Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ литературных источников о технологиях для эксплуатации нефтяных скважин с осложнёнными условиями, постановка задач исследований 8
1.1. Основные осложняющие факторы при насосной эксплуатации нефтяных скважин 8
1.2. Технологии эксплуатации скважин одновинтовыми насосами при наличии свободного газа в откачиваемой продукции 9
1.3. Анализ литературных источников о воздействии механических примесей в добываемой продукции на погружное оборудование 12
1.4. Обзор исследований по технологии эксплуатации скважин гидроструйными насосами 15
1.5. Основные задачи исследований 17
2. Стендовые исследования влияния свободного газа на характеристику одновинтового насоса 19
2.1. Схема исследовательской установки 19
2.1.1. Работа установки при исследовании на газожидкостных смесях «вода-газ» и «вода-ПАВ-газ» 20
2.2. Выбор модельных газожидкостных смесей 26
2.3. Порядок проведения экспериментов
2.3.1. Определение расчетных величин 29
2.3.2. Методика обработки экспериментальных данных 32
2.4. Экспериментальные исследования и анализ влияния свободного газа на характеристики одновинтового насоса при работе на смесях «вода-газ» и «вода-ПАВ-газ» 35
2.5. Выводы к главе 2 з
3. Стендовые исследования по эффективности отделения газа и устойчивости к механическим примесям серийных отечественных газосепараторов и газосепараторов-диспергаторов 46
3.1. Схемы экспериментальных установок и методики проведения исследований на эффективность отделения газа и устойчивость к абразивному износу 49
3.2. Экспериментальные исследования газосепараторов и газосепараторов-диспергаторов групп 5 и 5А на эффективность газоотделения и устойчивость к абразивному износу 62
3.3. Выводы к главе 3 113
4. Повышение эффективности применения технологии гидроструйной эксплуатации низкодебитных скважин с осложненными условиями работы
4.1. Разработка технологических схем для освоения и эксплуатации скважин беспакерными установками гидроструйных насосов с двухрядным лифтом U7
4.2. Разработка методики расчёта основных параметров компоновки гидроструйного насоса для освоения и эксплуатации скважин 123
4.3. Промысловые испытания беспакерных установок гидроструйных насосов с двухрядным лифтом для эксплуатации скважин с приводом от системы ГШД 141
4.4. Промысловые испытания беспакерной установки гидроструйного насоса с двухрядным лифтом при освоении скважины после ГРП 144
4.6. Выводы к главе 4 150
Заключение 151
Список литературы
- Технологии эксплуатации скважин одновинтовыми насосами при наличии свободного газа в откачиваемой продукции
- Выбор модельных газожидкостных смесей
- Экспериментальные исследования газосепараторов и газосепараторов-диспергаторов групп 5 и 5А на эффективность газоотделения и устойчивость к абразивному износу
- Разработка методики расчёта основных параметров компоновки гидроструйного насоса для освоения и эксплуатации скважин
Введение к работе
Актуальность работы
В настоящее время нефтяная промышленность России характеризуется все менее и менее благоприятными показателями своего развития. Одной из важнейших проблем является ухудшение состояния сырьевой базы комплекса как в количественном (сокращение объема), так и в качественном (рост доли трудноизвлекаемых запасов) отношениях. Одной из двух главных причин является естественное истощение сырьевой базы на определенной стадии эксплуатации.
Продолжает ухудшаться структура запасов - доля «трудноизвлекаемых» (характеризуются изначально более низкими дебитами скважин и сравнительно невысокими темпами отбора нефти) уже достигла 55-60% и продолжает расти. Для выработки остаточных запасов нефти на разрабатываемых месторождениях и вводимых в эксплуатацию новых залежах необходимы новые технологии и оборудование, либо усовершенствование уже применяемых.
Более 70% запасов нефтяных компаний находится в диапазоне низких дебитов скважин на грани рентабельности. Если 10 лет назад доля вовлеченных в разработку запасов с дебитами скважин менее 25 т/сутки составляла около 55%, то сегодня такую долю (55%) составляют запасы с дебитами до 10 т/сут. Свыше трети разрабатываемых нефтяными компаниями запасов имеют обводненность более 70%.
