Введение к работе
Актуальность работы
В настоящее время основной объем добываемой в России нефти приходится на месторождения Западной Сибири. При этом широкое распространение имеют установки элсктроцентробежных насосов (УЭЦН), которыми оборудовано до 70 % добывающих скважин Юганского региона. Данное положение обусловлено преимуществами УЭЦН (высокая производительность и напор), реализуемыми в процессе увеличения обводненности нефтяных месторождений и необходимостью форсированного отбора жидкости из скважин При больших подачах, по затратам энергии на тонну добываемой нефти, электроцентробежные насосы (ЭЦН) более выгодны, чем штанговые
Главной задачей нефтегазодобывающих предприятий является максимально возможная добыча нефти и газа с наименьшим уровнем удельных эксплуатационных и капитальных затрат на тонну добываемой продукции, что требует постоянного совершенствования техники и технологии добычи нефти и газа.
Современное состояние эксплуатации нефтяных месторождений России характеризуется существенным влиянием осложняющих факторов С каждым годом увеличиваются объемы вкладываемых финансовых ресурсов в профилактику и устранение последствий их влияния на работу УЭЦН Интенсификация отбора жидкости при снижении динамического уровня и забойного давления приводит к необходимости увеличения глубины спуска погружного оборудования, что существенно обостряет проблему низкой термостойкости отдельных его узлов и требует дополнительных затрат по обеспечению эффективной эксплуатации в условиях повышенных температур. Последнее возможно при использовании более дорогих составных элементов погружного оборудования, таких как синтетические термостойкие масла для погружных электродвигателей (ПЭД), специальные термостойкие материалы для изготовления резинотехнических деталей УЭЦН и др.
Таким образом, разработка методов повышения термической стойкости погружного оборудования УЭЦН для эффективной эксплуатации в условиях повышенных температур скважин является весьма актуальной и требует поиска новых технических решений, направленных на сокращение непроизводительных затрат в процессе нефтедобычи
Целью работы является повышение эффективности эксплуатации и продление ресурса скважинного оборудования УЭЦН в условиях высоких пластовых температур
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решались следующие основные задачи:
-
анализ эксплуатации скважинного оборудования УЭЦН в условиях повышенного температурного режима скважин нефтяных месторождений Западной Сибири,
-
усовершенствование расчетной модели теплообмена в элементах ПЭД с учетом конвективного переноса теплоты, позволяющей оценить допустимое время работы УЭЦН при выводе скважины на режим,
-
разработка конструкции УЭЦН с дополнительной системой охлаждения высокооборотного регулируемого ПЭД путем принудительного его обтекания добываемой жидкостью;
-
исследование теплообмена в элементах ПЭД и работы УЭЦН с дополнительной системой охлаждения высокооборотного регулируемого двигателя в условиях повышенных температур
Методы решения поставленных задач:
1 Статистический анализ влияния температуры на работу скважинного
оборудования УЭЦН
2 Аналитический расчёт температуры в элементах ПЭД на основе теории
теплообмена с учётом конвективной составляющей.
3 Конструкторская проработка рекомендованных мероприятий Экспери
ментальные исследования высокооборотного регулируемого ПЭД с дополни
тельной системой теплоотвода в стендовых и промысловых условиях.
5 Научная новизна
-
Усовершенствована математическая модель теплообмена в элементах скважинного оборудования УЭЦН, учитывающая анизотропию теплофизиче-ских свойства и внутренние источники тепла элементов ПЭД, а также конвективную составляющую в процессе переноса теплоты от поверхности ПЭД к поверхности эксплуатационной колонны
-
Расчетным путем в рамках предложенной математической модели доказано, что конвективный перенос теплоты изменяет температурное поле в элементах ПЭД на 10 %
-
Установлено, что конвективная составляющая переноса теплоты в диапазоне температур 70 140 С увеличивает время нагрева ПЭД как минимум на 25%
На защиту выносятся теоретические выводы и обобщения, методы, практические рекомендации по совершенствованию узлов УЭЦН для эксплуатации в скважинах с повышенной температурой пласта, новое техническое решение по дополнительной системе охлаждения высокооборотного регулируемого ПЭД
Практическая ценность работы
Получены номограммы для оценки допустимого времени работы высокооборотного регулируемого ПЭД без циркуляции охлаждающей жидкости в зазоре между его поверхностью и поверхностью эксплуатационной колонны в процессе вывода скважины на режим
Предложено техническое решение (пат РФ №2293217), направленное на повышение эффективности эксплуатации скважин установками погружных центробежных электронасосов в условиях повышенных температур, реализованное в виде дополнительной системы охлаждения высокооборотного регулируемого ПЭД посредством его принудительного обтекания жидкостью Эксплуатация 20 установок с дополнительной системой охлаждения ПЭД позволила при повышении средней наработки на отказ на 37 % увеличить добычу нефти на 40 %.
Публикации
Основное содержание диссертации опубликовано в 12 печатных трудах, в том числе 11 статьях, 3 из которых в изданиях, включенных в Перечень ВАК, и 1 патенте РФ
Структура и объём диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованной литературы из 133 наименований, двух приложений и изложена на 120 листах машинописного текста, включая 37 рисунков и 9 таблиц
