Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Разработка и исследование технологий и технических средств для поддержания пластового давления нефтяных месторождений

ВАК РФ 25.00.17, Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

Автореферат диссертации по теме "Разработка и исследование технологий и технических средств для поддержания пластового давления нефтяных месторождений"

На правах рукописи

БУЛЧАЕВ НУРДИ ДЖАМАЛАЙЛОВИЧ

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ ПОДДЕРЖАНИЯ ПЛАСТОВОГО ДАВЛЕНИЯ НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Специальность: 25.00.17 - Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых

месторождений

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

5 ДЕК 2013

Тюмень - 2013

005542772

005542772

Работа выполнена в Федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Сибирский федеральный университет» (СФУ) на кафедре «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений»

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

- доктор технических наук, профессор Минеев Александр Васильевич

- Валеев Марат Давлетович

доктор технических наук, профессор, ООО «Карбон», заместитель директора

- Галикеев Руслан Маратович

кандидат технических наук, ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный нефтегазовый университет», доцент

- Общество с ограниченной ответственностью

«РН-КрасноярскНИПИнефть»

(ООО «РН-КрасноярскНИПИнефть»)

Защита состоится 27 декабря 2013 года в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.273.01 при ТюмГНГУ по адресу: 625027, г. Тюмень, ул. 50 лет Октября, 38.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотечно-информационном центре ТюмГНГУ по адресу: 625039, г. Тюмень, ул. Мельникайте, 72 а, каб. 32.

Автореферат разослан 27 декабря 2013 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент / Ь/' Аксенова Наталья Александровна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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 104 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

1. Определение влияние мехпримесей на показатели работы электроцентробежного насоса и осложнения в эксплуатации скважин при откачке воды из водоносных горизонтов нефтяных месторождений.

2. Выявление зависимости скорости восходящего потока воды с фракционным составом твердых взвешенных частиц при выносе с забоя скважины на прием насоса.

3. Разработка усовершенствованной конструкции сепаратора и экспериментальное определение фильтрационной способности.

4. Разработка технологии очистки фильтра на приёме насоса без подъёма оборудования на поверхность.

5. 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

1. Выявлена зависимость времени работы УЭЦН в водозаборных скважинах Ванкорского месторождения от количества твердых взвешенных частиц в добываемой воде.

2. 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

1. Установлено, что эффективность разработанного комбинированного сепаратора возрастает при условных диаметрах твердых взвешенных частиц более 1,5-10"4 м.

2. 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.

3. 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

1. Результаты анализа основных видов и степени осложнений в эксплуатации оборудования пескопроявляющих скважин водозабора Ванкорского месторождения.

2. 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.

3. 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.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана общая характеристика работы, обоснована её актуальность, поставлены цель и задачи исследования, сформулированы основные положения, выносимые на защиту, обозначены научная новизна и практическая значимость полученных результатов.

В первой главе приведены результаты исследования количественного и фракционного составов осадков, извлеченных из рабочих колес скважинных

насосов, влияния количества ТВЧ на работоспособность УЭЦН, а также характер снижения подачи насосов во времени, связанного, с износом трущихся пар рабочих ступеней насосов.

Водозаборные скважины Ванкорского нефтяного месторождения эксплуатируются установками электроцентробежных насосов HCl 2500 ARC и HCl 6000 ARC производительностью 1650 и 2100 м3/сут. Глубина залегания пластов Дл 1-3 и Не колеблется в пределах 1450... 1510 м. Глубина спуска насосов составляет в среднем 520 м.

Показано, что изучению проблем пескопроявлений, а также разработке техники и технологий для снижения вредного влияния мехпримесей на работу внутрискважинного оборудования посвящены научные работы Абдулина P.A., Ашрафьяна М.О., Гиматуддинова Ш.К., Демичева С.С., Зубкова М.Ю., Клевцура А.П., Магарила Р.З., Маслова И.И., Медведского Р.И., Мелик-Асланова JI.C., Мельцера М.С., Мирзаджанзаде А.Х., Мищенко И.Т., Питкевича В.Т., Подкорытова С.М., Пчелинцева Ю.В., Федорцова В.К., Ягафарова А.К., Якимова С.Б., М. Голана, В. Пенберти, Р. Снайдера, Д. Сьюмена, С. Шонесси, Р. Эллиса и др.

Анализ ТВЧ по определению фракционного состава осадков, доставленных из полости ступеней ЭЦН, производился по Долганской и Насоновской свитам Ванкорского нефтяного месторождения. По ним определялось содержание частиц различной крупности, входящих в состав осадков методом светового сканирования с помощью лазерного анализатора размера частиц. На базе исследований 82 проб осадка из 8 скважин Долганской свиты и 14 проб осадка из 1-й скважины Насоновской свиты, были получены распределения частиц по весу, которые показывают существенную дисперсию распределения частиц по размерам.

Анализ минерального состава твердых осадков, извлеченных из рабочих колес УЭЦН, показал содержание в проточной части насоса накопившихся механических примесей от 10 до 89% в зависимости от производительности насосов. Состав твердых осадков носит комплексный характер с содержанием в

основном кварцевого песка (65...85%), глины, а также элементов, входящих в различные соли неорганического происхождения. Установлено, что основной диапазон размеров ТВЧ составляют фракции с размерами частиц от 0 до 3,0-10" 4м.

