Совершенствование эксплуатации наклонно направленных скважин установками винтовых насосов с поверхностным приводом тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.17, кандидат технических наук Абуталипов, Урал Маратович

• Абуталипов, Урал Маратович
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Абуталипов, Урал Маратович

Q ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ ОПЫТА ЭКСПЛУАТАЦИИ ВИНТОВЫХ НАСОСОВ С ПОВЕРХНОСТНЫМ ПРИВОДОМ

1.1 Осложнения при эксплуатации малодебитных скважин с высоковязкой продукцией.

1.2 Конструкции установок винтовых насосов с поверхностным приводом

1.3 Анализ опыта эксплуатации винтовых насосов с поверхностным приводом

1.4 Выводы 35 г 2. ИССЛЕДОВАНИЯ ТРЕНИЯ В ВИНТОВОЙ ПАРЕ

2.1. Методики расчета потерь на трение в винтовом насосе

2.2 Лабораторная установка для исследования трения в винтовом насосе

2.3 Определение параметров винтовой пары

2.4 Расчет площади контакта винта и обоймы

2.5 Пересчет механической характеристики винтового насоса по вязкости жидкости и скорости вращения винта

2.6 Выводы. 55 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА РАБОТЫ СКВАЖИННОГО ВИНТОВОГО НАСОСА 57 3.1 Методика определения температуры обоймы в зависимости от технологических параметров 57 3.1.1 Расчет работы силы трения

3.1.2. Расчет количества теплоты, излучаемого с поверхности и передаваемого окружающей среде

3.1.3. Расчет количества теплоты уносимого потоком перекачиваемой жидкости

3.1.4 Расчет температуры обоймы винтового скважинного насоса 63 3.2 Стендовые исследования температурного режима работы винтового насоса

3.3. Анализ результатов эксперимента

3.4. Технические решения для предотвращения перегрева обоймы винтового насоса с поверхностным приводом. 72 3.5 Выводы.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА КОЭФФИЦИЕНТ ПОДАЧИ УВНП

4.1 Анализ существующих методик определения подачи винтового насоса.

4.2 Влияние температурного расширения обоймы на коэффициент подачи винтового насоса с поверхностным приводом

4.3 Влияние наработки на коэффициент подачи винтового насоса $

4.4 Выводы. $

5. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПОТЕРЬ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА НА ТРЕНИЕ ШТАНГОВОЙ КОЛОННЫ О СТЕНКИ НАСОС-НО-КОМПРЕССОРНЫХ ТРУБ.

5.1 Определение зон касания колонны штанги стенок насосно-компрессорных труб.

5.2 Расчет нагрузок, действующих на штанговую колонну УНВП.

5.3 Влияние параметров работы УВНП на снижение сил трения в подземной части установки

5.4 Методика расчета интервалов расстановки центраторов на штангу УВНП.

5.5 Внедрение результатов исследований

5.6 Выводы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование эксплуатации наклонно направленных скважин установками винтовых насосов с поверхностным приводом»

Актуальность проблемы

В настоящее время разработка всех основных нефтяных месторождений России и стран СНГ вступила в позднюю стадию, которая характеризуется истощением пластовой энергии и переходом на механизированный способ добычи. При этом наиболее распространёнными в настоящее время являются штанговые скважинные установки (УСШН) и установки электроцентробежных насосов (УЭЦН). УСШН целесообразно использовать в малоде-битных скважинах. Для УЭЦН характерно применение в высокодебитных скважинах. Однако, при добыче высоковязкой жидкости, или жидкости с высоким содержанием механических примесей и газа применение традиционных механизированных способов малоэффективно. Поэтому для откачки жидкости повышенной вязкости разработаны установки электровинтовых насосов с погружным электродвигателем (УЭВН) и винтовые насосы с поверхностным приводом (УВНП), обладающие целым рядом преимуществ по сравнению с насосами других типов. При эксплуатации винтового насоса происходит незначительно перемешивание жидкости, что предотвращает образование стойкой эмульсии нефти с водой. Отсутствие клапанов и сложных переходов определяет простоту конструкции, снижает гидравлические потери. Винтовые насосы обладают повышенной надежностью (особенно при откачке жидкостей с механическими примесями), просты в изготовлении и эксплуатации, более экономичны по сравнению с другими типами насосов. При перекачке жидкости повышенной вязкости снижаются перетоки через уплотняющую контактную линию между винтом и обоймой, что улучшает характеристику насоса.

