Введение к работе
Актуальность проблемы
Деятельность нефтяных компаний России осложнена значительными технологическими проблемами: для добычи трудноизвлекаемых запасов требуется применение сложных и дорогостоящих технологий, что делает добычу значительно более затратной, нежели на Ближнем Востоке, в Африке и даже на шельфе.
Истощение активных запасов нефти на большинстве месторождений России сформировало понятие «период поздней стадии разработки объекта». Он характеризуется накоплением различных признаков техногенного воздействия на пласт вследствие нагнетания воды, охлаждения пластов, применения микробиологических, физико-химических и других методов вытеснения нефти, ведущих к ухудшению фильтрационных характеристик пластовых коллекторов и флюидов. Образование отложений в призабойной зоне пласта (ПЗП) приводит к снижению проницаемости в этой части коллектора, к неоднородностям профилей притока и приемистости. Отложения в насосно-компрессорных трубах (НКТ) существенно уменьшают их фактический диаметр, но наиболее уязвимыми элементами по солеотложению, от которых зависит вся гидродинамика электроцентробежных насосов (ЭЦН), являются его рабочие органы. Отложение солей в них приводит к снижению коэффициента полезного действия (КПД), заклиниванию вала, отказу погружного электродвигателя (ПЭД), увеличению вибрации, усиленному износу опорных поверхностей, уменьшению подачи, вплоть до ее прекращения.
В настоящее время на месторождениях Западной Сибири, Урала и Поволжья из-за старения фонда скважин значительно возросла их обводненность (более 90 %), и, как следствие, усилились процессы солеотложения. По данным НГДУ «Мамонтовнефть», 41 % преждевременных отказов в работе установок электроцентробежных насосов (УЭЦН) происходит по причине отложения солей на рабочих органах ЭЦН. В скважине наиболее интенсивное образование солевых отложений происходит на приеме насоса, в его рабочих органах и в насосно-компрессорных трубах. Дальнейшее отложение солей с меньшей интенсивностью происходит в системах нефтесбора, нефтеподготовки и поддержания пластового давления (ППД).
Таким образом, добыча обводнённой нефти, особенно в интенсивно-искривлённых скважинах, приводит к преждевременному выходу из строя нефтепромыслового оборудования и ремонту скважин из-за износа, росту динамических нагрузок, коррозии металла оборудования, увеличивает расход электроэнергии, требует дополнительных материальных и трудовых затрат, т.е. приводит к ухудшению технико-экономических показателей работы нефтедобывающих предприятий и компаний в целом.
Применяемые методы воздействия, препятствующие отложению солей и коррозии, в основном базирующиеся на кислотных обработках в сочетании с использованием поверхностно-активных веществ и ингибиторов коррозии, оказались недостаточно эффективны.
С учётом изложенного, назрела необходимость совершенствования существующих и создания новых технологий и устройств для добычи нефти из скважин осложнённого фонда на поздней стадии их эксплуатации.
Цель работы - разработка научно обоснованных технологических и конструктивных решений, направленных на предупреждение и удаление отложений солей в процессе добычи обводненной нефти, и внедрение на их основе эффективных профилактических мероприятий и устройств.
Для решения поставленной цели были сформулированы следующие
основные задачи:
- исследование механизмов образования и предупреждения твёрдых отложений в добывающих скважинах Тимано-Печорской и Урало-Поволжской провинций;
- разработка интеллектуальных систем ЭЦН АКМ, способных в режиме «автоадаптации» изменять режим работы;
- усовершенствование конструкции погружного скважинного контейнера (ПСК), обеспечивающего повышенную эффективность защиты от солеотложений на приёме ЭЦН;
- разработка электрохимического метода и на его основе технических устройств для предупреждения образования солеотложений и снижения скорости коррозии в проточной части ЭЦН, на корпусе ПЭД и в колонне лифтовых труб добывающих скважин;
- разработка способа запуска центробежного насоса для осложнённых скважин повышенной обводнённости и минерализации;
- разработка комплекса мероприятий по внедрению обновлённых технологий и технических средств в практику работы скважин осложненного фонда добывающих компаний.
Методы решения поставленных задач
Решение поставленных задач основано на комплексном подходе с использованием методов статистического анализа.
Для подтверждения выводов и реализации предложенных методов использованы экспериментальные данные, полученные при опытно-промышленных испытаниях.
Научная новизна результатов работы:
– установлено, что в качестве способа предупреждения солеотложений в верхней части скважинного оборудования возможно использование вторичных эффектов при электролизе пластовых вод повышенной минерализации, эмульгированных в нефти;
– представлен комплексный механизм предупреждения и снижения солеотложения в глубинно-насосном оборудовании добывающих скважин;
– разработаны устройства для предупреждения твёрдых отложений в проточной части в интервале глубин «забой скважины - приём насоса».
На защиту выносятся:
– результаты экспериментального изучения эффектов при электролизе высокоминерализованных пластовых вод, эмульгированных в нефти;
– результаты промысловых исследований электрохимического воздействия на отказ скважинного оборудования.
Практическая ценность результатов работы
Применение разработанных методических рекомендаций и технических средств позволяет предупредить образование твёрдых отложений, включая коррозионные, снизить объем применения ингибиторов, сократить количество дозировочных насосов и увеличить межремонтный период работы скважин осложнённого фонда.
Реализация работы
Разработанные методические рекомендации и комплекс технических решений по предупреждению солеотложений используются в скважинах месторождений ООО «РН-Юганскнефтегаз».
В результате применения разработанных технических устройств для предупреждения твёрдых отложений межремонтный период скважин увеличен в 1,5 раза.
Апробация результатов работы
Основные положения и результаты диссертационной работы обсуждались на научных советах и технических совещаниях НК «Роснефть» (г. Москва, 2006 г.), ОАО «Газпром» (г. Москва, 2006 г.); на научно-практических конференциях «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа» (г. Уфа, 2008 г., 2010 г.).
Публикации
Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 15
научных трудах, в том числе в одном ведущем рецензируемом научном журнале, рекомендуемом ВАК Министерства образования и науки РФ, получено 8 патентов РФ.
Структура и объём работы
Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, основных выводов и рекомендаций, списка использованной литературы, включающего 99 наименований. Работа изложена на 128 страницах машинописного текста, содержит 14 таблиц и 18 рисунков.
