Исследование основных характеристик установок электроцентробежных насосов с вентильным двигателем для эксплуатации нефтяных скважин тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.17, кандидат технических наук Трегубов, Михаил Иванович

• Трегубов, Михаил Иванович
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Трегубов, Михаил Иванович

ВВЕДЕНИЕ ' :

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИН НА 7 СОВРЕМЕННОМ ЭТАПЕ РАЗРАБОТКИ НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕН И Й

1.1. Основные проблемы эксплуатации скважин 7 механизированнымгспособом

1.2. Перспективы использования в УЭЦН привода с 23 изменяющейся частотой вращения вала в диапазоне (1500-11000) об/мин

1.3; Установка электроцентробежного насоса 27 автоматическая-комнлектная-малогабаритная ЭЦН

1.4. Современное состояние основных проблем 30 эксплуатации скважин установками ЭЦН и задачи исследования

2. ЭКПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ 39 ПОГРУЖНОЙ УСТАНОВКИ ЭЦН АКМ

2.1. Стенд комплексных испытаний установки ЭЦН АКМ

2,111. Технические характеристики стенда СКИ

2.1.2. Методика проведения гидродинамических 46 стендовых исследований насоса и основные результаты

2.1.3. Методика проведения стендовых исследований 51 газосепаратора и основные результаты

2.2. Принципиальная схема термобарокамеры (стенд 1324) 50 для. проведения исследований установки ЭЦН АКМ-80 в условиях приближенных к скважинным

2.2.1. Технические характеристики стенда 1324 50 (термобарокамера)

2.2.2. Методика проведения гидродинамических 55 стендовых исследований и основные результаты

2.3. Исследование работы ступени насоса на 59 газожидкостной смеси при высоких оборотах вращения вала

3. ОСНОВЫ ПОДБОРА ЭЦН АКМ-80 К СКВАЖИНАМ

3.1. Гидродинамические параметры скважины

3.1.1. Определение режимов работы насоса*

3.1.2. Гидродинамические характеристики скважины

3.2. Апробация методики подбора

3.3. Эффективность применения погружного насоса с 75 частотным регулированием

4. ПРОМЫСЛОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ ЭЦН АКМ

4.1. Анализ достигнутых технических показателей ЭЦН 81 АКМ

4.1.1. Наработка на отказ

4.1.2. Возможность спуска установки на большую 87 глубину

4.1.3 Эксплуатация на малодебитном фонде скважин

4.1.4. Охлаждение погружного электродвигателя 95 установок работающих на малодебитном фонде скважин

4.1.5. Влияние механических примесей

4.2. Алгоритмы автоадаптации ЭЦН АКМ

4.3. Установка ЭЦН АКМ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование основных характеристик установок электроцентробежных насосов с вентильным двигателем для эксплуатации нефтяных скважин»

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) 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).

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.

Исходя из вышеизложенного, возникает необходимость создания и исследования установки ЭЦН, способной работать в осложненных условиях с широким диапазоном подач и возможностью регулирования напора; установки, которая обеспечивает синхронизацию параметров системы "пласт-скважина-установка". Одним из способов адаптации установки к изменяющемуся притоку жидкости из пласта является применение частотного регулирования вращения вала насоса, позволяя регулировать и напор, и подачу. Это увеличивает границы применения (рабочую зону) установки, позволяет сократить номенклатуру установок в целом и снижает их массогабаритные характеристики. Снижение массогабаритных параметров подземной части установки увеличит возможность беспрепятственного прохождения криволинейных участков скважин со сложной геометрией и малыми габаритами обсадных колон.

В связи с географическим положением регионов добычи нефти в России, большая доля добычи нефти приходится на удаленные районы с резко-континентальными климатическими условиями. Отдаленность нефтяных месторождений от производителей нефтепромыслового оборудования влечет за собой повышенные затраты на доставку и хранение большой номенклатуры громоздких УЭЦН. Исходя из вышеизложенного, задача снижения массогабаритных характеристик УЭЦН является актуальной.

Решение обозначенных задач можно осуществить путем использования в качестве привода погружных установок регулируемого вентильного двигателя. Таким перспективным направлением решения большинства обозначенных вопросов стала разработка нового поколения УЭЦН с отличными рабочими характеристиками и потребительскими качествами - установка ЭЦН АКМ-80 (автоматическая-комплектная-малогабаритная - АКМ). Основные задачи

1. Анализ и обобщение опыта эксплуатации скважин в* РФ и выявление наиболее перспективного оборудования, для добычи нефти в сложившейся технологической обстановке.

2. Проведение стендовых экспериментов по получению напорно-расходных характеристик установок нового типа (ЭЦН АКМ-80) на повышенных частотах вращения вала.

3. Проведение стендовых испытаний установки ЭЦН АКМ-80 на надежность в термобарокамере, имитирующей приближенные условия- в скважинах.