Благодаря малой чувствительности к свободному газу винтовые насосы наиболее эффективны для перекачки высокогазированных жидкостей.

При всех достоинствах УЭВН высокая скорость вращения погружного двигателя не позволяет их эксплуатировать в малодебитных скважинах. К тому же отсутствует возможность регулирования подачи насоса. В УВНП применение привода со сменными парами шкивов или зубчатой передачей различных передаточных отношений позволяет регулировать подачу насоса, благодаря применению более низких скоростей вращения увеличивается ресурс работы винтовой пары.

В настоящее время в подавляющее большинство нефтяных месторождений разрабатываются малодебитными и среднедебитными (до 50м3/сут) скважинами, на которых рационально применение одновинтовых насосов с поверхностным приводом.

Однако отсутствие методик расчета технологического режима и подбора типоразмера снижает эффективность их применения, особенно при эксплуатации наклонно направленных скважин, в которых штанговая колонна работает в сложнонапряженном состоянии. В этой связи, работы направленные на создание указанных методик являются весьма актуальными.

Задачи исследований

Заключение диссертации по теме «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений», Абуталипов, Урал Маратович

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. Анализ эксплуатации скважин оборудованных УВНП показал, что большинство скважин, оборудованных УВНП, эксплуатируются в неоптимальном режиме. Показано, что 48,9% скважин работают с коэффициентом подачи ниже среднего. Анализ загруженности электродвигателя показал, что лишь 26,6 % скважин работают в оптимальном режиме загрузки. Это объясняется тем, что из-за отсутствия методик расчета потерь на трение в подземной части и расчета коэффициента подачи сложно подобрать оптимальный режим работы УВНП. Анализ работы УВНП в ОАО «Татнефть» показал, что одним из наиболее частых отказов является износ или разрушение эластомера из-за перегрева обоймы.

2. Разработана методика расчета потерь на трение в винтовом насосе с предварительным натягом. Получены коэффициенты для зависимости, коэффициента трения от числа Зоммерфельда, описывающей механизм граничного трения для одновинтового насоса.

3. Разработана методика расчета температуры обоймы винтового насоса, которая позволит оценить величину температуры при установившемся режиме.

4. Получены регрессионные зависимости, описывающие зависимость коэффициента подачи от наработки для разных периодов наработки, позволяющие учитывать при расчете режима и анализе работы насоса влияние износа эластомера на подачу.

5. Получена методика определения режима трения штанговой колонны и НКТ в наклонно направленной скважине. Разработана методика по расчету интервалов расстановки центраторов штанговой колонны УВНП, исходя из условия работы трущихся тел в режиме вязкого или полусухого трения.

6. На основе разработанных методик создан модуль ПТК «НАСОС», для расчета режима УВНП. Расчеты позволили обосновать переход на использование высокопрочных штанг Дспец и снизить обрывность. Внедрение УВНП по расчетам ПТК «НАСОС» позволило вывести работу насоса на оптимальный режим с высоким коэффициентом подачи

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Абуталипов, Урал Маратович, 2005 год

1. Абуталипов У.М. Способ определения натяга в винтовом насосе // Эксплуатация нефтяных месторождений на поздней стадии разработки/ Сб. научн. тр. Башнипинефть. Уфа, 2000. № 110.- С.54-57.

2. Абуталипов У.М., Сафонов В.Е. Дифференциальный клапан для поочередной откачки воды и нефти диафрагменным насосом / Сб. научн. тр. Башнипинефть. Уфа, 2000. № 103.- С.54-57.

3. Адонин А.Н. О рациональных методах откачки нефти из «песочных» скважин / Азерб. нефт. хоз., 1952. № 4.

4. Александров М.М. Взаимодействие колонны труб со стенками скважины / М.: Недра, 1982.- С. 144.