Наибольшие осложнения в эксплуатации пескопроявляющих скважин водозабора Ванкорского месторождения связаны с истиранием пар трения рабочих колес и неизбежной потерей подачи насосов, а также образованием в межлопаточном пространстве песчаных пробок. Установлено, что в воде, поступающей в скважины из пласта содержится до 10000 мг/л и более механических примесей.

Анализируемый фонд водозаборных скважин по ЦДНГ-1 Ванкорского месторождения на 01.01.2013 г. составляет 47 ед.

На рисунке 1 показана связь наработки на отказ УЭЦН и содержания ТВЧ в воде, показывающая тенденцию снижения наработки с ростом количества ТВЧ. Износу подвержены передняя и задняя уплотнительные торцевые части рабочих колес, в которые попадают ТВЧ. Износ сопровождается непроизводительной циркуляцией жидкости из напорной зоны рабочего колеса во всасывающую.

135

Т

нар'

сут. 90

45

0 3,0 6,0 9,0

Содержание ТВЧ, 103 мг/л

Рисунок 1 - Связь между наработкой на отказ УЭЦН ЦДНГ-1 ЗАО «Ванкорнефть» и содержанием ТВЧ в воде.

о о 6Ь о

о° о

\ о О о

В этой связи по мере износа ступеней рабочих колес происходит естественное снижение коэффициента подачи УЭЦН. На рисунке 2 показан характер снижения коэффициента подачи насоса во времени по СКВ. 36 ВЗ. Видно, что уже через 2 месяца эксплуатации коэффициент подачи снизился более чем на 40%.

1,0 Кпод

0,5

о^

о о--

О 30 60 Тсут 90

Рисунок 2 - Характер снижения коэффициента подачи насоса НС 12500 ARC в скважине 36 ВЗ ЦДНГ-1 при содержании ТВЧ в воде около 3000 мг/л.

В этой же главе выполнен обзор способов уменьшения выноса ТВЧ из пласта, включающих регулирование депрессии на пласт, крепление породы в призабойной зоне и забойные фильтры. Показано, что эти способы не обеспечивают достаточную эффективность эксплуатации пескопроявляющих скважин из-за накопления ТВЧ, постепенного снижения продуктивности и невозможности ее восстановления, а также уносом с забоя ТВЧ и износом оборудования. Поэтому, для повышения работоспособности УЭЦН более предпочтительны фильтры, установленные на приеме насосов. Однако, малые размеры ячеек фильтров также являются причиной их засорения. Приёмные фильтры нуждаются в регулярной очистке сеток. При этом, условием эффективности их эксплуатации является очистка фильтров без подъема оборудования на поверхность.

Во второй главе приведены описание разработанного комбинированного сепаратора для УЭЦН, установленного на пакере между забоем и приёмом насоса, а также результаты лабораторных исследований его работы и зависимость скорости выноса ТВЧ с забоя до фильтра от их крупности.

В целях ограничения поступления из пласта большого количества ТВЧ, на Ванкорском месторождении были внедрены забойные фильтры сетчатого и щелевого типов. Это позволило увеличить наработку на отказ УЭЦН за 12 мес. 2010 г. с 16 до 77 суток. Однако содержание ТВЧ в воде при использовании таких фильтров доходило до 600... 1800 мг/л. В этой связи возникла необходимость разработки сепаратора, установленного между забоем и приёмом УЭЦН.

На рисунке 3 приведена схема сепаратора, разработанного с учетом выполненного анализа известных конструкций. Скважинный песочный сепаратор включает корпус 1, состоящий из секций, нижний 2 и промежуточный переводники 3 с каналами 4, 5, 6 и 7, трубками 8 и 9, ловильные камеры 10 и 11. На переводнике установлена сетка 12, на которую навита спираль 13, покрытая сеткой 14, снабженной ловильной камерой 15. Принцип работы сепаратора состоит в предварительной фильтрации жидкости в сетчатом материале с последующим отделением ТВЧ в центробежном поле. Жидкость движется снизу вверх вдоль наружной поверхности сетки 14, огибает ее сверху и закручивается спиралью 13 в пространстве между сетками 12 и 14. Часть жидкости при этом фильтруется через сетку 14. Песчинки, задержанные сеткой 14, остаются на ее наружной поверхности. Пропускная способность сетки 14 уменьшается в процессе эксплуатации и все большее количество жидкости огибает сетку 14 сверху, и все меньшее ее количество фильтруется через сетку 14. Чем больше отверстий сетки 14 засорилось снаружи, тем больше жидкости, находится в закручивающемся потоке, тем больше скорость её движения и тем больше центробежная сила, действующая на жидкость, вымывающую эти песчинки изнутри. Если ТВЧ под действием центробежной силы закроют отверстия в сетке 14 со стороны ее внутренней поверхности, то

увеличивается разность давлений, действующих на её наружную и внутреннюю поверхности. Количество жидкости, фильтрующейся в пространство между сетками через отверстия сетки 14, также увеличивается. Интенсивность вымывания песчинок, осевших на внутреннюю поверхность сетки 14, также возрастет. Песчинки, вымытые из внутренней поверхности сетки 14, двигаясь по спирали, осаждаются в ловильную камеру 15.

