Введение к работе
Актуальность работы
В настоящее время в России и странах СНГ большую часть нефти добывают механизированным способом. Более 79% всей добываемой нефти в России приходится на установки электроцентробежных погружных насосов (УЭЦН). За последние десятилетия доля извлеченной на поверхность нефти при помощи УЭЦН неуклонно росла. Такая тенденция сохранится и в будущем, так как большинство крупных месторождений находится на поздней стадии разработки и, как правило, скважины имеют низкие забойные давления (к сожалению, ведется эксплуатация при забойном давлении ниже давления насыщения пластовой нефти газом) и большие динамические уровни, в районе 2000 - 2500 метров. А это, в сочетании с кустовым расположением скважин, что характерно для нефтедобывающих регионов России, способствует формированию в процессе бурения сложной геометрии ствола скважины и при больших глубинах спуска подземного оборудования делает применение скважинных штанговых насосных установок (СШНУ) малоэффективным или даже невозможным. Следовательно, для поднятия жидкости на дневную поверхность необходимы установки, способные работать в искривленных стволах скважин и на больших глубинах и при этом развивать большие напоры, а так же работать в осложненных условиях (высокий газовый фактор, отложение солей и парафинов, вынос механических примесей и др.), возникающих в скважинах при высокой депрессии на пласт (эксплуатация с забойным давлением ниже давления насыщения пластовой нефти газом).
На вновь вводимых в разработку месторождениях, как правило, имеют место также осложняющие факторы: большая глубина залегания и высокие температуры пласта, высокий газовый фактор, отложения солей, парафинов и многие другие. Следует отметить, что освоение вновь вводимых в разработку месторождений ведется скважинами со сложным пространственным профилем, кустовым методом.
Следует обратить внимание на производимую повсеместно интенсификацию добычи нефти. После применения соляно-кислотной обработки (СКО) или гидроразрыва пласта (ГРП) возникают значительные сложности в точном определении коэффициента продуктивности скважины и увеличивается риск проявления осложняющих факторов. Как показывает практика, продуктивность скважины может значительно изменяться в первые два - три месяца эксплуатации после проведения мероприятий по интенсификации притока, что приводит к работе установки за пределами ее рабочей зоны. В таких случаях при снижении производительности скважины возникает необходимость смены оборудования на меньшую производительность.
Более 20% скважин из всего фонда в России простаивают, так как стандартное оборудование неспособно их эффективно эксплуатировать. Многие скважины находятся в бездействии из-за невозможности их освоения серийными УЭЦН как отечественного, так и дорогостоящего зарубежного производства, поэтому требуются разработки новых технологий и соответствующего оборудования, исследование которого на сегодняшний день будут актуальны как в лабораторных, так и в промысловых условиях.
Цель диссертационной работы
Целью настоящей диссертационной работы является исследование основных характеристик новой насосной установки ЭЦН АКМ-80 (автоматическая комплектная малогабаритная - АКМ) с регулируемым вентильным двигателем и создание системы контроля и управления установкой с возможностью подстраиваться под изменяющийся приток жидкости в скважине; промышленное использование данной технологи для повышения эффективности эксплуатации нефтяных скважин.
Основные задачи исследований
Анализ и обобщение опыта эксплуатации скважин в РФ, а также выявление наиболее перспективного оборудования для добычи нефти в сложившейся технологической обстановке в РФ.
Проведение стендовых экспериментов по получению напорно-расходных характеристик установок нового типа (ЭЦН АКМ-80) на повышенных частотах вращения вала.
Проведение стендовых испытаний установки ЭЦН АКМ-80 на надежность в термобарокамере, имитирующей приближенные условия в скважинах.
Разработка и промышленная апробация алгоритмов эффективного управления установкой ЭЦН АКМ-80 применительно к изменяющимся условиям эксплуатации.
Разработка технологии и апробация технологической схемы дистанционного управления установкой и добычей жидкости на скважине.
Промышленные испытания установок ЭЦН АКМ-80 и анализ полученных результатов на месторождениях РФ.
Методы решения поставленных задач
Решение поставленных задач выполнялось автором как теоретически, так и экспериментально в лабораторных и промысловых условиях. Обработка полученных данных и подбор применяемого оборудования в промысловых испытаниях осуществлялось с использованием современных ЭВМ.
Все стендовые испытания проводились на специально разработанных стендах для высокооборотной установки ЭЦН АКМ-80, которые автоматизированы современными контроллерами управления и установленным на ЭВМ специализированным программным обеспечением для управления процессом исследований.
Промысловые исследования проводились на скважинах многих российских нефтедобывающих компаний: «Роснефть», «ТНК-ВР», «Томскнефть», «Лукойл» и другие.
Научная новизна работы
Получены напорно-расходные и мощностные характеристики насоса установки ЭЦН АКМ-80 до 12000 об/мин, которые используются в программе подбора высокооборотных установок ЭЦН АКМ-80 к скважинам и в алгоритмах управления установкой в скважине.
Разработаны и апробированы в промысловых условиях алгоритмы управления установкой, которые позволяют значительно повысить надежность оборудования и добычу жидкости из
скважины за счет синхронизации работы «пласт-скважина-УЭЦН».
Основные защищаемые положения
Методика проведения стендовых исследований
высокооборотной установки ЭЦН АКМ-80.
Результаты стендовых исследований высокооборотной установки ЭЦН АКМ-80.
Проверка сходимости результатов подбора высокооборотных установок ЭЦН АКМ-80 к скважинам с результатами промысловых испытаний.
Результаты промыслового использования алгоритмов управления установкой ЭЦН АКМ-80 с возможностью синхронизации работы «пласт-скважина-УЭЦН».
Практическая значимость
В результате проведенных автором стендовых исследований по
получению напорно-расходных характеристик насоса была разработана
методика подбора высокооборотных установок с изменяющейся
частотой вращения вала к скважинам. На ее основе автором подобрано
и спущено в скважины более 100 комплектов установок ЭЦН АКМ-80.
Сравнение автором расчетных и промысловых данных показал
достаточную сходимость результатов подборов установок к скважинам.
Полученные результаты стендовых исследований
использовались при разработке алгоритмов управления установок ЭЦН АКМ-80, которые позволили установке подстраиваться под изменяющийся приток в скважине и повысили надежность оборудования в целом. Анализ применения данной технологии по
итогам промысловых испытаний установок ЭЦН АКМ-80 за 2006-2008 год в ООО «РН-Юганскнефтегаз», показал, что в среднем было дополнительно добыто 16,4 тыс. т. нефти по сравнению с предыдущей эксплуатацией.
Апробация работы
Основные положения и результаты исследований докладывались и обсуждались на Всероссийской конференции «Фундаментальный базис новых технологий нефтяной и газовой промышленности», Москва, 2007г; научно-техническом обществе нефтяников и газовиков имени акад. И.М.Губкина «Геология, разработка и эксплуатация нефтяных месторождений с трудноизвлекаемыми запасами», Москва, 2007г; научном семинаре кафедры «Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 5 работ, из них 3 статьи в изданиях, рекомендуемых ВАК и 2 тезиса в материалах научных конференций.
Структура и объём работы
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы. Объем диссертационной работы составляет 134 страницы, включая 62 рисунка и 4 таблицы. Библиографический список использованной литературы состоит из 62 наименований.
Благодарность
Автор выражает свою искреннюю благодарность научному руководителю доктору технических наук, профессору И.Т. Мищенко, а также членам кафедры разработки и эксплуатации нефтяных месторождений.