5. Антипин Ю.В., Валеев М.Д, Сыртланов А.Ш. Предупреждение осложнений при добыче обводненной нефти / Уфа: Башкнигоиздат., 1987.-С.167.

6. Антуфьев В. М., Веденеев В.А. Интенсификация теплообмена путем турбулизации потока жидкости в трубах / Химическое и нефтяное машиностроение, 1974. №1.- С. 16-18.

7. Бабаев P.P. Теоретическое исследование мощности, затрачиваемой на холостое вращение колонны бурильных труб при бурении искривленных нефтяных скважин / Изв.вузов. Сер. Нефть и газ, 1971. № 8.- С. 1721.

8. Багин JI.H., Горбатов B.C. Проблемы и перспективы внедрения погружных винтовых насосов при добыче высоковязкой нефти / Нефтяное хозяйство, 1987. № 2.

9. Балакирев Ю.А., Гегельская Н.В., Слепян Е.А. и др. Добыча высоковязких нефтей скважинными штанговыми насосами / Нефтяное хозяйство, 1981. №7.- С.64-66.

10. Балденко Д.Ф., Балденко Ф.Д. Перспективы создания гидроприводных винтовых насосных установок для добычи нефти / Нефтяное хозяйство, 2002. №3.- С.67-69.

11. Балденко Д.Ф., Балденко Ф.Д., Власов А.В. и др. Параметрический ряд многозаходных скважинных винтовых насосов / Нефтепромысловоедело, 2001. № 8.-С.21-25.

12. Балденко Ф.Д. Одновинтовые насосы и гидродвигатели / Насосострое-ние. Сер. ХМ-Ч.М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1987.- С.40.

13. Бидман М.Г. К расчету энергетических потерь в одновинтовых насосах / Труды ВНИИгидромаша, 1971. №42.

14. Бидман М.Г., Кантовский В.К. Определение оптимальных соотношений размеров рабочих органов одновинтовых насосов / Труды ВНИИгидромаша. М.: Энергия, 1971.- С.131-145.

15. Болгарский А.В., Мухачев Г.А., Щукин В.К. Термодинамика и теплопередача / М.: Высшая школа, 1975.- С.495.

16. Валеев A.M. Исследование гидравлических сопротивлений в установках скважинных винтовых насосов при добыче высоковязкой нефти / Дисс. работа на соискание ученой степени кандидата технических на* ук.

17. Валеев A.M. Результаты исследования гидравлических сопротивленийв НКТ винтовых насосных установок // Сб. аспирантских работ / Молодые ученые Башнипинефти отраслевой науке. Уфа: Башнипинефть, 1998.- С.24-29.

18. Валеев A.M. Результаты исследования гидравлических сопротивлений в НКТ установок винтовых насосов // Сборник аспирантских работ. Молодые ученые Башнипинефти отраслевой науке. - С.23-24.

19. Валеев A.M., Закиров А.Ф. Распределение момента кручения по длине колонны штанг для привода винтового насоса / Тезисы научно-практической конференции. Уфа: Башнипинефть, 2001г.-С.118-119.

20. Валеев М.Д., Хасанов М.М. Глубинонасосная добыча вязкой нефти. Уфа: Башкнигоиздат., 1991.

21. Валишин Ю.Г., Фасхутдинов Р.А., Волочков Н.С. и др. Оценка надежности установок штанговых винтовых насосов и разработка рекомендаций по увеличению коэффициента эксплуатации скважин / Сб. на-учн. тр. Башнипинефть, 2000. № 103.- С.32-39.

22. Балденко Д.Ф., Бидман М.Г., Калишевский B.JL, Кантовский В.К., Ря-занцев В.М. Винтовые насосы / М.: Машиностроение, 1982.-С.224.

23. Гловатский Е.А., Антонова Т.С., Косилов А.Ф. Предварительная оценка температурного режима при эксплуатации нефтяных месторождений / Нефтепромысловое дело, 1981. №8.-С.28-29.