В современных условиях если не увеличения, то хотя бы поддержания добычи нефти в России на постоянном уровне, нефтяные компании стремятся интенсифицировать отбор пластовой жидкости из добывающих скважин. Увеличение глубины спуска и спуск более производительных насосных установок ведет к росту депрессии на пласт и, как правило, более
4 сильному выносу механических примесей из пласта. В свою очередь, увеличение механических примесей в добываемой продукции ведет к росту аварий в скважинах, связанных с выходом из строя, вплоть до «полётов», погружного оборудования. Помимо вышесказанного, увеличение депрессии ведет к росту количества свободного газа в продукции скважин, поступающей на прием погружного оборудования и, как следствие, к снижению эффективности работы этого оборудования.
Цель диссертационной работы
Изучение влияния осложняющих факторов, свободного газа и механических примесей, на работу погружного оборудования и разработка новых технологий, позволяющих эксплуатировать добывающее оборудование в скважинах с осложненными условиями. Основные задачи исследований
-
Создание экспериментальной установки и получение характеристик работы одновинтового насоса в зависимости от количества свободного газа в откачиваемой продукции.
-
Анализ характеристик работы одновинтового насоса на газожидкостной смеси и выявление закономерности изменения давления по длине рабочих органов.
-
Создание экспериментальной установки, разработка методики и проведение сравнительных испытаний центробежных газосепараторов по определению их устойчивости к наличию механических примесей в перекачиваемой продукции с целью выявления характера и степени износа их рабочих органов.
-
Разработка новых технологических схем применения гидроструйной насосной установки с двухрядным лифтом для освоения и эксплуатации скважин.
5 5. Практическая проверка и реализация результатов работы по разработке новых технологических схем для эксплуатации скважин гидроструйным насосом с приводом от системы поддержания пластового давления (ППД) и освоения скважин после гидравлического разрыва пласта (ГРП). Методы исследования поставленных задач
Поставленные в диссертации задачи решались как теоретически, так и экспериментально в лабораторных и промысловых условиях. Обработка полученных результатов, эмпирические расчеты и подбор оборудования, применяемого в промысловых испытаниях осуществлялись с использованием современных ЭВМ.
Научная новизна
-
Создана экспериментальная установка для исследования работы одновинтового насоса на газожидкостных смесях и получены зависимости величины утечек в рабочих камерах насоса от входного, объемного газосодержания. Доказано результатами исследований, что характер утечек по смеси с ростом газосодержания сильно меняется, для утечек по жидкости наблюдается тенденция к постоянству при увеличении газосодержания.
-
Создана экспериментальная установка и разработана методика испытаний центробежных газосепараторов к погружным центробежным насосам на гидроабразивной смеси. Доказано, что результаты, полученные в ходе лабораторных экспериментов, соответствуют износу оборудования в скважинах.
-
Экспериментально установлены элементы рабочих органов газосепараторов, наиболее подверженные гидроабразивному износу и являющиеся потенциально опасными для выхода установок ЭЦН из строя.
-
Разработана технологическая схема для освоения после ГРП и эксплуатации скважин беспакерными установками гидроструйных насосов с двухрядным лифтом.
6 Практическая ценность
-
В результате анализа характеристик работы одновинтового насоса на газожидкостных смесях, сформулированы рекомендации по учету утечек в рабочих камерах насоса, при его подборе для перекачивания многофазных смесей.
-
Испытан ряд серийно выпускаемых отечественных газосепараторов и газосепараторов-диспергаторов на гидроабразивной смеси, с целью определения наиболее устойчивого к износу оборудования. Были испытаны образцы таких производителей как: ОАО «Алмаз», ОАО «ЛЕМАЗ», ОАО «АЛНАС», ЗАО «Новомет-Пермь», ОАО «Борец», ООО «Техко-Групп». По результатам испытаний были выработаны рекомендации производителям по совершенствованию их конструкций и условий эксплуатации, что позволило увеличить надежность установок ЭЦН в целом.