4. Разработка и промышленная апробация алгоритмов эффективного управления установкой ЭЦН АКМ-80 применительно к изменяющимся условиям эксплуатации.

5. Разработка технологии и апробация технологической схемы дистанционного управления установкой и добычей жидкости на скважине.

6. Промышленные испытания установок ЭЦН, АКМ-80 и анализ полученных результатов на месторождениях РФ.

Научная новизна работы

1. 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.

2. 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».

Практическая значимость

За счет разработанных и внедренных технических решений удалось достигнуть наработок на отказ установок ЭЦН АКМ-80 в 600-800 суток. 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. 6

Заключение диссертации по теме «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений», Трегубов, Михаил Иванович

Основные результаты и выводы:

1. Экспериментально получены характеристики ступени и насоса в целом ЭЦН АКМ-80 при работе на воде в широком диапазоне частот вращения вала насоса (от 3000 до 10000 об/мин), показавшие устойчивою работу насоса на всех частотах вращения вала и которые могут использоваться при подборе насоса к конкретным скважинным условиям.

2. Испытание установки ЭЦН АКМ-80 на надежность в условиях, приближенных к скважинным по давлению' и температуре (в термобарокамере), показали, что значительное количество пусков-остановок (более 100) в течении 48 часов не повлияло на работоспособность установки даже при увеличении числа оборотов вала насоса до 12000 об/мин. Экспериментально получены напорно-расходные характеристики при п до 12000 об/мин.

3. На основе полученных автором напорно-расходных характеристик в ООО «НПК «Нефтемаш» разработаны алгоритмы управления установкой с возможностью подстраиваться под изменяющийся приток в скважине и методика подбора режимов работы погружного насоса с частотным регулированием к скважинам. Автором проведена апробация разработанной методики и подтверждена достаточная сходимость результатов подборов с промысловыми данными, свидетельствующая о точности методики. По данным произведенных расчетов автором было спущено в скважины более 100 комплектов установок ЭЦН АКМ-80 и проведено исследование их работы (Приложение № 1).

4. Показано, что переход на высокие частоты вращения вала позволил создать насосы с большим диапазоном напорно-расходных характеристик и при наличии специализированных алгоритмов управления погружной частью установки - с возможностью автоматического регулирования частоты вращения вала электродвигателя, что позволяет установке подстраиваться под изменяющийся приток в скважине. Это, в свою очередь, обеспечило работу на потенциале скважин, за счет динамической оптимизации* параметров системы «пласт-скважина-УЭЦН». Также при помощи сохранения архивной информации в СУ и ее анализа можно интерпретировать процессы происходящие в скважине во время эксплуатации.

5. Низкие массогабаритные характеристики высокооборотных установок значительно упрощают монтаж на скважине, что сокращает время ввода скважины на режим эксплуатации, снижает затраты на монтаж и стоимость сервисного обслуживания.

6. По итогам проекта ЭЦН АКМ-80 за 2006-2008 год ООО «РН-Юганскнефтегаз» было добыто дополнительно 16,4 тыс. т. нефти. Это стало возможным за счет подстраивания установки под приток продукции из скважины. При этом наработки на отказ установок ЭЦН АКМ составили более 500 суток.

7. Впервые осуществлено дистанционное управление установкой, работающей в скважине с удаленного доступа (за несколько тысяч километров) в режиме реального времени, что доказало возможность своевременного управления погружным оборудованием с любого персонального компьютера подключенного к сети Интернет.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Трегубов, Михаил Иванович, 2010 год

1. Агеев Ш.Р., Григорян Е.Е., Макиенко Г.П. Российские установки лопастных насосов для добычи нефти и их применение. Энциклопедический справочник. Пермь: ООО «Пресс-Мастер», 2007, 645 с.

2. Агеев Ш.Р., Карелина Н.С., Дружинин Е.Ю. Условия наибольших наработок погружных лопастных насосов для добычи нефти при повышенном газасодержании на входе. М.: Бурение и нефть, 11, 2004.

3. Амерханов И.М. Расчетный метод определения параметров пластовой нефти. Труды ТатНИИ, вып. 14, 1970.

4. Аналитический журнал "Нефтегазовая вертикаль", Выпуск №20 за 2008 год «Фонд нефтяных скважин за сентябрь 2008 года».

5. Асылгареев А.Н. Влияние газа на работу погружного центробежного электронасоса. Нефтяное хозяйство, №4, 1973.

6. Атепаев А. О. «Справочник мастера по добыче нефти, ПРС, КРС» -Сургут: Нефть Приобья, 2001.- 316 с.

7. Бабалян Г.А. Физико-химические процессы в добыче нефти. М.: Недра, 1974.