24. Глубинонасосное оборудование. Методика подбора / Руководящий документ РД03-001147275-065-2001, разработан ДООО «Башнипинефть» АНК «Башнефть».

25. Гусев В.И., Шерстнев Н.М., Полубоярцев E.JI. Методы совершенствования технологии эксплуатации скважин при добыче вязких нефтей / Нефтяное хозяйство, 1981. № 4.- С.40-43.

26. Давыдов А.Ю. Оценка влияния крутильных колебаний штанговой колонны на работу винтовой насосной установки / Автореферат дисс. работы на соискание ученой степени кандидата технических наук, УГ-НТУ, 2002.

27. Дубовицкий С.А. Анализ эффективности эксплуатации штанговых винтовых насосных установок с наземным приводом в ОАО «Самара-нефтегаз» / «Интервал», 2003. № 12.- С.73-77.

28. Жулаев В.П., Султанов Б.З. Винтовые насосные установки для добычи нефти / Уфа: Изд-во УГНТУ, 1977.- С.42.

29. Закиров А.Ф., Авраменко А.Н. Опыт эксплуатации винтовых насосов в Республике Татарстан / Нефтепромысловое дело, 1999. № 4.- С.37-41.

30. Закиров А.Ф., Уразаков К.Р., Абуталипов У.М., Валеев A.M. Стенд для испытаний винтовых насосов // Совершенствование технологий добычи, бурения и подготовки нефти / Сб.научн.тр. Башнипинефть, Уфа, 2000. № 103.- С.39-43

31. Зиненко В.П., Пенкевич С.В., Калинин И.С. О характере вращения бурильной колонны при малых зазорах между трубами и стенками скважины / Геология и разведка, 1971. № 8.- С. 134-137.

32. Ивановский В.Н., Дарищев В.И., Каштанов B.C. и др. Некоторые результаты внедрения винтовых насосных установок в Нижневолжском регионе / Нефтепромысловое дело, 2002. № 10.- С.35-37.

33. Информатика в статистике: Словарь-справочник / Под ред. Дайитбего-ва Д.М. М.: Финансы и статистика, 1994.

34. Чичеров Л.Г., Ивановский В.Н., Дарищев В.И. и др. К вопросу о выборе способа добычи высоковязкой нефти // Машины и нефтяное оборудование / Отечеств, произв. опыт: Экспресс-информ. М.: ВНИИОЭНГ, 1984. № 16.-С.4-6.

35. Казак А.С. Добыча нефти глубинными винтовыми насосами / Нефтяное хозяйство, 1991. № 12.

36. Казак А.С., Росин И.И., Чичеров Л.Г. Погружные бесштанговые насосы для добычи нефти / М: Недра, 1973.- С.230.

37. Конюхов И.Н. и др. Винтовой насос. А.С. № 1580053 СССР, МКИ Г04В 47/00; Приоритет 21.06.1983. Опубл. 27.07.90. БИ № 27.

38. Кравцов А.И. и др. Глубиннонасосная установка с винтовым насосом. А.С. № 1542159 СССР, МКИ Г04С 5/00; Приоритет 23.06.1988.

39. Крылов А.В. Одновинтовые насосы /М.:Гостоптехиздат, 1962.

40. Кутдусов А.Т., Уразаков К.Р. Расчет температурного режима погружного электродвигателя // Ученые Башнипинефти дальнейшему развитию нефтедобывающего комплекса республики Башкортостан /Тр.Башнипинефть, 2000. № 100.-С.101-115.

41. Локтев А.В., Болгов И.Д. и др. Использование винтовых насосов с поверхностным приводом в АО «Черногорнефть» / Нефтяное хозяйство, 1995. №9.- С.54.

42. Мановей Н. Гидравлика бурения / Пер. с румын. М: Недра, 1986.-С.536.

43. Кагарманов Н.Ф., Гафуров О.Г., Уразаков К.Р., Пряжевская К.Г., Абрамов В.Е. Методика расчета характеристик глубинных скважинных насосов, работающих в наклонно направленных скважинах / РД 39-1732-82. Уфа, 1982.

44. Михайлов В.В, Жуков Ю.С., Суд И.И. Энергетика нефтяной и газовой промышленности/М.: Недра, 1982.- С.350.

45. Мищенко И.Т. Расчеты в добыче нефти / М.: Недра, 1989.-С.245.

46. Нагусев А.В., Макаренко А.Н., Силкин А.В. Результаты применения штанговых винтовых насосов при добыче высоковязких нефтей с труд-ноизвлекаемыми запасами / «Интервал», 2002. № 8-С.5-6.

47. Пирвердян A.M. Гидродинамика глубинонасосной эксплуатации / М.: ВНИИОЭНГ, 1972. №11.- С.25-27.

48. Уразаков К.Р., Янтурин А.Ш. Повышение межремонтного периода работы наклонно направленных скважин / Тр. Башнипинефть,1988. №78.-С.110-121.

49. Пономарев В.Г., Мухина Т.И. Лабораторные исследования зависимости объемного к.п.д. винтового насоса типа УЭВН5 от геометрии рабочих органов / Научно-технич. сб. «Насосное оборудование для добычи нефти», 1990. № 3.

50. Поршаков Б.П. Термодинамика и теплопередача в технологических процессах нефтяной и газовой промышленности / М.: Недра, 1987. -С.349.

51. Уразаков К.Р., Валеев М.Д., Абуталипов У.М., Закиров А.Ф. Применение винтовых насосов с поверхностным приводом для добычи нефти / Нефтяное хозяйство, 2003. №6.- С108.

52. Рабинович Е.З. Гидравлика / М.: Недра, 1978.-С.304.

53. Ратов A.M. О работе погружных винтовых насосов при добыче высоковязкой или с повышенным газосодержанием нефти / М.: ВНИИОЭНГ, Нефтепромысловое дело, 1976. № 2.

54. Решетов Д. Н. Детали машин / М.: Машгиз, 1961. С.688.

55. Силаш А.П. Добыча и транспорт нефти и газа. Часть II / Пер.с англ. Под ред.Мингареева Р.Ш. М.:Недра, 1980.-С.264.

56. Сопротивление материалов: Учеб. для вузов / Под ред. Писаренко Г.С. 4-ое изд., переработ, и дополн. Киев: Вища школа, 1979.-С.696.

57. Справочная книга по добыче нефти / Под ред. Гиматутдинова М.К. М.:1. Недра, 1974.-C.704.

58. Справочник по добыче нефти / Под ред. Уразакова К.Р. М.: Недра, 2000.- С.374.

59. Справочное руководство по проектированию разработки и эксплуатации нефтяных месторождений // Добыча нефти/ Под ред. Гиматутдино-ва Ш.К., М.: Недра, 1983.- С.455.

60. Патент РФ №2172868 С1 7 F04 В 51/00, F 04 С 2/16. Стенд для испытаний винтовых насосов / Уразаков К.Р., Закиров А.Ф., Абуталипов У.М, Кутлуяров Ю.Х., Муталов A.M., Валеев A.M.

61. Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент / Под ред. Григорьева В.А. и Зорина В.М., М: «Энергоиздат, 1982.- С.512.

62. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя / Пер. с немец. Главная редакция физико- математической литературы издательства Наука, Москва, 1974.

63. Тимашев Э.О., Ямалиев В.У. Анализ причин разрушения эластомеров обойм винтовых насосов / Нефтегазовое дело, www.ogbus.ru, 2005.

64. Уразаков К.Р. Эксплуатация наклонно направленных насосных скважин/М. Недра, 1993.-С.168.

65. Уразаков К.Р., Янтурин А.Ш., Закиров А.Ф. и др. Расчет штанговых колонн для привода винтовых насосов в наклонно направленных скважинах / НТС «Нефтепромысловое дело», 1999. № 4.- С.31-36.

66. Щуров В.И. Технология и техника добычи нефти / М.:Недра, 1983.-С.510.

67. Янтурин А.Ш. Передовые методы эксплуатации и механика бурильной колонны / Уфа.: Башкнигоиздат, 1988 С. 168.

68. Rodemip Oil Well Pumps / Institut Francais Du Petrole.- 1989. se