. По мірі підйому нафти в свердловині у напрямку гирла тиск зменшується, і коли він стає рівним тиску насичення, із нафти починає виділятися розчинений газ, тобто друга фаза.
Двохфазний потік ділять на три основних режими руху:
1) режим піни (рис. 1а), при якому бульбашки газу більш або менш рівномірно розподілені в потоці нафти;
2) „чіт очний” режим (рис. 1б), коли газ що розширюється утворює в потоці нафти великі бульбашки;
3) режим „туману” ( рис. 1в), при якому потік газу рухається по центру труби і захоплює за собою краплини нафти.
На практиці зустрічаються всі три види руху двофазного потоку. В деяких свердловинах всі ці режими можуть існувати одночасно, в нижній частині свердловини перший режим, в середній частині – другий, а в приустьовій частині – третій.
Обладнання фонтанних свердловин включає наземне та підземне обладнання відносять насосно-компресорні труби (НКТ). Вони являють собою труби невеликих діаметрів – 60, 73, 89 мм довжиною 5 – 10 м, які з’єднуються між собою за допомогою муфт. НКТ спускають всередину експлуатаційної колон, по них виконується підйом нафти на поверхню. НКТ використовують при всіх способах експлуатації свердловин.
До наземного обладнання відносять фонтанну арматуру, яку встановлюють на колонну головку свердловини та маніфольд. Фонтанна арматура (рис. 2а, 2б) призначена для підвішування НКТ та експлуатаційною колоною, а також для контролю і регулювання
Рис. 1а Рис. 1б Рис. 1в
Правильна експлуатація фонтанної свердловини зводиться до забезпечення довгого фонтанування та найбільш раціональних витрат пластової енергії. В переважній більшості випадків правильна експлуатація фонтанних свердловин досягається за рахунок обмеження дебету свердловини.
2а – Фонтанна ялинка; 2б – Трубна головка;
Рис. 2 Режиму роботи свердловини .
b) Компресорна експлуатація свердловин
По мірі зниження величини пластової енергії, дебіт фонтанних свердловин зменшується. В той момент, коли пластової енергії недостатньо для підйому нафти із пласту на поверхню, процес фонтанування свердловини припиняється.
Процес фонтанування може бути відновлений подачею до башмаку спущених в свердловину НКТ стиснутого повітря або газу. Так як стиснуте повітря або газ отримують використовуючи компресори, то спосіб штучного фонтанування з використанням цих агентів називають компресорним.
Для повітряного чи газового підйомника при компресорній експлуатації не відрізняється від дії фонтанного підйомника. При компресорній експлуатації газ або повітря подають до башмаку НКТ, а при фонтанній експлуатації газ надходить із пласту.
Підйом нафти, який виконується з використанням закачуємого газу називається газліфтом, а з використанням повітря ерліфтом. Якщо в якості робочого агента використовують природний газ високого тиску, при якому не використовуються компресори, то такий спосіб видобутку нафти називають без компресорним газліфтом.
Газовий або повітряний підйомник (рис. 3) складається із двох каналів (трубопроводів), один з яких служить для подачі робочого агента, а другий – для підйому рідини. Тобто в свердловину спускають два ряди НКТ. При нагнітанні по повітряним трубам газ або повітря витіснивши із них нафту до башмака НКТ, почне надходити в труби, перемішуючись у вигляді бульбашок з нафтою і знижувати її густину. Чим більше повітряні труби, тим менше буде густина нафтової суміші і тим на більшу висоту підніматися ця суміш. Висота підйому нафто - повітряної або нафтогазової суміші в підйомних трубах залежить від кількості нагнітаємого повітря або газу, глибини занурення труб під статичний рівень, їх діаметра та в’язкості нафти.
Рис3. Газовий або повітряний підйомник.
Область застосування газліфта чи ерліфта – високодебітні свердловини з великим вибійними тисками, свердловини з високим газовим фактором і вибійним тиском нижче тиску насичення, піщані свердловини, викривленні свердловини, а також свердлови-
ни у важкодоступних умовах. Газліфт можна застосовувати тільки при наявності достатньої кількості газу.
Якщо на нафтовому родовищі або поблизу нього знаходяться газові пласти з високим тиском та якщо запаси такого газу достатньо великі, то доцільно використовувати енергію цього газу для підйому нафти з свердловини, що припинила фонтанування внаслідок падіння пластового тиску. Даний спосіб підйому нафти з використанням природного газу високого тиску називають без-компресорним газліфтом. Експлуатація свердловин газліфтом (без-компресорним) достатньо економна.