На рисунке 4 приведена схема лабораторной установки, а в таблице 1 результаты испытаний на ней комбинированного сепаратора. Лабораторная установка позволила определить эффективность фильтрации пескосодержащей жидкости путем сравнения с результатами фильтрации в обычном гравитационном фильтре. Эффективность фильтров оценивалась по степени очистки жидкости от ТВЧ.

Результаты 10 испытаний, проведенных на вышеописанном стенде, показали, что по всем пробам жидкости эффективность комбинированного фильтра существенно выше гравитационного. Из таблице I также видно, что эффективность фильтрации возрастает при концентрации мехпримеси в жидкости более 150 мг/л.

Рисунок 4 - Схема стенда для исследования процесса осаждения механических примесей в движущейся жидкости: 1 - погружной электронасос; 2 - комбинированный сепаратор; 3 - манометры (вакуумметры) с компьютерным обеспечением; 4 - блок пуска и управления насосом; 5, 10 - ёмкости; 6,7 - задвижки (краны); 8 - патрубок для технологических подключений; 9 - миксер; 11 - труба, выполненная из прозрачного материала; 12 - дроссель регулируемый; 13 - труба; 14 -расходомер.

В результате внедрения комбинированных сепараторов на скважинах Ванкорского месторождения (рисунке 5) в течение 12 месяцев удалось увеличить среднюю наработку УЭЦН на отказ с 93 суток (без использования сепараторов) до 368 суток. Вынос ТВЧ на начальной стадии на скважинах со спущенными фильтрами значительно ниже по сравнению с ТВЧ на скважинах, работающих без фильтров.

Таблица 1 - Результаты исследования процесса осаждения механических

примесей в движущейся жидкости.

Номер эксперим ента Концентрация механических примесей, мг/л К„к/К„

на входе на выходе

К„, с использованием фильтра комбинированного типа К„к с использованием гравитационного фильтра К,,,

1 100 60 69 0,6

2 150 68 78 0,45

3 200 90 103 0,45

4 250 110 126 0,44

5 300 148 170 0,46

6 350 180 207 0,47

7 400 210 240 0,49

8 450 240 276 0,53

9 500 304 345 0,6

10 550 390 450 0,71

сут.

Рисунок 5 - Динамика изменения наработки на отказ УЭЦН Количество скважин, эксплуатируемых с помощью таких сепараторов, увеличилось с 1-ой до 27-ми за последний год. В этой же главе приведены результаты, выполненных экспериментальных исследований по определению скорости выноса твердых взвешенных частиц восходящим потоком жидкости в скважине.

Методика проведения эксперимента заключалась в следующем. Низ стеклянной трубки был заполнен ТВЧ, через которые подавалась насосом вода

с различным расходом, обеспечивающем различные скорости восходящего потока. После каждой промывки трубы водой в течение 1 минуты подача воды прекращалась, и визуально измерялось количество оставшейся насыпи песка в нижний части стеклянной трубы. Постепенное увеличение скорости прокачки воды приводило к уменьшению высоты насыпи вплоть до полного её исчезновения. При скорости воды в трубе 0,56 м/с происходил полный вынос твердых взвешенных частиц (ТВЧ) из трубы. Условный диаметр частиц песка определялся по фракционному составу песка Насоновской свиты месторождения. Весь объём песка состоял из частиц размером от 0 до 350 мкм и составлял 100% (рисунке 6). После первой промывки песка водой с минимальной скоростью унеслось, допустим 15% объема песка. По оси ординат находилась отметка, составляющая 85% и проводилась горизонталь из середины интервала 0...15% до пересечения с кривой на графике. Абсцисса точки пересечения позволяет получить условный диаметр частиц. В расчет принималось среднеарифметическое значение диаметра частиц в полученном диапазоне и т.д.

3-10"4 1,5-Ю"4 О

Условный диаметр ТВЧ, м

Рисунок 6 - Распределение веса ТВЧ по диаметру для Насоновской свиты

В результате эксперимента была установлена зависимость скорости выноса ТВЧ от их крупности на забойных участках водозаборных скважин, показавшая её параболический характер (рисунке 7):

у» = К ■ с1],м1 с, (1)

где - К=6,2-105, (мс)"1; - условный диаметр ТВЧ, м.

0,056

XV,

м/с

0,028

0 1,5-10 3,0-10^

Условный диаметр ТВЧ, м

Рисунок 7 - Зависимость скорости уноса ТВЧ от условного диаметра частиц

Эксперименты позволили получить также зависимость коэффициента

сопротивления ТВЧ при осаждении в жидкости.

31,5

где

(2)

<Р =

Ке

Яе =

(1 пм> р Ц

р и ц - плотность и динамическая вязкость жидкости.

В (2) числитель 31,5 превышает величину 24, характерную для сферической формы частицы, что связано с неправильной формой реальных ТВЧ.

Формула (1) позволяет рассчитать условный диаметр ТВЧ (а^ ) на входе в фильтр в зависимости от средней скорости потока воды в скважины (и) и подбирать ячейки фильтрующего элемента. В соответствие с известным соотношением, поперечный размер ячейки должен составить около Зс1„.

