Содержание к диссертации
Введение 6
Глава 1. Анализ существующей техники и технологии по добыче
высоковязкой нефти и битумов 10
1.1. Анализ конструктивных особенностей существующих регулируемых
приводов для винтовых насосных установок 18
1.2. Опытная эксплуатация винтовой насосной установки с
поверхностным приводом 21
1.3. Цели и задачи по разработке и усовершенствованию регулируемого
привода винтовых насосных установок 21
Выводы 23
Глава 2. Теоретическое обоснование режимных параметров винтовой
насосной установки с поверхностным приводом, обеспечивающих
эффективные гидродинамические условия работы пласта 24
Метод определения заданного режима эксплуатации скважины 24
Метод расчета гидродинамики фильтрации жидкостей к стволу
скважины 25
Метод расчета режима постоянного отбора жидкости из скважины 27
Принципы обеспечения режимных параметров работы пласта 28
Расчет основных параметров одновинтовых насосов 30
Анализ результатов математического моделирования по выбору
мощности электродвигателя для винтовой насосной установки
(энергетический расчет) 32
2.7. Метод расчета параметров и математическое моделирование режима
напряжения и электропотребления короткозамкнутого
асинхронного электродвигателя и ЛЭП 35
2.8. Расчетная схема электрической сети, включающая параметры схемы
замещения АД и участка питающей линии 37
2.9. Математическое моделирование параметров энергетических 38
характеристик системы АД - питающая линия
Выводы 42
Глава 3. Экспериментальное определение рабочих параметров
одновинтового насоса на малой физической модели 43
Основные узлы, элементы и принцип работы лабораторного стенда 44
Методика проведения экспериментальных исследований 46
Результаты экспериментальных исследований при физическом
моделировании режима работы винтового насоса с поверхностным
приводом 49
Выводы 49
Глава 4. Совершенствование основных элементов штанговых насосных
установок 50
4.1. Конструктивная компоновка поверхностного привода скважинного
винтового насоса 52
4.2. Принцип работы поверхностного привода скважинного винтового
насоса 52
4.3. Разработка станции управления для регулируемого привода с
защитой от перегрузок 55
Цели и задачи создании регулируемого привода для винтовых насосных установок 55
Разработка принципиальной схемы винтовой насосной установки с регулируемым приводом 56
4.3.3. Разработка рабочей документации 60
Выводы 67
Глава 5. Исследование режима работы привода винтовой насосной
установки в установившихся и переходных процессах
(регулировочный расчет) 68
5.1. Метод расчета граничных параметров электромеханического
комплекса добычной скважины в переходном процессе 69
5.2. Метод расчета граничных параметров электромеханического 74
комплекса добычной скважины с установками продольной и поперечной компенсации и шунтирующим активным сопротивлением в переходном процессе 5.3 Математическое моделирование процесса пуска винтовой насосной
установки с поверхностным приводом без учета и с учетом
установок продольной и поперечной емкостной компенсации 77
5.4. Совершенствование режима напряжения и электропотребления
существующих схем электроснабжения электромеханических
комплексов 83
5.5. Оценка эффективности применения РПН с БАР и технических
средств компенсации реактивной мощности и потерь напряжения 90
Совершенствование индивидуальных технических средств по компенсации реактивной мощности и потерь напряжения 91
Экспериментальные исследования установившегося режима
напряжения и электропотребления 97
5.8. Расчет ожидаемого годового экономического эффекта при условии
совершенствования режима электропотребления
5.9. Расчет ожидаемого годового экономического эффекта при сравнении
конкурирующих вариантов ПІСНУ и УНВП 102
Выводы 105
Заключение (основные выводы и рекомендации) 106
Библиографический список 107
Приложение I. Математическая и экономическая модели по определению энергетических характеристик и экономических показателей винтовой насосной установки с поверхностным приводом, результаты математического моделирования и графики, построенные на их основании
Приложение П. Математическая и экономическая модели по определению энергетических характеристик и экономических показателей штанговой скважинной насосной установки, результаты математического моделирования и графики, построенные на их основании
Приложение III. Экспериментальные данные суточных графиков 120
потребления активной мощности винтовых насосных
установок с поверхностным приводом за полный
технологический цикл Приложение IV. Акт о результатах внедрения станции управления
СУВН-01АС для винтовых насосных установок с
поверхностным приводом в НГДУ «Заинскнефть» ОАО 1?<-
«Татнефть» Приложение V. АКТ об результатах опытной эксплуатации винтовой
насосной установки УНВП-1000/40 в НГДУ
«Заинскнефть» ОАО «Татнефть» Приложение VI. АКТ испытаний винтовой насосной установки типа
УНВП-600/20 в ОЭНГДУ «Татнефтебитум»
Введение к работе
Многие месторождения не только Урало-Поволжья, но и России в целом, находятся в поздней или завершающей стадии эксплуатации. Как правило, в этих условиях скважинные флюиды характеризуются высокой вязкостью, наличием в их составе асфальто-смоло-парафиновых отложений. Проблемы усугубляются низкими пластовыми давлениями, склонностью флюидов к структурообразованию. В результате количество малодебитных скважин, т.е. имеющих дебит до 5 т/сут, непрерывно растет. Например, в АНК «Башнефть» такие скважины составляют свыше 80 % от общего фонда. Значительное количество скважин имеет дебит менее 3 т/сут. В частности, в ОАО «Татнефть» их свыше 20 % от всего фонда.