-
Созданная в РГУ нефти и газа имени И.М Губкина экспериментальная установка для испытаний центробежных газосепараторов на гидроабразивной смеси используется для испытаний на устойчивость к износу новых моделей погружного оборудования как отечественных, так и зарубежных производителей. Результаты испытаний позволяют сравнивать новое оборудование с уже выпускаемым, и совершенствовать его. Кроме того результаты исследований учитываются нефтяными компаниями при выборе нефтедобывающего оборудования, того или иного производителя.
-
Разработанные технологические схемы для освоения и эксплуатации скважин беспакерными установками гидроструйных насосов с двухрядным лифтом были опробованы в скважинных условиях на Фаинском месторождении ОАО «Юганскнефтегаз» (г. Нефтеюганск) и Пермяковском ОАО «ННП» (г. Нижневартовск). В процессе освоения скважины Пермяковского месторождения после ГРП, выноса пропанта не наблюдалось. Таким образом, можно сделать вывод, что данная скважина может эксплуатироваться
7 серийными установками ЭЦН без опасения выноса пропанта. В процессе освоения скважины были получены достоверные данные о продуктивности скважины, в результате создания плавной депрессии на пласт произошло закрепление пропанта, на что указывают пробы, отбираемые в процессе освоения, и стабильная работа УЭЦН после проведения ГРП и освоения. Апробация работы
Материалы диссертационных исследований докладывались и обсуждались на:
-
IV Научно-технической конференции, посвященной 300-летиго Инженерного образования в России. «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» 25-26 января 2001г.;
-
IV Всероссийской конференции молодых учёных, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России. «Новые технологии в газовой промышленности», 25-27 сентября 2001г.;
-
XII Научно-практической конференции молодых учёных и специалистов. «Проблемы развития газовой промышленности Западной Сибири», 14-16 мая 2002г.
-
Межрегиональной молодёжной научной конференции «Севергеоэкотех-2002», сентябрь 2002г.;
-
Научной конференции аспирантов, молодых преподавателей и сотрудников вузов и научных организаций, РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2004г.
-
Заседаниях кафедры Разработки и эксплуатации нефтяных месторождений РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 12 статей, в том числе 6 в рекомендованных ВАК изданиях, и 5 в материалах научных конференций.
8 Объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы и приложения. Текст диссертации изложен на 166 страницах и содержит 63 рисунка, 13 таблиц. Библиографический список использованной литературы состоит из 120 наименований.
Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю д.т.н., профессору А.Н. Дроздову за помощь и поддержку при выполнении работы, а также сотрудникам кафедры РиЭНМ во главе с заведующим кафедрой д.т.н. проф. Мищенко И.Т. Особая благодарность выражается коллективу НОЦ «Смена» за помощь в проведении экспериментальных и промысловых исследований.
Технологии эксплуатации скважин одновинтовыми насосами при наличии свободного газа в откачиваемой продукции
Освоение новых непрерывных технологических процессов в нефтегазовой, химической, пищевой и ряде других отраслей промышленности потребовало широкого применения насосов с небольшими подачами и относительно высокими напорами, которые могли бы перекачивать воду, различные жидкости (как чистые, так и загрязненные механическими примесями, агрессивные, вязкие и т. п.) и газожидкостные смеси, а также обеспечивать возможность плавного и экономичного регулирования подачи.
Этим условиям эксплуатации наиболее полно отвечают одновинтовые насосы. Они конструктивно просты, обладают малой металлоёмкостью (в 4-6 раз легче поршневых, имеющих одинаковые параметры), надежны и экономичны в работе /16/.
В последние годы все большее применение в отечественной и зарубежной нефтяной промышленности получают многозаходные одновинтовые гидравлические машины, используемые в качестве гидродвигателей для привода породоразрушающего инструмента при бурении и капитальном ремонте скважин /13/, а также как насосы для добычи нефти/11, 13/.