В работе также предложена и внедрена технология предотвращения образования песчаных пробок на забое водозаборных скважин. Суть предлагаемой технологии (рисунке 8) заключается в спуске дополнительной колонны НКТ 102x6,5 длинной, равной длине спущенной компоновки фильтрующих элементов. Подвеска колонны НКТ 102x6,5 осуществляется на ПХН 245x168. Посадка ПХН 102 мм колонны осуществляется выше ПХН 168мм колонны на 5-7 метров, обеспечивая тем самым свободное сообщение «пласт-102 колонна» через призабойную зону. При этом поток жидкости поступающей из пласта в скважину проходит фильтрующие элементы и направляется вниз по стволу, где происходит ее забор через подвеску НКТ 102x6,5. При этом скорость подъема жидкости по НКТ 102x6,5 намного выше скорости потока жидкости по колонне диаметром 168 мм.

Рисунок 8 - Типовая схема работы скважины при компоновке водозаборных скважин путем спуска дополнительной колонны НКТ 102x6,5 в колонну фильтров диаметром 168 мм

В этой же главе приведена методика расчета теплообмена погружного насоса с жидкостью, содержащей песок. Установлено, что при движении пескосодержащей жидкости по кольцевому пространству вверх объёмное содержание частиц вблизи внутренней стенки наружной трубы (эксплуатационная колонна) больше, чем у наружной стенки внутренней трубы (погружной электродвигатель). Неучет влияния механической примеси при определении коэффициента теплопередачи может привести к его занижению более чем 2 раза, а температуры электродвигателя - на 10°С.

В третьей главе приведены результаты разработки технических средств и технологий борьбы с осложнениями в пескопроявляющих скважинах. В работе приведены результаты исследования противоизносного материала для покрытия деталей проточной части УЭЦН сверхмолекулярным полиэтиленом (СВМПЭ), с молекулярной массой свыше I06 г/моль. Этот материал находит все большее применение в различных отраслях промышленности.

В сравнении с другими материалами СВМПЭ имеет малый коэффициент трения по стали (0,05...0,1), а также низкую истираемость. В сравнении с фторпластом истираемость СВМПЭ более чем в 5 раз меньше.

Проведены исследования адгезии твердых взвешенных частиц (ТВЧ) в зависимости концентрации взвешенных частиц (ТВЧ) к рабочим колесам ЭЦН, покрытых СВМПЭ. Через трубу прокачивали жидкость с содержанием частиц механических примесей. В трубе перпендикулярно движению жидкости были установлены две одинаковые тарелки со сферическими поверхностями: одна чугунная с отшлифованной поверхностью, другая тоже чугунная, но покрытая пленкой из СВМПЭ, которые испытывались на прилипаемость частиц. Затем замеры были произведены при концентрациях ТВЧ в прокачиваемой жидкости 600, 900, 1200, 1500, 1800 мг/литр. Для чугунной поверхности получилась кривая б, показанная на рисунке 9.

Для поверхности из полимерного материала (СВМПЭ) соответствующая кривая прилипаемости частиц механических примесей расположилась вблизи оси абсцисс. На рисунке 9 адгезия к поверхности тарелки, покрытой СВМПЭ,

Концентрация мехпримесей Ь лрокачибпемой жидкости мг/п Рисунок 9 - Сравнительный анализ адгезии мехпримесей к поверхности колеса, покрытой из СВМПЭ (а) и колеса, покрытой чугуном (б)

Видно, что адгезия частиц к СВМПЭ значительно ниже, чем к чугунной поверхности. Покрытия из полимерного материала пригодны для защиты рабочих органов насосного оборудования от негативного воздействия частиц механических примесей. СВМПЭ эффективен не только в борьбе против абразивного износа поверхностей нефтяного оборудования, но и прилипания и накопления ТВЧ. Последнее имеет большое значение в борьбе против заклинивания электроцентробежных насосов. На рис.10 приведена фотография рабочего колеса, покрытого СВМПЭ.

Рисунок 10 - Рабочее колесо покрытое СВМПЭ

Предварительное испытание УЭЦН с покрытыми рабочими колесами показало незначительное снижение подачи насоса за 5 месяцев работы.

По мере эксплуатации оборудования в скважине с пескопроявлением происходит засорение приёмного фильтра. Для его очистки требуется подъём оборудования и смена фильтра или специальные обратные клапаны, позволяющие сливать жидкость из НКТ в скважину подъёмом давления в НКТ с устья. Оба варианта требуют существенных издержек производства, а второй - повышает риск аварий. Автором разработана технология очистки фильтра на приёме насоса без подъёма оборудования или повышения давления жидкости в НКТ путем реконструкции обратного клапана УЭЦН.

