Повышение работоспособности эксплуатационной и ремонтной техники штанговых скважинных насосных установок

Мировой фонд действующих нефтяных скважин в 1997 году составил 923 тысячи, из которых более 80% эксплуатируются штанговыми скважин-ными насосными установками (ШСНУ) [28].

В странах бывшего СССР число действующих скважин в 1997 году составило 123 970, причем в России 75 880 скважин, а в странах СНГ около 20 тысяч эксплуатировались с помощью ШСНУ. Такие пропорции характерны для всех длительно эксплуатируемых месторождений и регионов. Так, например, эксплуатационный фонд Татарстана насчитывал в 1997 году 20 600 скважин, из них 15 тысяч эксплуатировались ШСНУ [54]. Следует отметить, что по мере истощения пластовой энергии относительное количество скважин, эксплуатируемых с помощью ШСНУ неуклонно растет. Все это говорит об актуальности решения проблем, связанных с технологией и техникой этого способа эксплуатации, тем более, что при сохранении современных годовых объемов добычи обеспеченность запасами в мире достигает 40 лет, а в России — 21,7 [28], то есть востребованность будет достаточно длительной.

Характерной особенностью современного этапа нефтедобывающей отрасли является переход к эксплуатации месторождений с помощью наклонно направленных, преимущественно кустовых, скважин. В частности в Татарстане число наклонно направленных скважин (ННС) в 1997 году составляло около 13 000, то есть 87% от числа скважин с ШСНУ. Использование ННС вызвано требованиями экологии и экономической целесообразностью, но сопровождается рядом технико-технологических осложнений. К ним в первую очередь относится интенсивный износ труб и штанг на участках искривления, рост амплитуды и максимальной нагрузки на штанги за счет сил трения.

Важнейшим осложняющим добычу нефти фактором является интенсивное отложение асфальто-смоло-парафиновых отложений (АСПО), что особенно негативно сказывается на работе ШСНУ в ННС, так как увеличиваются нагрузки на все элементы оборудования при ходе вверх, а при ходе вни часто наблюдается «зависание» штанг. Причем в работе [76] на примере месторождений Татарстана показано, что АСПО, образовавшиеся в условиях высокой обводненности, характеризуются ростом адгезионных и когезион-ных свойств.

В 1997 году на подземный ремонт скважин, в целом по предприятиям ОАО «Татнефть», было израсходовано 223 миллиона рублей (в новых ценах). Отсюда видно, какой приоритет нужно дать разработке и внедрению высокоэффективных технологий, направленных на сокращение затрат на эксплуатацию механизированного фонда скважин, совершенствованию технологии ремонта скважин, защите глубиннонасосного оборудования от запа-рафинивания и истирания НКТ муфтами штанг. Для удаления АСПО в промысловой практике используются механические, химические, тепловые и физические методы, среди которых наибольший технологический эффект, по крайней мере в Татарстане, достигается при использовании пластинчатых скребков и скребков-центраторов, относящихся к механическому методу. Характерно, что и индекс затрат для них самый низкий: для скребков-центраторов он равен 1, а для пластинчатых скребков — 0,4, в то время как для других методов он колеблется в пределах 2,3. 12,3.

Промысловый опыт и специальные исследования показали, что применение пластинчатых скребков в ННС сопровождается рядом негативных явлений: увеличением нагрузок в точке подвеса штанг при ходе вверх и уменьшением при ходе вниз, иногда заклиниванием колонны штанг в НКТ, смещением скребков, увеличением износа НКТ на участках искривления профиля скважины.

Область применения пластинчатых скребков была ограничена из-за их интенсивного износа и смещения на штангах в наклонных скважинах. Опытом многолетней эксплуатации установлено, что их можно использовать в скважинах с углом наклона не более 8 градусов. Использование крестообразно расположенных пластинчатых скребков расширяет область применения штанг со скребками в скважинах с наклоном до 18 градусов. Но при этом трудовые затраты и расход пластинчатых скребков увеличивается в два раза. В последние годы ведется бурение в основном наклонно-направленных скважин с углами наклона более 18 градусов, поэтому применение пластинчатых скребков ограничено.

Актуальность проблемы совершенствования компоновки штанговой колонны усиливается увеличением доли высоковязких, парафинистых неф-тей в общей добыче. Кроме разработки комплекса эксплуатационной техники для добычи нефти и газа, не менее актуальной является разработка диагностических систем как подземного глубиннонасосного оборудования, так и ремонтной техники, применяемой при подземном и капитальном ремонте скважин. Обе проблемы связаны с решением единой задачи — увеличением межремонтного периода штанговых насосных установок. Основным результатом деятельности АО «Татнефть» в области повышения надежности нефтепромыслового оборудования за последние 10 лет является обеспечение высокого качества ремонта в условиях производства как глубиннонасосного оборудования, так и подъемных агрегатов для подземного и капитального ремонтов скважин. Без внедрения новых передовых технологий немыслимо дальнейшее развитие нефтяной отрасли.

На поздней стадии разработки нефтяных месторождений особое значение приобретают работы по поддержанию эксплуатационного фонда скважин в работоспособном состоянии с оптимальными параметрами, обеспечивающими рентабельный уровень эксплуатации. В АО «Татнефть» введены в работу 3 центра по реставрации глубинно-насосных штанг. Только в НГДУ «Заинскнефть» восстановлено более 3000 штанг. Экономический эффект составил 1,5млн.рублей. В НГДУ" Иркеннефть" построен цех, который обеспечил потребность предприятий АО «Татнефть» в высоконадежных штанговых колоннах путем входного контроля новых и поступающих на реставрацию штанг, нанесения антикоррозионного покрытия и установки скребков-центраторов из полимерных материалов.