Увеличение фонда малодебитных скважин происходит и за счет ввода в эксплуатацию месторождений с трудно извлекаемой нефтью, в частности с высоковязкой и неньютоновской, с низкими пластовыми давлениями и т.д.
Серьезные проблемы возникают при добыче битумов, запасы которых в Республике Татарстан значительны.
При насосной эксплуатации нефтяных скважин наиболее распространенными являются штанговые скважинные насосные установки (ШСНУ) и установки электроцентробежных насосов (УЭЦН). Первые из них используются в малодебитных скважинах и характеризуются как громоздкое, металлоемкое и дорогое наземное оборудование. Для УЭЦН характерно применение в высокодебитных скважинах. Общим недостатком этих установок, является сложность в обслуживании и их неустойчивость в работе при добыче жидкости с высоким содержанием механических примесей и газа.
Анализ структуры себестоимости добычи нефти показывает, что расходы на электроэнергию составляют в ней 30...50 %. Это является определяющим при выработке стратегии повышения эффективности механизированной добычи нефти, которая может быть реализована только с помощью комплекса организационно-технических и технологических мероприятий.
Существующие механизированные способы добычи нефти штанговыми скважинными насосными установками не обладают способностью создать стационарное движение жидкости в пласте. Поэтому для создания стационарного потока в скважине используют электроцентробежные насосные установки, но их применение для добычи высоковязкой нефти из малодебитных скважин практически невозможно, так как они обладают большой производительностью при низком давлении на выходе насоса, что нерационально в указанных условиях.
Наиболее перспективным для добычи высоковязкой нефти из малодебитных скважин является использование винтовых насосных установок. Винтовые насосные установки с погружным электродвигателем для добычи высоковязкой нефти создают стационарные потоки жидкости в пласте, но их практическое использование ограничено гидрогеологическими и гидродинамическими условиями месторождения. Из анализа технической литературы и опыта эксплуатации винтовых насосов с погружным электродвигателем можно сделать вывод, что ресурс этих установок не продолжителен. Это связано с тем, что высокая скорость вращения винта в статоре приводит к быстрому износу оборудования, а электродвигатель, обладающей низкой частотой вращения, с учетом заданных поперечных габаритов скважины создать практически невозможно. Поэтому как один из перспективных рассматривается вариант вращения винтового ротора при помощи колонны вращающихся штанг от поверхностного привода.
Винтовые насосные установки с поверхностным приводом получили в последние годы широкое распространение. Эти установки наиболее соответствуют требованиям эксплуатации малодебитных скважин редуцирующих высоковязкие флюиды.
Для получения максимальной нефтеотдачи пластов при минимальных затратах электрической энергии необходимо создание стационарных потоков и упруго-замкнутого режима фильтрации в пласте. Для реализации этой
технологии наиболее рационально применение винтовых насосных установок с поверхностным приводом, обеспечивающих низкую частоту вращения штанговой колонны, благодаря чему минимизируются эмульгирующее воздействие на флюид, обеспечивается оптимальный режим работы системы «пласт - насос - привод» и минимизируются энергозатраты, что в сочетании с высокой работоспособностью и нагрузочной способностью гарантирует эффективность процесса нефтедобычи.
При разработке новых комплексов и установок особое внимание обращено на согласование их рабочих параметров с режимными параметрами скважины с целью обеспечения заданного режима притока флюида в скважину. Регулирование скорости вращения штанговой колонны позволяет установить подачу насоса, соответствующую дебиту скважины, в результате чего создается наиболее благоприятный режим нефтеотдачи пласта. Особенно остро стоит необходимость решения такой задачи при разработке месторождений с высоковязкой нефтью и тех, что находятся на поздней стадии разработки.
Данная диссертационная работа направлена на решение сформулированной выше важной народно-хозяйственной проблемы путем разработки технически, экономически и экологически обоснованного скважинного электромеханического комплекса (СЭК), который включает в себя скважину, винтовую насосную установку с поверхностным приводом, станцию управления с защитой, систему контроля и передачи информации и увязывает в единую систему гидродинамику месторождения, технику и технологию, электроэнергетику, экономику и экологию.
Тема диссертационной работы и решаемые в ней задачи по разработке, исследованию и оптимизации режимных параметров СЭК по добыче высоковязкой нефти и битумов, как представляется, являются весьма актуальными в контексте современных научных поисков, направленных на повышение эффективности механизированной добычи нефти.
Структура и содержание работы.
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 134 страницах машинописного текста, содержит 54 рисунка, 16 таблиц, библиографический список из 56 наименований и 6 прилоисений.