На рисунке 11 показаны схема и фотография обратного клапана. В корпусе 1 клапана, установленного выше насоса, размещено посадочное седло

2 тарельчатого клапана 3, переходящего в полый шток с горизонтальными окнами в верхней части. В седло 2 упирается опорная гильза 4, над которой располагается шайба 5 с центральным для полого штока и периферийными для протока жидкости каналами. Над шайбой расположена пружина 6, которая подпирает подвижную ступенчатую втулку 7, закрытую сверху крышкой 8 и имеющую центраторы 9. Во втулке 7 также выполнены горизонтальные отверстия большего диаметра. Клапан 3 для герметичной посадки в седло 2 имеет эластичную манжету 10. Для герметизации пары трения: втулка 7 -полый шток клапана 3 на последнем размещены эластичные манжеты 11. Для ограничения вертикального хода втулки 7 на полом штоке клапана 3 размещено стопорное кольцо 12. Для фиксации гильзы 4 и шайбы в корпусе 1 также установлено стопорное кольцо 13. Для работы клапана используется груз, в одном случае спускаемый в колонну насосно-компрессорных на скребковой проволоке через лубрикатор (на рис. не показаны), а в другом - сбрасываемый в НКТ.

После спуска электроцентробежного насоса в скважину обратный клапан

3 под собственным весом принимает крайнее нижнее положение. При этом пружина 6 остается в полностью разжатом положении, при котором

горизонтальные отверстия во втулке 7 и полом штоке клапана 3 не совпадают, что предупреждает проток жидкости из НКТ в насос.

Рисунок 11 - Схема и фотография обратного клапана

При запуске насоса в работу под действием напора жидкости снизу клапан 3 поднимается и пропускает жидкость в НКТ через периферийные каналы шайбы 5. Приподнятое клапана 3 приведет к тому, что подвижная втулка 7 под собственным весом опустится по отношению к штоку, а горизонтальные каналы втулки и полого штока совпадут. Пружина 6 остается в разжатом состоянии. Таким образом, часть добываемой жидкости из насоса в НКТ будет поступать и через полый шток клапана 3.

Для очистки фильтра на приёме насоса от налипших мехпримесей производится его остановка. Клапан 3 под собственным весом опустится вниз и прижмется гидростатическим давлением сверху к седлу 2. Пружина 6 вернет втулку 7 в крайнее верхнее положение , при котором отверстия во втулке 7 и полом штоке клапана 3 уже не совпадут, что предотвратит переток жидкости из НКТ в насос.

Далее в НКТ скважины через лубрикатор на скребковой проволоке

спускают груз, который благодаря весу, превышающему силу упругости пружины 6, сожмет ее и переместит втулку 7 вниз. При этом отверстия во втулке 7 и полом штоке клапана 3 совпадут и жидкость из НКТ под большим напором будет перетекать в скважину через полость насоса и приёмный фильтр с обратной её стороны. Обратная промывка жидкостью фильтра позволит смыть с нее налипшую грязь. По истечению определенного времени груз приподнимают и втулка 7 под действием сжатой пружины 6 вернется в крайнее верхнее положение, при котором прекратится переток жидкости из НКТ в скважину.

Время очистки приёмной части насоса выбирается с расчетом предупреждения достижения жидкостью уровня в скважине, при котором уже создается репрессия на пласт.

После операции промывки производят запуск насоса в работу.

Обратный клапан насоса одновременно выполняет функции сливного клапана. Перед подъёмом подземного оборудования в случае проведения ремонтных работ производят сброс груза в НКТ без скребковой проволоки. Сброшенный груз, долетев до клапана ударится о крышку 8, сожмет пружину 6 и будет удерживать втулку 7 в крайнем нижнем положении по отношению к полому штоку клапана и позволит жидкости из НКТ через совмещенные окна во втулке и полом штоке вытекать в скважину при подъёме оборудования а период ремонта.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Установлены корреляционная связь между количеством выносимых твердых частиц и наработкой на отказ УЭЦН в водозаборных скважинах Ванкорского месторождения, а также характер снижения коэффициента подачи насосов во времени и ухудшение теплообмена с погружным электродвигателем.

2. Выявлена экспериментальная зависимость скорости выноса частиц песка с забоя скважины к приёму насоса в восходящем потоке воды от условного диаметра для расчета диаметра ячейки сетчатого фильтра при заданном отборе воды.

3. Разработана и рекомендуется для использования новая конструкция комбинированного сепаратора для улавливания механических примесей в ячейках сеток. Промысловое испытание сепаратора позволило увеличить наработку на отказ УЭЦН с 93 до 368 сут.

4. Разработана конструкция обратного клапана УЭЦН и технология промывки приема насоса от накопленных ТВЧ без подъёма оборудования на поверхность, а также освобождение НКТ от жидкости при текущих ремонтах скважин.

5. Предложен и испытан композиционный материал на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена с молекулярной массой 106 г/моль, предупреждающий износ поверхности рабочих колес ЭЦН в абразивных средах.

Основные положения диссертации опубликовано в следующих работах

В изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1.Минеев A.B. Методы защиты насосного оборудования при добыче пескосодержащей нефти / А. В. Минеев, П. М. Кондрашов, Н. Д. Булчаев // Территория Нефтегаз. - 2010. - №10. - С. 82-84.

2. Булчаев Н.Д. Стендовые испытания комбинированного фильтра для очистки пескосодержащей нефти /Н.Д. Булчаев, A.B. Минеев //Газовая промышленность. - 2011. - №6. - С. 78-80.