Насосная эксплуатация нефтяных скважин характеризуется большим разнообразием условий и режимных параметров /51/. В частности, в добываемой пластовой жидкости может содержаться значительное количество растворенного и свободного газа. При эксплуатации винтовых скважинных установок объемное содержание свободного газа на приеме насоса рвх может достигать 50% и более. В этой связи в процессе конструирования винтовых насосов при выборе компоновки гидромашины, оптимизации геометрии и материалов рабочих органов необходимо принимать во внимание физические свойства откачиваемой продукции и прогнозировать характеристики насосов в заданных условиях эксплуатации.
Первоочередной задачей, определяющей эффективность применения одновинтовых гидромашин в современных газожидкостных технологиях (бурение на аэрированной жидкости, эксплуатация скважин с повышенным газосодержанием, мультифазная перекачка газожидкостной смеси (ГЖС) по трубопроводной системе и др.), является исследование влияния свободного газа на их характеристики.
В настоящее время в России применение винтовых насосов для добычи нефти находит все более широкое применение, причем используют их не только для извлечения продукции на поверхность но и для перекачки продукции добывающих скважин на промыслах 191.
Вместе с тем в нефтедобыче получают более широкое распространение газожидкостные технологии (ГЖТ). В бурении ГЖТ обеспечивают возможность регулирования дифференциального давления в системе скважина-пласт, что предопределяет преимущества при вскрытии продуктивных и поглощающих интервалов /63/. В нефтедобыче ГЖТ используются при эксплуатации скважин с большим газосодержанием, при перекачке продукции добывающих скважин до пунктов подготовки нефти без предварительной сепарации газа на входе дожимного насоса /88/.
В ГЖТ используются различные типы гидравлических машин объёмного и динамического действия.
Наибольшее распространение в качестве наземных мультифазных насосов получили двух- и трёхвинтовые насосы с металлическими рабочими органами /92, 16/, а также поршневые насосы с бустерными насадками. Среди скважинных насосов и забойных гидродвигателей наиболее приспособленными к работе на газожидкостной смеси (ГЖС) являются одновинтовые гидромашины, рабочие органы которых содержат металлический винт и обойму с эластичной обкладкой /16/.
Как отмечалось выше винтовые насосы, в отличие от центробежных и штанговых глубинных насосов проявляют свои преимущества при добыче нефти повышенной вязкости, а также при добыче нефти с повышенным содержанием свободного газа /7, 27, 31, 84, 85, 87/.
В нашей стране исследования в области применения винтовых насосов в промышленности начали проводиться около 50-ти лет назад. Винтовым насосам посвящены работы ученых: Зеленкова А.А., Хейфеца Я.С., Крылова А.В., Райхмана Д.А., Балденко Д.Ф. Практически все работы посвящены изучению и совершенствованию геометрии рабочих органов насоса и конструкции насосного агрегата в целом. Ещё в своем первом патенте /106/ изобретатель одновинтовых машин Р. Муано обозначил широкую область их применения в качестве гидромашин и компрессоров. Отсюда и название известной фирмы, основанной Р. Муано - РСМ (Pompes, Compresseurs, Mecanique).
Работе одновинтовых насосов на жидкостях повышенной вязкости посвящены исследования /28, 31, 56, 84, 86/. В ряде публикаций отмечается малая чувствительность одновинтовых насосов к наличию свободного газа в перекачиваемой жидкости /27, 31, 84, 86/. Как показал анализ литературных источников, степень и характер влияния свободного газа на работу одновинтового насоса исследованы недостаточно.
Выбор модельных газожидкостных смесей
Правильное моделирование работы одновинтовых насосов на ГЖС может быть осуществлено при соответствии скважинным условиям следующих параметров стендовых экспериментов: газосодержания и давления на входе насоса, пенистости и вязкости жидкости, а также дисперсности газовой фазы /43/.
Моделирование пенистости в экспериментах осуществляли использованием в качестве рабочей жидкости пресной воды с различными концентрациями ПАВ (Дисолван 4411). С добавкой дисолвана 4411 поверхностное натяжение воды на границе с воздухом снижается, а пенистость увеличивается до объемной концентрации ПАВ С=0,02%. Величина С=0,02% для системы вода-дисолван является точкой критической концентрации мицеллообразования, при которой достигается предел истинной молекулярной растворимости ПАВ в жидкости /43, 77/. Дальнейшее повышение концентрации не приводит к изменению поверхностного натяжения и пенистости.
