Введение к работе
Актуальность проблемы
Одной из наиболее острых проблем, возникающих при эксплуатации установки электроприводного центробежного насоса (УЭЦН) для добычи, является наличие в откачиваемой жидкости твердых взвешенных частиц (механических примесей), приводящих к снижению межремонтного периода работы скважины. В составе механических примесей наибольшую долю составляет кварцевый песок, входящий в структуру скелета горных пород. Твердые взвешенные частицы (ТВЧ) могут включать в себя также кристаллы различных солей, глину и другие минералы, а также продукты коррозии. Фильтрация жидкости в неустойчивых породах, особенно при больших градиентах скорости, приводит к разрушению породы, продвижению частиц к забою скважин и выносу в ствол.
Осложнения в эксплуатации таких скважин связаны с постепенным накоплением песка на забое скважин, а также в рабочих колесах погружных насосов. Одновременно происходит износ трущихся пар рабочих органов насосов и снижение их подачи, а также перегрев погружных электродвигателей (ПЭД) и их отказы.
В этой связи перед отраслью первостепенными являются задачи, связанные с необходимостью обеспечения защиты насосного оборудования от ТВЧ при добыче взвесесодержащих жидкостей, требующие проведения анализа существующих технологий и поиска новых технических решений для эффективной производственной деятельности нефтяной компании. Наличие в перекачиваемой жидкости механических примесей выдвигает проблемы по защите дорогостоящего оборудования от абразивного износа и заклинивания рабочих органов твердыми частицами, повышению межремонтного периода работы скважины.
При высоком содержании механических примесей применение стандартных газопесочных якорей становится неэффективным из-за малых значений центробежных сил. Общим недостатком применяемых фильтров,
устанавливаемых на забое или приеме насосов, является достаточно быстрое засорение непроточных ячеек и необходимость их частых промывок с подъемом оборудования. Наиболее показательными в этом отношении являются скважины Ванкорского нефтяного месторождения. Содержание ТВЧ, поступающих из пласта по фонду скважин, находится в пределах от 200 до 10 мг/л. Поэтому средняя наработка на отказ насосного оборудования к началу 2011 г. составляла 93 сут., а по отдельным скважинам от 15 до 30 сут.
Цель работы
Повышение эффективности эксплуатации скважин с УЭЦН путем совершенствования технологий защиты электроцентробежных насосов от выносимого из пласта песка.
Основные задачи исследования
-
Определение влияние мехпримесей на показатели работы электроцентробежного насоса и осложнения в эксплуатации скважин при откачке воды из водоносных горизонтов нефтяных месторождений.
-
Выявление зависимости скорости восходящего потока воды с фракционным составом твердых взвешенных частиц при выносе с забоя скважины на прием насоса.
-
Разработка усовершенствованной конструкции сепаратора и экспериментальное определение фильтрационной способности.
-
Разработка технологии очистки фильтра на приёме насоса без подъёма оборудования на поверхность.
-
Выбор и испытание композиций полимерных материалов для покрытия рабочих колес электроцентробежных насосов, защищающих их от износа в абразивных средах.
Объект и предмет исследования
Объектом исследования являются электроцентробежные насосы применяемы в добывающих скважинах, предметом - способы и технологии предотвращения выноса механических примесей из пласта.
Научная новизна выполненной работы
-
Выявлена зависимость времени работы УЭЦН в водозаборных скважинах Ванкорского месторождения от количества твердых взвешенных частиц в добываемой воде.
-
Научно обоснованы зависимости скорости уноса твердых взвешенных частиц с забоя к приему УЭЦН от их условного диаметра и коэффициента сопротивления от критерия Рейнольдса для расчета размера ячейки сетчатых фильтров.
Практическая ценность и реализация
-
Установлено, что эффективность разработанного комбинированного сепаратора возрастает при условных диаметрах твердых взвешенных частиц более 1,5-10"4 м.
-
Применение разработанного комбинированного сепаратора (патент РФ на изобретение № 2441150) позволило увеличить наработку на отказ УЭЦН скважины водозабора в 2011 г. с 93 до 368 сут.
-
Использование клапанного устройства УЭЦН с промывкой фильтра без подъёма оборудования в высокообводненной скважине Туймазинского месторождения позволило восстановить подачу насоса после промывки на 89%.
Основные защищаемые положения
-
Результаты анализа основных видов и степени осложнений в эксплуатации оборудования пескопроявляющих скважин водозабора Ванкорского месторождения.
-
Устройство и принцип работы комбинированного сепаратора для защиты насоса от механических примесей путем уменьшения концентрации взвешенных частиц в жидкости, а также технология очистки фильтра на приеме насоса без его подъема на поверхность.
-
Способ защиты рабочих колес УЭЦН от износа твердыми взвешенными частицами.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности Выбранная область исследования соответствует паспорту специальности 25.00.17 - «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений», а
именно пункту 4 «Технологии и технические средства добычи и подготовки скважинной продукции, диагностика оборудования и промысловых сооружений, обеспечивающих добычу, сбор и промысловую подготовку нефти и газа к транспорту, на базе разработки научных основ ресурсосбережения и комплексного использования пластовой энергии и компонентов осваиваемых минеральных ресурсов».
Апробация работы
Основные результаты работы докладывались на IV Международной конференции-выставке «Энергетика в глобальном мире» (Красноярск, июнь 2010), научно-практической конференции «Современные вызовы, возникающие при разработке и обустройстве месторождений нефти и газа Сибири» (Томск, апрель 2011), на совместном семинаре кафедр «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений», «Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов», «Бурение нефтяных и газовых скважин» института нефти и газа Сибирского федерального университета.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 8 научных работ, из которых 5 статей - в журналах, рецензируемых ВАК РФ, патент РФ на изобретение по теме диссертации.
Объем и структура работы
Диссертационная работа изложена на 107 страницах машинописного текста, содержит 5 таблиц, 39 рисунков. Состоит из введения, трех глав, основных выводов и рекомендаций, списка использованных источников из 115 наименований.