3. Минеев A.B. Методы повышения устойчивости электроцентробежных насосов при перекачке взвесесодержащих жидкостей /A.B. Минеев, Н.Д. Булчаев //Труды Братского государственного университета «Системы. Методы. Технологии». - 2011. - №3. - С. 32-35.

4. Семенов A.A. Решение проблемы пескопроявлений на водозаборных скважинах Ванкорского месторождения /A.A. Семенов, Г.Н. Булчаев, A.B. H.H. Кислов, A.B. Дриллер, Н.Д. Булчаев // Газовая промышленность. - 2012. - №2. -С. 18-21.

5. Минеев A.B. Исследование работы комбинированного фильтра / A.B. Минеев, Н.Д. Булчаев // Газовая промышленность. -2012. - №12. - С. 55-56.

Патенты и авторские свидетельства:

6. Кондрашов П.М. Патент РФ № 2441150 на изобретение. Фильтр для защиты УЭЦН от мехпримесей /П.М. Кондрашов, Н.Д. Булчаев. Заявл. 18.06.2010. Опубл. 27.01.2012. Бюл. № 35.

В других изданиях:

7. Булчаев Н.Д. Движение песчинки в ловильной камере сепаратора / П.М. Кондрашов, Н.Д. Булчаев // Материалы международной конференции «Энергетика в глобальном мире», 16-18 июня 2010 года, г. Красноярск. - С. 333-

8. Булчаев Н.Д. Оснащение узлов заканчивания горизонтальных скважин гравийными фильтрами при эксплуатации рыхлых коллекторов. /Н.Д. Булчаев, Е.В. Безверхая // Материалы научно-технической конференции «Современные вызовы при разработке и обустройстве месторождений нефти и газа Сибири», 18-19 апреля, 2011 г., г. Томск. - С. 38-40.

334.

Соискатель

Н.Д. Булчаев

Издательство «Вектор Бук» Лицензия ЛР № 066721 от 06.07.99 г.

Подписано в печать 26.11.2013 г. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Печать Riso. Усл. печ. л. 1,44. Тираж 100 экз. Заказ 65

Отпечатано с готового набора в типографии издательства «Beicrop Бук». Лицензия ПД№ 17-0003 от 06.07.2000 г.

625004, г. Тюмень, ул. Володарского, 45. Тел. (3452) 46-54-04,46-90-03.

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Булчаев, Нурди Джамалайлович, Тюмень

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирский федеральный университет» (ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет»).

БУЛЧАЕВ НУРДИ ДЖАМАЛАЙЛОВИЧ

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙИ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ ПОДДЕРЖАНИЯ ПЛАСТОВОГО ДАВЛЕНИЯ НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Специальность: 25.00.17 -Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых

месторождений

На правах рукописи

Диссертацияна соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: д.т.н., профессор Минеев А.В.

Тюмень — 2013

СОДЕРЖАНИЕ

Введение.................................................................................

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ И ПРОМЫСЛОВЫХ ДАННЫХ ОБ УСЛОВИЯХ ПЕСКОПРОЯВЛЕНИЯ В СКВАЖИНАХ......................................

1.1. Анализ осложнений в эксплуатации пескопроявляющих скважин и средства защиты насосного оборудования..........................

1.2. Фракционный состав взвешенных частиц в добываемой продукции и в подземном оборудовании скважин...............................

1.3. Технологические и химические методы уменьшения пескопроявлений в скважинах.......................................................

1.3.1. Регулирование депрессии на пласт..............................

1.3.2. Крепление горных пород..........................................

1.4. Механические методы защиты насосов от воздействия твердых частиц, содержащихся в добываемой продукции.....................

1.4.1. Фильтры и сепараторы, устанавливаемые у приема насосной установки.....................................................................

1.4.2. Фильтры, устанавливаемые на забоях нефтяных и водозаборных скважин.................................................................

1.4.3. Центробежная сепарация механических примесей...........

Выводы....................................................................................

2 .РАЗРАБОТКА И РЕЗУЛЬТАТ ИСПЫТАНИЙ НОВЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ И ТЕХНОЛОГИЙ БОРЬБЫ С ОСЛОЖНЕНИЯМИ В ПЕСКОПРОЯВЛЯЮЩИХ СКВАЖИНАХ ВОДОЗАБОРОВ.......................................................................

2.1. Осредненное значение параметров фракционного состава ТВЧ

и применение забойных фильтров................................................... 35

2.2. Разработка конструкций и исследование комбинированного фильтра, а также анализ эффективности его работы............................ 41

2.2.1. Устройство и принцип работы комбинированного фильтра, устанавливаемого ниже приема установки электроцентробежного насоса....................................................... 42

2.2.2. Результаты лабораторных исследований промышленного применения сепаратора................................................................ 49

2.3. Разработка способа предотвращения образования песчаных пробок в водозаборных скважинах.................................................. 54

2.4. Исследование теплообменных процессов между погружным электродвигателем насоса и взвесесодержащей жидкостью................. 57

Выводы.................................................................................... 67

3. ВЫБОР И ИСПЫТАНИЯ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ РАБОЧИХ ОРГАНОВ УЭЦН И РАЗРАБОТКА СПОСОБА ОБРАТНОЙ ПРОМЫВКИ ПРИЁМНЫХ ФИЛЬТРОВ................... 69

