Введение к работе
Актуальность работы
Наиболее распространённым в Российской Федерации механизированным способом добычи нефти в малопродуктивных скважинах являются штанговые скважинные установки (УСШН) и низкодебитные установки электроцентробежных насосов (УЭЦН), зачастую работающие с остановками на приток.
Основной проблемный вопрос эксплуатации малопродуктивного фонда скважин, оборудованных УЭЦН, заключается в более высоком уровне затрат на тонну добываемой нефти. Применение УСШН не всегда позволяет сохранить текущий уровень добычи в связи с ограничениями по вязкости добываемого флюида и нагрузок по глубине спуска насоса. При добыче жидкостей повышенной вязкости, с высоким содержанием механических примесей и газа, применение традиционных механизированных способов малоэффективно.
Для добычи нефти из скважин с осложненными условиями разработаны установки электровинтовых насосов с погружным электродвигателем (УЭВН) и винтовые насосы с поверхностным приводом (УВНП), обладающие целым рядом преимуществ по сравнению с насосами других типов.
При всех достоинствах УЭВН высокая скорость вращения погружного двигателя накладывает дополнительные риски по эксплуатации в малопродуктивных скважинах вследствие перегрева и износа обоймы. Применение винтовых насосов с поверхностным приводом ограничивается высоким уровнем потерь на вязкое трение и большим количеством отказов штанговой колонны при работе на повышенных частотах вращения, в связи с этим наибольший практический интерес представляет решение задач по оптимизации их работы в малопродуктивных скважинах.
Цель работы - совершенствование винтовых насосных установок с многозаходными винтовыми парами для эксплуатации малопродуктивных скважин.
Основные задачи исследования
Анализ опыта эксплуатации винтовых насосов, классификация винтовых насосов для добычи нефти. Постановка задачи исследований.
Разработка стенда специальной конструкции для проведения исследований многозаходных насосных пар.
Обоснование кинематического отношения рабочих органов, обеспечивающего эффективную работу насоса при низких частотах вращения винта. Проведение стендовых исследований напорных и энергетических характеристик многозаходных винтовых насосных пар при изменении давления, вязкости жидкости, натяга и частоты вращения, оптимизация режима работы насосных установок.
Исследование влияния вязкости жидкости и натяга на крутящий момент и осевую силу винтового насоса. Оценка эффективности работы винтовых пар, с обоймами из различных марок эластомеров.
Научная новизна
Экспериментально установлен оптимальный коэффициент натяга в пределах от 0,002 до 0,014, обеспечивающий работу винтовых насосных пар с кинематическим отношением 5:6 с максимальным КПД.
Получены эмпирические зависимости подачи, напора, потребляемой мощности многозаходных винтовых насосов от частоты вращения в диапазоне от 20 до 180 об/мин.
Установлена зависимость объемного КПД от частоты вращения винтовых многозаходных насосов с кинематическим отношением 5:6 и числом шагов 4, 5, 8,10.
Методы решения поставленных задач
Поставленные задачи решались с применением стендовых экспериментальных исследований, статистического анализа промысловых
данных и теоретических расчетов.
На защиту выносятся результаты экспериментальных и аналитических исследований многозаходных винтовых насосных пар с кинематическим отношением 5:6 при низких частотах вращения винта.
Практическая ценность
Разработана конструкция стенда для испытаний винтовых насосов, на котором в ООО «НЛП «Винтовые системы» проведены стендовые испытания винтовых пар.
Работоспособность винтовых насосных пар подтверждена промысловой эксплуатацией на Чибьюском месторождении 000 «Нефтяная компания «Дельта-Нафта» при низких частотах вращения винта и штанговой колонны.
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы докладывались на 55-58 научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых (г. Уфа, УГНТУ, 2004-2007гг.), Межвузовской научно-методической конференции (г. Октябрьский, 2004г.), II Всероссийской учебно-научно-методической конференции (г. Уфа, 2004г.), VI, VIII конференциях молодых специалистов организаций, осуществляющих виды деятельности, связанной с пользованием участками недр на территории Ханты-Мансийского автономного округа - Югры (г. Ханты-Мансийск, 2006, 2008гг.).
Публикации
Основное содержание диссертации опубликовано в 11 печатных работах, в том числе 4 научных статьях, 6 материалах на научно-технических конференциях, в том числе 2 статьи опубликованы в изданиях, включенных в перечень ВАК РФ, получен 1 патент РФ.
Объём и структура работы
Диссертация состоит из введения, 3 глав, основных выводов, списка использованной литературы из 104 наименований, содержит 115 страниц машинописного текста, 38 рисунков, 29 таблиц и приложения на 5 страницах.
Автор выражает благодарность сотрудникам и директору ООО «НПП «Винтовые системы» к.т.н. А.Р.Броту, а также коллективу кафедры нефтегазопромыслового оборудования за помощь в подготовке работы.