8. Бажайкин С.Г. Влияние свободного газа на кинематику потока жидкости в каналах центробежного насоса // труды института ВНИИСПТнефть. Сборник, подготовка и транспорт нефти и воды. -Уфа-1977. Вып 19.

9. Бажайкин С.Г. Исследование характеристик и модернизация насосных агрегатов нефтяных промыслов. Диссертация* на соискание ученой степени доктора технических наук, Уфа, 2000.

10. Баренблатт Г.И., Ентов В.М., Рыжик В.М. Движение жидкостей и газов в природных пластах. Недра, 1984.

11. Богданов A.A. Напорная характеристика погружного центробежного насоса при работе на вязких жидкостях. Нефтепромысловое дело, 12, 1972.

12. Богданов A.A. Погружные центробежные электронасосы для добычи нефти. М.: Недра, 1968.

13. Боровских Б.И., Ершов Н.С.,Овсянников Б.В., Петров В.И.,Чебаевский В.Ф., Шапиро A.C. Высокооборотные лопастные насосы. Москва, "Машиностроение", 1975

14. ГОСТ 6134-71. Насосы динамические. Методы испытаний: Взамен ГОСТ 6134-58.-Введ. 01.07.73. Переизд. Ноябрь 1978 с изм. №1.13256с. УДК 621.65.001.4:006.354 Группа Г89 СССР.

15. Грабовский А.М., Иванов К.Ф., Пущенко Я.В. О связи коэффициента быстроходности с основными параметрами центробежного насоса при регулировании впуском воздуха // Известия вузов. Энергетика.-1970.-№11.

16. Грабовский А.М., Иванов К.Ф., Пущенко Я.В. Определение основных параметров центробежных насосов при регулировании подачи впуском воздуха // Известия вузов. Энергетика,-1971 .-№ 12.

17. Грон В.Г., Мищенко И.Т. Определение забойного давления в добывающих скважинах, оборудованных установками погружного центробежного насоса. М.: ГАНГ, 1973.

18. Донской Ю.А. Повышение эффективности эксплуатации УЭЦН с частотнорегулируемым приводом при повышенных скоростях вращения ротора установки. дисс. к.т.н., М., 2010. - 148 с.

19. Дроздов А.Н. Влияние числа диспергирующих ступеней на характеристику погружного центробежного насоса. Нефтепромысловое дело, №5, 1982.

20. Дроздов А.Н. Исследование работы погружного центробежного насоса при откачке газожидкостной смеси.-М'.: ГАНГ им, И.М. Губкина, 1994.

21. Дроздов А.Н. Технология и техника добычи нефти погружными насосами в осложненных условиях. Учебное пособие. М.: МАКС Пресс, 2008.-312с.

22. Дроздов А.Н., Демьянова Л.А. Стенд для испытания гидравлических машин, применяемых в нефтяной промышленности.-Нефтепромысловое дело, 1996, №3.

23. Дроздов А.Н., Рабинович А., Маркелов Д. Правда о газе. Исследования характеристик газосепараторов к УЭЦН при различных частотах вращения. Нефтегазовая вертикаль №12, 2006.

24. Дунюшкин И.И., Мищенко И.Т., Елисеева Е.И. Расчеты физико-химических свойств пластовой и промысловой нефти и воды. Учебное пособие для вузов. М.: ГУП Издательство «Нефть и газ»

25. РГУ нефти и газа им И. М. Губкина, Москва 2004г.

26. Еникеев Г.Г., Бажайкин С.Г. Проектирование лопастных насосов. Учебное пособие. УАИ, 1988. С.81.

27. Ибрагимов JI.X., Мищенко И.Т., Челоянц Д.К. Интенсификация добычи нефти М.: Наука 2000г.

28. Ивановский В.Н. Анализ перспектив- развития центробежных установок для добычи нефти. Нефтяное хозяйство №4, 2008.

29. Ивановский В.Н. Научные основы создания и эксплуатации насосного оборудования для добычи нефти в осложненных условиях из мало и среднедебитных скважин. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук, Москва, 1999.

30. Ивановский В.Н., Дарищев В.И., Сабиров A.A., Каштанов B.C., Пекин С.С. Скважинные насосные установки для добычи нефти. -М.: ГУЛ Издательство «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им И. М. Губкина, 2002.-824 с.

31. Игревский В:И!. Исследование влияния газовой фазы, на характеристику многоступенчатого центробежного насоса при откачке газожидкостных смесей из скважин. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, Москва, 1977.

32. Игревский JI.B. Повышение эффективности эксплуатации погружных насосо-эжекторных систем для добычи нефти. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, Москва, 2001.