3.1. Обзор технических средств повышения износостойкости рабочих органов насосов с помощью материалов на основе черных и цветных металлов и различных сплавов............................................ 69

3.2. Обоснование использования сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) для покрытия рабочих колец УЭЦН................ 74

3.3. Варианты исполнения рабочих органов насосного оборудования с напылением СВМПЭ и их исследования..................... 85

3.4. Технология очистки фильтра на приёме насоса без подъёма оборудования.......................................................................... 89

Выводы.................................................................................... 95

с

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.................................. 96

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.............................. 98

Введение

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 104 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

1. Определение влияние мехпримесей на показатели работы электроцентробежного насоса и осложнения в эксплуатации скважин при откачке воды из водоносных горизонтов нефтяных месторождений.

2. Выявление зависимости скорости восходящего потока воды с фракционным составом твердых взвешенных частиц при выносе с забоя скважины на прием насоса.

3. Разработка усовершенствованной конструкции сепаратора и экспериментальное определение фильтрационной способности.

4. Разработка технологии очистки фильтра на приёме насоса без подъёма оборудования на поверхность.

5. 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

1. Выявлена зависимость времени работы УЭЦН в водозаборных скважинах Ванкорского месторождения от количества твердых взвешенных частиц в добываемой воде.

2. 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

1. Установлено, что эффективность разработанного комбинированного сепаратора возрастает при условных диаметрах твердых взвешенных частиц более 1,5-10-4 м.

2. 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.

3. 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

1. Результаты анализа основных видов и степени осложнений в эксплуатации оборудования пескопроявляющих скважин водозабора Ванкорского месторождения.

2. 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.

3. 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.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ И ПРОМЫСЛОВЫХ ДАННЫХ ОБ УСЛОВИЯХ ПЕСКОПРОЯВЛЕНИЯ В СКВАЖИНАХ

1.1. Анализ осложнений в эксплуатации пескопроявляющих скважин и средства защиты насосного оборудования

К наиболее существенным осложнениям в эксплуатации скважин относятся присутствие в добываемой жидкости механических примесей, отложения на поверхности оборудования солей, продуктов коррозии, парафина, различных смол и асфальтенов, гидратов. Все эти факторы осложняют процесс разработки нефтяных месторождений и повышают издержки производства [1].

Присутствие в добываемой продукции механических примесей имеет место во многих нефтедобывающих регионах России и зарубежных стран [2, 3]. Будучи абразивным материалом, они вызывают истирание оборудования, уменьшают ресурс электроприводных центробежных насосов, подъемных труб и т.д. Выносимый из пласта песок образует песчаные пробки на забое, скапливается в погружных насосах.

Уменьшение межремонтного периода основных средств, ремонт или покупка нового оборудования способствуют повышению себестоимости добываемой нефти и снижению рентабельности производства. Поэтому нефтяные компании вынуждены искать и принимать эффективные меры по уменьшению пескопроявлений и борьбе с отрицательным его воздействием на процесс нефтегазодобычи.

Изучению проблем пескопроявлений, а также разработке техники и технологий снижения вредного влияния мехпримесей на работу внутрискважинного оборудования посвящены научные и опытно -промышленные исследования Абдулина P.A., Ашрафьяна М.О., Гиматуддинова Ш.К., Демичева С.С., Зубкова М.Ю., Клевцура А.П., Магарила Р.З., Маслова И.И., Медведского Р.И., Мелик-Асланова Л.С., Мельцера М.С., Мирзаджанзаде

А.Х., Мищенко И.Т., Питкевича В.Т., Подкорытова С.М., Пчелинцева Ю.В., Федорцова В.К., Ягафарова А.К., Якимова С.Б., М. Голана, В. Пенберти, Р. Снайдера, Д. Сыомена, С. Шонесси, Р. Эллиса и др.

Наибольшие осложнения в эксплуатации пескопроявляющих скважин водозабора Ванкорского месторождения связаны с истиранием пар трения рабочих колес и неизбежной потерей подачи насосов, а также образованием в межлопаточном пространстве песчаных пробок. В таблице 1.1 представлены данные по эксплуатации фонда водозаборных скважин ЦДНГ - 1, включающие содержание взвешенных частиц в добываемой воде. Видно, что в воде поступающей в скважины из пласта содержится от до 10000 мг/л механических примесей.

Таблица 1.1 - Технологические данные по эксплуатации скважин _ водозабора _ __ ___ __________ _____________

№ скважины Напор ЭЦН К подачи С)ж Рпл Рзаб квч вне

57ВЗ 445 0,6 1320,00 100,0 94,54 900,00

9ВЗ 445 0,9 1972,00 96,0 86,00 3200,00 1

6ВЗ 445 0,9 1944,00 100,0 87,62 300,00 1

2ВЗ 445 0,8 1776,00 96,8 54,67 100,00

27ВЗ 1 445 1,0 "12064,00 96,0 81,99 2600,00

ювз 445 0,8 1680,00 100,0 89,47 356,00

49ВЗ 445 0,5 984,00 100,0 99,75 1700,00

51ВЗ 450 0,6 1272,00 96,8 80,01 300,00

11ВЗ 445 1,0 2023,00 100,0 96,18 200,00

29ВЗ 445 0,7 1512,00 73,0 59,52 1200,00

4ВЗ 445 0,8 П 776,00 96,8 69,34 150,00

1 5ВЗ 445 0,8 1656,00 96,8 66,36 320,00

12ВЗ 445 0,9 1896,00 70,0 66,91 150,00

25ВЗ 445 0,9 1920,00 75,8 65,00 750,00 '