Для достаточно полного моделирования реальной многофазной продукции скважин по степени влияния газа на работу насоса целесообразно применять следующие смеси: вода — ПАВ — газ (модель маловязких нефтегазовых смесей и водонефтегазовых эмульсий, внешней фазой которых является нефть); вода — газ (модель сильнообводненных нефтегазовых смесей, внешней средой которых является пластовая вода). Простота и хорошая изученность свойств данных моделей дает возможность аналитически интерпретировать полученные экспериментальные данные, что позволит глубже выявить физическую сущность изучаемых процессов. Поэтому в качестве модельных ГЖС при проведении экспериментов были выбраны смеси вода-газ и вода-ПАВ-газ.
Исследования работы одновинтового насоса со следующими техническими характеристиками рабочих органов: кинематическое отношение і = 5:6; контурный диаметр обоймы DK = 46 мм; длина обоймы L = 700 мм; шаг винтовой поверхности обоймы Т— 150 мм; эксцентриситет е = 2,45 мм; давление нагнетания насоса 0-15 МПа; давление всасывания насоса 0,05 - 0,1 МПа; на газожидкостных смесях проводились при давлении у входа в насос, определяемом высотой жидкости в баке и сопротивлением подающей линии. Эксперименты проводились при числах оборотов винта насоса 150 и 225 мин"1. Прежде всего, ресивер 25 заполнялся сжатым воздухом до необходимого давления 0,6 МПа.
Затем открывались задвижки 16 и 17, остальные вентили должны были быть закрыты. Далее, при помощи ручки грубой настройки регулятора напряжения якоря электродвигателя запускался насос, и устанавливалась необходимая частота вращения (по тахометру), после чего ручкой точной настройки корректировались обороты и поддерживались постоянными в ходе эксперимента.
Задвижкой 17 устанавливалось начальное давление на выходе насоса (р вых.нач.) первого режима испытаний (сопротивления задвижки). После стабилизации показаний приборов, фиксировались измеряемые параметры первого режима при отсутствии газа в перекачиваемой среде (первый замер): р вх — показания (дел.) манометра 19 на входе насоса, р вых — показания (дел.) манометра 18 на выходе насоса, Н\ъНг- уровни жидкости в трубках дифманометра 24. В случае пульсаций давления фиксировались границы колебаний и для расчетов использовались средние значения. Далее начинались исследования насоса на ГЖС. Для этого полностью открывались верхний 12 и нижний 10 вентили реометрического стенда (см. рис. 2.2). Открывался кран 20 подачи газа в смесительную камеру 21. Приоткрывая вентили 11 и 8 на входе и выходе стенда, устанавливался некоторый начальный минимальный расход газа таким образом, чтобы на данном режиме испытания можно было сделать порядка 5-7 измерений на ГЖС, при этом необходимое давление на выходе (0,1 или 0,2 МПа) поддерживалось по манометру 13.
Фиксировались показания второго замера первого режима: кроме упоминавшихся величин/? вх Р выху Hj, Н2 замерялись уровни {hi, hi) жидкости в трубках дифманометра 14 (см. рис. 2.1). Затем, постепенно увеличивая расход газа (вентилями 11 и 8), снимались показания третьего и последующих замеров первого режима испытаний. Методика проведения экспериментов предусматривает постепенное увеличение расхода газа при поддержании постоянного давления на выходе реометрического стенда, заданной частоты вращения насоса и фиксированной степени открытия задвижки на выходе насоса.
Максимальный расход газа ограничивался шкалой дифманометра 14. Аналогичным образом проводились эксперименты и на остальных режимах при различных/? вых#нач.. Для перехода к следующему режиму прекращалась подача газа (закрывались вентили 11 и 8), задвижкой 17 устанавливалось новое начальное давление на выходе насоса, и повторялись действия, описанные выше. После проведения экспериментов закрывались: вентиль 11, кран 20, вентили 8, 10 и 12. Затем ручкой грубой настройки регулятора насос останавливался.