33. Камалетдинов P.C. Повышение эффективности работы скважинныхj насосов путем применения вентильных двигателей: — дисс. к.т.н.,1. М., 2007. 144 с.t

34. Лабунцов Д.А., Ягов В.В.Механика двухфазных систем. Москва,1.МЭИ, 2000

35. Ляпков П. Д., Павленко В.П. Учебное пособие по дисциплине1."Технология и техника добычи нефти". Москва, Московскийинститут нефти и газа им. Губкина, 1988f

36. Ляпков П.Д. Влияние газа на работу ступеней погружныхцентробежных насосов // Труды института/ ВНИИ. 1959 Вып. 22.ча

37. Ляпков П.Д. О формах течения водовоздушных смесей в каналахi рабочих органов центробежного насоса // Химическое и нефтяноемашиностроение.-1968. №10.

38. Ляпков П.Д. Подбор установки установки погружногоi центробежного насоса к скважине. М.: МИНГ, 1987.

39. V 39. Ляпков П.Д. Способ пересчета характеристик ПЦН с воды наs' 134эмульсию. Нефтяное хозяйство, №5, 1979.

40. Ляпков П.Д., Игревский В.И., Дроздов А.Н. Влияние давления у входа в погружной центробежный насос на его характеристику при работе на смеси «вода- ПАВ-газ». Нефтепромысловое дело, №6, 1982.

41. Максимов. В.П. Эксплуатация нефтяных месторождений в осложненных условиях. М.: Недра, 1976.

42. Матвеев С.Н. Повышение эффективности работы УЭЦН на нефтепромыслах ОАО «Сургутнефтегаза» за счет применения частотного регулирования вентильного двигателя. — дисс. к.т.н., М., 2003.-150 с.

43. Мищенко И.Т. Расчеты при добыче нефти. М:: Недра, 1989.

44. Мищенко И.Т. Скважинная добыча нефти. М.: ГУЛ Издательство «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им И. М. Губкина, Москва 2003г. -816 с.

45. Мищенко И.Т. Технологи и техника» добычи нефти. Теоретические основы подъема жидкости и скважин, часть 1 (Учебное пособие) -М.: МИНХ и ГП им И. М. Губкина, 1977.

46. Мищенко И.Т. Технологи и техника добычи нефти. Теоретические основы подъема жидкости и скважин, часть 2 (Учебное пособие) -М.: МИНХ и ГП им И. М. Губкина, 1979.

47. Мищенко И.Т., Бравичева Т.Б., Ермолаев А.И. Выбор способа эксплуатации скважин нефтяных месторождений с трудноизвлекаемыми запасами. М.: ГУЛ Издательство «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им И. М. Губкина, Москва 2005г.

48. Мищенко И.Т., Сахаров В.А., Грон В.Г., Богомольный Г.И. Сборник задач по технологии и технике добычи нефти. Учебное пособие, М.: Недра 1984.

49. Мищенко И.Т. Статистический анализ работы установок погружных электронасосе в нефтяных скважинах. М.: МИНГ, 1981

50. Муравьев И.М. Мищенко И.Т. Эксплуатация погружных центробежных насосов в вязких жидкостях и газожидкостных смесях. М.: Недра, 1969.

51. Муравьев И.М., Кнышенко Г.Н., Мищенко И.Т., Камалов P.P. Результаты исследования работы погружного центробежного электронасоса ЭЦН-5-130-600 в обводненной скважине. Нефтяное хозяйство, №2, 1969.

52. Муравьев И.М., Мищенко И.Т. Насосная эксплуатация скважин за рубежом. М.: Недра, 1967.

53. Насосное оборудование для добычи нефти. Научно-техническийсборник №3 ОКБ БН ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, М.: 1990

54. Дунюшкин И.И., Мищенко И.Т. Расчет основных свойств пластовых нефтей при добыче и подготовке нефти. Учебное пособие. — М.: МИНГ, 1982.

55. Репин Н.Н., Девликамов В.В., Юсупов О.М., Дьячук А.И. Технология механизированной добычи нефти. М.: Недра, 1976.

56. Руднев С.С. Основы теории лопастных решеток. Учебное пособие. -М.: издательство МВТУ, 1978.

57. Руднев С.С. Пособие по гидромашинам (Труды института) ВНИИГипромаш. 1970 Вып 40.

58. Справочное руководство по проектированию и эксплуатации нефтяных месторождений. Добыча нефти. Под редакцией Гиматудинова Ш.К.Москва,"Недра", 1983

59. Суханов Д.Я. Работа лопастных насосов на вязких жидкостях. Москва, "Машгиз",1952

60. Таблицы физических величин. Справочник. Под редакцией академика И.К. Кикоина. М., Атомиздат. 1976, 1008 с.

61. Филипов В.Н. Центробежные насосы для добычи нефти в модульном исполнении. ЦИНТИхимнефтемашиностроение, обзор, Москва, 1987.

62. Штоф Н.Д. Расчет свойств пластовых нефтей. Гипровостокнефть, 1974.