26ВЗ 445 1,0 2160,00 96,0 81,03 1000,00

54ВЗ 445 0,5 1152,00 г 96,8 77,51 850,00 I

17ВЗ 705 1,4 1824,00 96,0 71,04 750,00

16ВЗ 445 0,9 1867,00 96,0 86,87 220,00

ЗШЗ 445 0,4 792,00 100,0 78,80 716,00

7ВЗ 445 1,0 2016,00 93,6 66,54 180,00

35ВЗ 445 0,9 1800,00 и- 100'0 86,96 1400,00

ЗбВЗ 445 0,4 768,00 93,6 60,20 1900,00

ПВЗ 445 0,8 1730,00 96,0 90,76 2000,00

14ВЗ 447 0,9 1844,00 100,0 92,05 220,00 ^

15ВЗ 817 1,0 1277,00 96,0 85,45 1700,00

21ВЗ 445 0,6 1359,00 96,0 87,85 500,00

22ВЗ 445 0,7 1464,00 96,0 90,49 1100,00

23ВЭ " 690 1,3 | 2068,00 96,0 87,20 300,00

24ВЗ 445 0,5 | 1048,00 96,0 1 87,98 I 5200,00

56ВЗ 445 ! 0,5 | 1080,00 100,0 92,84 ! 200,00

Анализируемый фонд скважин по ЦДНГ-1 Ванкорского месторождения на 01.01.2013 г. составляет 47 ед.

На рисунке 1.1 показана связь наработки на отказ УЭЦН и содержания ТВЧ в воде, показывающая тенденцию снижения наработки с ростом количества ТВЧ. Износу подвержены передняя и задняя уплотнительные торцевые части рабочих колес, в которые попадают ТВЧ. Износ сопровождается непроизводительной циркуляцией жидкости из напорной зоны рабочего колеса во всасывающую.

В этой связи по мере износа ступеней рабочих колес происходит естественное снижение коэффициента подачи УЭЦН. На рисунке 1.2 показан характер снижения коэффициента подачи насоса во времени по СКВ. 36 ВЗ. Видно, что уже через 2 месяца эксплуатации коэффициент подачи снизился более чем на 40%.

135-

пар' 'о^

6Ь и

СУТ.

90

О в_

.... ¡у*—

45

Ч

о

3,0

6,0

9,0

Содержание ТВЧ, 10 мг/л

Рисунки 1.1 - Связь между наработкой на отказ УЭЦН ЦДНГ-1 ЗАО «Ванкорнефть» и содержанием ТВЧ в воде.

1,0,-

i

I r !

К к

под I

I

0,5 Ii

11 30 <"> r.cy,.90

Рисунок 1.2 - Характер снижения коэффициента подачи насоса НС 12500 ARC в скважине 36 ВЗ ЦДНГ-1 при содержании ТВЧ в воде около 3000 мг/л.

Опыт эксплуатации скважин с УЭЦН с высоким содержанием ТВЧ показывает значительное количество разработок в области защиты от них подземного оборудования.

Среди многочисленных известных устройств для защиты от пескопроявлений электроприводных центробежных насосов можно выделить наиболее характерные из них - [106, 107], обладающие характерными для всех гравийных фильтров недостатками: они все имеет отстойник для сбора механических примесей, для удаления которых необходимо поднимать скважинное оборудование.

Несмотря на то, что устройство по патенту № 93119 [107] решает проблему периодических промывок песчаных накоплений из отстойника, сложность конструкции не позволяет применять его на практике.

«Гравийный фильтр с фиктивной пористостью» (авторы: Айсматуллин И.Р., Иванов В..А.) конструктивно состоит из гравийного фильтра блочного типа с искусственной фиктивной пористостью. Каждый блок представляет собой контейнер решётчатой конструкции. Внутри контейнера располагается фиктивная среда с максимальной пористостью. Он предусмотрен для использования в горизонтальных скважинах.

В настоящее время существует широкий спектр технологий и технических решений, направленных на снижение влияния мехпримесеи на работу внутрискважинного насосного оборудования.

Способы снижения влияния мехпримесеи на работу внутрискважинного оборудования можно разделить на четыре группы: химические, технические, технологические и профилактические.

В результате анализа существующих способов борьбы с мехпримесями установлено, что проблема защиты штанговых глубинных насосов стоит менее остро, нежели электроцентробежных (ввиду конструктивных особенностей первых). Для ШГН разработан огромный спектр пескозащитных устройств (противопесочные и газопесочные якоря).

В конструкциях реализован принцип многоступенчатой сепарации с использованием гидродинамических эффектов: поворота струй газожидкостной смеси, центробежного эффекта, ускорения потока со сменой направления течения, эффекта укрупнения газовых пузырьков мелких фракций с их последующей сепарацией. Данное оборудовани