Экспериментальные исследования газосепараторов и газосепараторов-диспергаторов групп 5 и 5А на эффективность газоотделения и устойчивость к абразивному износу
Для удобства анализа напорных характеристик насоса они были построены также в относительном (безразмерном) виде (рис. 2.6.), что позволило выявить влияние свободного газа на характеристики насоса. При содержании газа в смеси до 20% недоподача по жидкости практически соответствует объему газа подаваемого на вход. При рвх 20% снижение Q.x становится непропорциональным и более заметным.
Так, например, при работе насоса на смеси вода-газ (см. рис. 2.6.) при рвх = 40% фактическое снижение подачи (по сравнению с характеристикой на воде) составляет 50%, т.е. при неучете этого обстоятельства относительная погрешность расчета А= х 100 = 20%, что может быть недопустимым при проектировании режимов откачки. Объемные потери в рабочих органах возникают вследствие утечек жидкости из напорной магистрали во всасывающую, через образующийся на контактных линиях односторонний зазор между винтом и обоймой.
Одновинтовые гидромашины занимают особое место в ряду объемных машин, поскольку их характеристики (в том числе предельное давление) и принципы проектирования (выбор длины) в решающей степени зависят от утечек.
Процесс утечки между смежными камерами одновинтовых гидромашин принято рассматривать как истечение через диафрагму винтообразной конфигурации. Для несэюимаелюй жидкости расход утечек Д 2 является функцией плотности рж, межвиткового перепада давления Рк, площади щели s и частоты вращения п. bQ=fi(p ,P»s,n) (2.31) Межвитковый перепад давления (Рк) зависит от числа контактных линий А = (k — 1) zi + 1, отделяющих вход от выхода (к — число шагов рабочих органов); 0,1 - и
При переходе с жидкости на ГЖС механизм образования утечек приобретает более сложный характер, поскольку в этом случае переменными параметрами являются не только размер щели и межвитковои перепад давления, но и плотность, распределение которой по длине рабочих органов зависит от газосодержания и числа шагов к. Давление в Л-1 винтовых камерах многошагового насоса нелинейно возрастает от входа к выходу, в результате увеличивается и плотность перекачиваемой ГЖС вследствие увеличения плотности газовой фазы рг при её сжатии. Таким образом, между смежными камерами существует перепад давлений и плотностей одинакового градиента. Среднюю в каналах рабочих органов плотность смеси в первом приближении можно определить следующим образом рср = 0,5(рвх + рвых) (2.33) где PBXJ Рвых _ плотности смеси соответственно на входе (индекс «вх») и выходе (индекс «вых») насоса Средняя плотность смеси (рис. 2.7), рассчитанная по (2.33), интенсивно изменяется только до давлений насоса 1-1,5 МПа, а затем становится практически постоянной. Чем выше содержание газа в смеси, тем резче изменяется и раньше стабилизируется ее плотность.
Сжатие газовой фазы при её перемещении от входа к выходу сопровождается уменьшением объема смеси, заполняющей рабочие камеры, что компенсируется дополнительным расходом утечек
На рис. 2.8 и 2.9 представлены зависимости утечек в рабочих органах насоса по смеси АО и по жидкости Д)ж от давления насоса. Характер графиков утечек по смеси с ростом газосодержания (см. рис. 2.8.) сильно меняется. По мере увеличения газосодержания зависимость АО-Р изменяет свой вид. Если представить её в степенном виде AQ = СРт, то при 3ВХ 20%, т 1 и при 3ВХ 20%, т 1. Для утечек по жидкости А()ж (см. рис. 2.9.) наблюдается тенденция к постоянству с ростом давления насоса при увеличении газосодержания. При 3ВХ 50% с ростом давления утечки возрастают, при значениях 3ВХ 50% утечки практически не меняются.