с) За допомогою штангових свердловинних насосних установок
Суть даного способу експлуатації свердловин полягає у тому, що у свердловині розміщують плунжерний насос, який приводиться в дію поверхневим приводом за допомогою колони штанг. (рис. 4)
Штангова глибино – насосна установка (ШГНУ) складається із насоса опущеного у свердловину, колони штанг, верстата – качалки, встановленого біля устя свердловини. Зворотно – поступа-
льний рух колони насосних штанг і приєднаного до них плунжера забезпечується верстатом – качалкою.
Спосіб видобутку нафти за допомогою ШГНУ досить розповсюдженій в нашій країні. Даним способом можна добувати від 1 до 500 т нафти на добу. Однак в більшості випадків глибинно-насосну експлуатацію застосовують в мало та середньодебітних нафтових свердловинах.
Рис4. Штангова глибино – насосна установка
1 – циліндр насоса; 2 – плунжер; 3 – колона штанг; 4 – НКТ; 5 – трубна головка;
6 – ялинка; 7 – головка балансира; 8 – балансир; 9 – шатун; 10 – кривошип; 11 – електродвигун;
d) Експлуатація нафтових свердловин зануреним відцентровим насосом
Електровідцентрові насосні установки (рис. 5) складаються: із відцентрового насоса 4, електродвигуна 1. кордони підйомних труб 11, броньованого кабелю 5, гирлової арматури 10, кабельного барабану 7 та інше допоміжне обладнання.
Рис. 5
1 – електродвигун; 2 – протектор; 3 – фільтр; 4 – відцентровий насос; 5 – броньований кабель; 6 – підвісний ролик; 7 – барабан; 8 – автотрансформатор;
9 – станції керування; 10 – гирлова арматура; 11 – колона підйомних труб.
Фізичний зміст роботи штангової свердловинної насосної установки (ШСНУ) з крутильним маятником.
Видобуток нафти при даному способу експлуатації відбувається слідуючим чином. Електродвигун обертає вал відцентрового насосу, нафта всмоктується через фільтр відцентровим насосом і нагнітається на поверхню по насосним трубам. Для електровідцентрових насосів характерний великий міжремонтний період їх роботи. Наземне обладнання ЕВН відрізняється своєю простотою та не потребує спеціальних фундаментів та інших споруд.
В Україні широко використовують занурені відцентрові насоси. Їх використовують в тих випадках, коли потрібно виконувати інтенсивний відбір нафти із свердловини при великій глибині залягання продуктивних пластів, а також в свердловинах з агресивними пластовими водами.
Сучасний стан розвитку методів і технічних засобів видобутку нафти з малодебітних свердловин, що високообводнюються, переживає драматичний період, обумовлений, по-перше, тим, що всі свердловини на завершальній стадії експлуатації переходять в розряд малодебітних по нафті, а технологіявидобутку і технологічне устаткування залишається колишнім. По-друге, зміна режимів продуктивного пласта і видобуваючих свердловин вимагає відповідної зміни режимів видобутку на основі підвищення економічності і зниження собівартості, а технічні засоби, які можуть здійснити це, відсутні.
Найбільш економічними з погляду витрат енергії є наземні приводи штангових свердловинних насосних установок (ШСНУ) маятникового типу (осцилятори).
У сучасній техніці практично не використовуються ті, що коливають системи маятникового типу (окрім годинникових механізмів), що володіють всіма ознаками маятника. Тому представляє інтерес використання маятника в системі приводу ШСНУ.
Розглянемо привід насоса, в роботі якого використовується принцип дії крутильного маятника Максвела (рис. 6).
Рис 6. Кінематична схема наземного приводу ШСНУ з крутильним маятником.
На початку робочого циклу (колона штанг опущена) електропривід 7 через редуктор 5 обертає маховик 6 і барабани 4.1 і 4.2, сполучені цепом 4, і за допомогою троса 3, сполученого з ланцюгом 4 в крапці А, піднімає колону штанг у верхнє положення. У крапці А відбувається зміна напрямку руху штанг насоса.
Робочий процес починається з опускання колони штанг під дією гравітаційних сил. Потенційна енергія штанг при опусканні перетвориться в кінетичну енергію обертання маховика 6. Кінетична енергія обертання маховика, запасена в період опускання колони штанг, використовується для підняття вантажу в період ходу вгору. Втрати при русі всіх елементів завглибшки насосної установки, не дозволяють підняти штанги на початкову висоту тільки за рахунок енергії маховика.
Коли кінетична енергія маховика вичерпується, електропривід 7 продовжує підйом штанг до досягнення ними первинного положення, тим самим відбувається компенсація втрат в коливальній системі.
Для визначення оптимального закону управління приводом ШСНУ розроблена імітаційна модель в математичному пакеті фірми MathWorks — MATLAB Simulink 4.0. Привід ШСНУ маятникового типу з електродвигуном є складною нелінійною коливальною динамічною системою. Вільні коливання крутильного маятника описуються наступним диференціальним рівнянням:
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора