Содержание к диссертации
1.1 Факторы, осложняющие скважинную добычу нефти установкой ЭЦН 8
1.2 Оценка общего теплопритока в области насосной установки 31
1.3 Вклад погружного насоса в процесс теплопритока 35
1.4 Оценка теплопритока из погружного электродвигателя 41
1.5 Моделирование теплообмена между погружных электродвигателем и флюидом 49
1.6 Оценка теплопритока в методиках по подбору У ЭЦН 54
1.7 Вычисление теплопритока по методике 57
1.8 Промысловое исследование температуры погружного электродвигателя в процессе эксплуатации 61
1 Экспериментальная оценка максимальной температуры в насосе 63
ГЛАВА 2
ПРОМЫСЛОВЫЕ ИССЛЕДОВАИЯ КОЭФФИЦИЕНТА СЕПАРАЦИИ НАСОСНЫХ СЕПАРАТОРОВ
2.1 Оценка эффективности работы газосепараторов 72
2.2 Определение коэффициента сепарации существующими методами 77
2.3 Решение задачи определения коэффициента сепарации газа на приёме насоса 85
2.4 Экспериментальное исследование коэффициента сепарации 88
ГЛАВА 3
РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ ТЕРМИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЭЛЕКТРОЦЕНТРОБЕЖ НОГО НАСОСА
3.1 Математическое описание теплового состояния погружного насоса в первом приближении 96
3.2 Сравнительный анализ полученных результатов 103
3.3.Технологический режим эксплуатации электроцентробежной
установки 106
ГЛАВА 4
ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ 4.1 Экспериментальные работы по обоснованию возможности защиты кабельной линии от перегрева насоса. 109
4.2 Защита плоской части кабельной линии 114
4.3 Анализ результатов применения защиты кабельного удлинителя от воздействия высокой температуры секций насоса 117
Заключение 120
Список литературы 122
Введение к работе
Современный этап развития нефтяной промышленности характеризуется вовлечением в разработку залежей с низкими кол лекторскими свойствами и, как правило, указанные объекты имеют низкие дебиты (15-35 м /сутки). Интенсификация притока жидкости применением бурения пологонаправленных стволов, гидроразрыва пласта полностью проблему по увеличению дебитов скважин не решают. В итоге, в эксплуатационном фонде скважин, более половины составляют электроцентробежные насосы (ЭЦН) производительностью менее 50 м сутки. Низко производительные установки электроцентробежных насосов в то же время часто выходят из строя («отказывают») и имеют самый наименьший межремонтный период эксплуатации.
Установка ЭЦН состоит из четырех основных узлов: погружного электродвигателя (ПЭД), гидрозащиты, насоса и кабельной линий. Эксплуатация установок ЭЦН в промысловых условиях показывает, что около одной третьи «отказов по узлам» приходится на кабель, а именно, на так называемый «кабельный удлинитель» - участку кабеля, прилегающего к насосу.
Расследование отказавших установок по кабельному удлинителю выявляет, что 80 % отказов происходит из-за перегрева прилегающего к насосу участка удлинителя. Температура среды в области нахождения удлинителя нередко превышает 100 °С, приводя к оплавлению электрической изоляции и смещению токопроводящих жил, и наступления режима «короткого замыкания». Аналогичное явление наблюдается и при применении термостойкого удлинителя, с рабочей температурой 230 °С; в случае применения термостойкого удлинителя, перегрев передается в муфтовое соединение с погружным электродвигателем, что приводит к отказу по электродвигателю.
К перегреву насоса приводит эксплуатация электроцентробежного насоса в режимах близких к «срыву подачи» - то есть в крайней левой части на- порно расходной характеристики ЭЦН (минимальный дебит, максимальный напор).
Наряду с оплавлением электрической изоляции «кабельного удлинителя» в самой установке, в лабиринтах рабочих аппаратов насоса происходит образование твердых отложений — кальцитов, характерных для месторождений в Западной Сибири.
В последние годы на месторождениях Западной Сибири находят все более широкое применение станции управления к установкам ЭЦН с регулируемой частотой переменного тока. Промышленное испытание таких станций управления показало, что при этом так же возможны отказы установок ЭЦН из-за выхода из строя «плоской части» по причине снижения электрического сопротивления. При эксплуатации УЭЦН переменной частотой вращения вала насоса нередки отказы установок по причине увеличения потребляемого тока, выше номинального значения.
В настоящее время идет промышленное испытание установок ЭЦН с вентильным электродвигателем (частота вращения вала двигателя зависит от силы электрического тока). Как показывает опытная эксплуатация УЭЦН с вентильным приводом, слабым узлом в установке остается «плоская часть», которая при повышенных частотах вращения вала насоса выходит из строя из- за перегрева «удлинителя».
Исследование температурного состояния погружного насоса и разработка рекомендации для предупреждения его перегрева является актуальной задачей и позволит повысить экономическую эффективность применения электропогружных насосов низкой производительности в добыче нефти.
Цель работы
Повышение эффективности работы электроцентробежных насосов низкой производительности на основе исследовании теплового режима ЭЦН и разработка способа защиты от действия высокой температуры.
Основные задачи исследований
1. Анализ и исследование основных причин отказа электроцентробежных насосов низкой производительности, работающих с газосодержанием на приеме. Анализ влияния свободного газа в добываемой жидкости на температурное состояние установки.
2. Решение задачи по оценке теплопритока в зоне насоса при эксплуатации ЭЦН с содержанием свободного газа на приеме насоса.
3. Промысловые исследования коэффициента сепарации сепараторов ЭЦН и температурного режима насоса.
4. Изучение явления «теплового удара» в установке ЭЦН.
5. Разработка способа защиты ЭЦН от перегрева.
Методы решения поставленных задач
Решение поставленной задачи производилось в соответствии с общепринятой методикой выполнения научных исследований, включающей
• анализ и обобщение промысловых данных;
• разработку рабочих гипотез и концепций;
• разработка математической модели теплопереноса в зоне насоса при эксплуатации ЭЦН с содержанием свободного газа
• обработку результатов исследований методами математической статистики;
• разработку новых технических средств и технологических процессов;
• промышленную реализацию техники и технологии;
Научная новизна
1. Получена аналитическая зависимость температуры электроцеитро- бежного насоса от содержания свободного газа на приеме насоса и установлено, что основной причиной оплавления кабельного удлинителя установок ЭЦН является образование высокой температуры в рабочих аппаратах насоса из-за наличия свободного газа в перекачиваемой смеси.
2. Разработана методика определения коэффициента сепарации насосных сепараторов в промысловых условиях. Установлено, что коэффициент сепарации сепараторов установок ЭЦН не более 18% и наличие сепаратора в конструкции ЭЦН влияет на температурный режим насоса незначительно.
3. Установлено, что при критическом газосодержании (0.5 и более) в газожидкостной смеси, может происходить бесконечное повышение температуры насоса.
На защиту выносятся
1. Результаты исследований температурного режима электроцентробежного насоса низкой производительности при эксплуатации в режимах близких к «срыву подачи».
2. Методика определения коэффициента сепарации скважинного насосного оборудования в промысловых условиях.
3. Способ защиты электроцентробежного насоса низкой производительности от перегрева.
Практическая ценность результатов работы
Опытно-промышленные работы по защите «кабельного удлинителя» подтвердили хорошую сходимость полученных результатов по температурному режиму погружного насоса. Внедрение разработанного способа защиты ЭЦН от перегрева позволили увеличить межремонтный период установки в два и более раза. Полученный годовой экономический эффект составил более 600 тыс.рублей на одну установку ЭЦН.
Апробагрт работы
Основные положения диссертации докладывались:
-на научно-технических советах при НГДУ «Нижнесортымскнефть» в 2003- 2004 г.г.
-на совещании по проблемам эксплуатации установок ЭЦН низкой производительности в Сургутской ЦБПО ЭПУ в 2006-2007 г. г.
-на кафедре «Нефтегазопромысловое оборудование» Уфимского государственного нефтяного технического университета в 2009 г.
- на научных семинарах кафедры геофизики Башгосуниверситета в 2010-2011 г.г.
-на совещании при главном инженере НГДУ «Нижнесортымскнефть» по вопросам эксплуатации низко производительных установок ЭЦН в 2010 г.
- на II Всероссийской конференции УГНТУ, г.Уфа в 2010 г. Публикации
Основные положения диссертации опубликованы в 16 статьях, 10 из них опубликованы в журналах, включенных в «перечень ВАК РФ».
Структура и объем диссертации Диссертационная работа состоит из введения, 4 основных разделов, заключения, списка литературы и приложения. Список использованной литературы имеет 128 наименований. Общий объем диссертации 132 страницы, рисунков - 32 , таблиц - 28 , приложение к диссертации на 12 листах.