Давление насоса при работе на смеси вода-ПАВ-газ снижается менее интенсивно, чем на смеси вода-газ, и в результате достигаются более высокие входные газосодержания (см. П.1). Подачи насоса по жидкости (см. П.2) на смеси вода-ПАВ-газ при начальных давлениях до 4 МПа выше подач на смеси вода-газ.
Разработка методики расчёта основных параметров компоновки гидроструйного насоса для освоения и эксплуатации скважин
На нагрузки в элементах конструкции газосепараторов влияет большое количество факторов. Проведенные исследования изнашивания газосепараторов и анализ вибрационных состояний позволяют выделить ряд достаточно важных факторов, влияющих на возникновение нестационарных вибрационных процессов в работе газосепараторов. Традиционно основной причиной вибраций считается износ радиальных подшипников, возрастание по мере износа втулок радиальных биений в узлах крепления и в опорных подшипниках газосепаратора.
Кроме того, из-за износа подшипников и других узлов насоса увеличиваются зазоры между деталями в подшипниковых узлах в 3,75...5,0 раз, растет амплитуда колебаний, повышается интенсивность процессов усталостного разрушения узлов газосепараторов. Долговечность газосепараторов при вибрационных режимах работы определяется в первую очередь износом рабочих органов: радиальным износом защитных втулок, шнеков, сепарационных барабанов, кавернообразующих колес, радиальных подшипников скольжения и др. Износ защитных втулок и радиальных подшипников скольжения носит асимметричный характер, что является определяющим фактором возникновения динамических возмущений в газосепараторе. Отказ по критерию прочности происходит при определенных значениях величины износа при прочих равных условиях. При этом параметры осевой и радиальной вибрации могут существенно возрасти.
По результатам исследования в большинстве случаев причинами аварий в скважинах и особенно «полетов» установок ЭЦН с газосепаратором на забой, являются также износ и усталостное разрушение муфты и резьбы в нижней части колонны НКТ (2-3 трубы от УЭЦН), обрывы по фланцам верхних и нижних секций УЭЦН, обрывы по фланцевому соединению верхней секции с модулем-головкой ЭЦН, обрывы секции гидрозащиты. Кроме этого присутствие газа вызывает нарушение однородности перекачиваемой жидкости, возникает турбулентность потока. Газовые пробки или газовая смесь в области подшипников скольжения приводят к их быстрому износу и соответствующим отрицательным эффектам.
Необходимо отметить, что массовый метод определения степени износа элементов газосепаратора является наиболее точным по сравнению с инструментальным, так как массовый метод дает меньшую погрешность измерений, а при инструментальном, в соответствии со спецификой измерений (отсутствует возможность измерений площади проточных частей в элементах газосепаратора), возможно произвести только качественный анализ.
В результате исследований можно определить степень износа того или иного элемента конструкции газосепаратора. Представленные характеристики показывают на износ в определенных сечениях газосепараторов, в частности механическому износу подвергаются втулки, подшипники (осевые и радиальные), защитные гильзы (причем в некоторых конструкциях газосепараторов произошло их разрезание), шнек, сепарационные барабаны, кавернообразующее колесо.
Рассмотрим результаты стендовых испытаний на износ серийного газосепаратора, производства ОАО «АЛМАЗ» (г.Радужный). Газосепаратор МНГСР5 является прототипом снятого с производства газосепаратора фирмы Reda (табл. 3.2).
Данный газосепаратор показал высокую конструктивную надежность всех элементов, это связано с тем, что принцип действия данного газосепаратора отличается от других исследуемых газосепараторов. Газосепаратор МНГСР5 не имеет кавернообразующего колеса, которое является основным элементом в центробежных газосепараторах, отвечающим за сепарационную эффективность. В соответствии с этим процессы, происходящие в области движения газожидкостной смеси на участке шнек - сепарационные барабаны в МНГСР-5 отличаются от условий сепарации в газосепараторах с принципом суперкавтации.
Основной износ пришелся на такие детали газосепаратора, как латунные втулки и шнек (табл. 3.2). Износ втулок характеризуется тем, что в процессе работы газосепаратора на модельной абразивной газожидкостной смеси происходит увеличение вибрации в проточной части газосепаратора (рис. 3.3).