В соответствии с изложенным выше, в диссертационной работе была поставлена цель: создание техники и технологии для повышения работоспособности штанговых скважинных насосных установок и ремонтных агрегатов для их обслуживания.

Основные задачи работы были сформулированы следующим образом:

— анализ работы глубиннонасосного оборудования на предприятиях АО «Татнефть»;

— теоретические исследования взаимодействия штанговой колонны, оснащенной пластинчатыми скребками и пластмассовыми центраторами, с насосно-компрессорными трубами при работе ШСНУ;

— разработка технических средств повышения эффективности работы глубиннонасосного оборудования;

— разработка методов обследования и диагностирования подъемных агрегатов;

— создание технологий по ремонту насосных штанг и армированию их пластмассовыми центраторами.

Решение поставленных задач было обеспечено за счет научной новизны, выразившейся в следующем:

— теоретически обоснован и предложен новый метод борьбы с асфаль-тосмолопарафиновыми отложениями (АСПО) на поверхности внутрисква-жинного оборудования, что обеспечивает снижение истирания НКТ муфтами штанг и пластинчатыми скребками;

— разработаны конструкции пластмассовых и плавающих центраторов для штанговой колонны ШСНУ (а.с.1 505 105, патент РФ 2 039 198);

— разработана комплексная технология компоновки подземного оборудования в наклонно-направленных скважинах, эксплуатируемых штанговыми глубинными насосами, которая заключается в оптимизации места расстановки центраторов по длине колонны штанг;

— предложены новые критерии диагностирования подъемных агрегатов для ремонта ШСНУ, основывающиеся в определении наиболее нагруженных узлов на лабораторном стенде.

При решении поставленных задач использовались результаты промысловых испытаний усилий смещения пластинчатых скребков, закрепленных на штангах с использованием гидропресса и пневмопресса при разных усилиях прижатия скребков к штангестатистические методы обработки экспериментальных результатов и методы моделирования компоновки штанговых колонн. Использование выводов и рекомендаций в промысловых условиях с положительными результатами подтвердило достоверность и значимость результатов исследований.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

— проведен анализ работы штанговых глубинных насосов в наклонно-направленных скважинах на предприятиях АО «Татнефть» за 1995;1997г.г. При этом изучен механизм влияния различных факторов на степень снижения МРП скважин;

— разработана методика определения на ЭВМ места установки пластмассовых центраторов на колонне штанг, с помощью которой определяется необходимое количество центраторов для наклонно-направленной скважины;

— создана материально-техническая база для решения проблемы увеличения МРП штанговых глубинных насосов в наклонно-направленных скважинах, которая позволила повысить работоспособность ШСНУ и снизить затраты на проведение подземного и капитального ремонтов скважин;

— составлена и внедрена методика обследования подъемных агрегатов (руководящий документ оформлен в виде «Методических указаний по проведению обследования подъемных агрегатов, используемых при ремонте скважин с целью определения возможности их дальнейшей эксплуатацииРД 39−4 723 988−129−96);

— разработаны и внедрены скребки-центраторы и малогабаритные вставки в колонну штанг. Применение их позволило снизить нагрузки на штанги на 25−30%, что ощутимо сократило обрывность штанг. В результате значительно сократился износ штанговых колонн и НКТ, получена экономия от повышения сроков службы глубиннонасосного оборудования ШСНУ;

— значительно возросла надежность работы как глубиннонасосного оборудования, так и агрегатов, применяемых для подземного и капитального ремонтов скважин. Это обусловлено применением методических указаний по проведению обследования специального нефтепромыслового оборудования с целью определения возможности дальнейшей эксплуатации (1796.00.002.МУРД 39−1 363 118−139−96).

Оценка экономической эффективности выполнена на основе сопоставления комплекса показателей по анализируемым скважинам до и после внедрения скребков-центраторов. В качестве эффектообразующих показателей приняты: сокращение количества обработок скважин растворителями и количество подземных ремонтов скважин.

Общий экономический эффект по 949 скважинам составил 75 540,4 тыс. руб. Экспертное обследование подъемных агрегатов и продление срока службы их только за 1999 год позволило сэкономить 7605 тыс. руб. В результате реализации разработок автора фактический годовой экономический эффект по вышеуказанным двум позициям составил 83 145,4 тыс. руб. Доля автора составляет 26.847.500 руб. Акты внедрения и экономические расчеты приведены в приложениях 1 и 2.

Основные положения диссертации изложены в 17 печатных работах, в том числе отражены в трех авторских свидетельствах и двух патентах.

В ходе выполнения диссертационной работы большую помощь оказывали работники аппарата ОАО «Татнефть» главный инженер к.т.н. Ибраги.

10 мов Н.Г., начальник производственного отдела по бурению к.т.н. Гилязет-динов З.Ф., начальник производственного отдела по капитальному ремонту скважин Фархутдинов Р. Г., начальник экономического отдела Рахманова А. Ф. и другие. Большой объем работ по внедрению удалось провести благодаря помощи работников НГДУ ОАО «Татнефть» Закирова А. Ф., Фролова А. И., Афлетунова P.A., Файзуллина Р. Н. и других. Автор диссертации всем им выражает искреннюю благодарность.

Автор также благодарит научного руководителя профессора Султанова Б. 3. и соруководителя доцента Зубаирова С. Г. за оказание помощи при оформлении диссертационной работы.

Основные выводы и рекомендации.

1 Проведен анализ работы штанговых скважинных насосных установок (ШСНУ) в наклонно-направленных скважинах на предприятиях АО «Татнефть» за 1995;98 гг., который позволил выявить степень влияния различных факторов на межремонтный период (МПР) скважин. Наиболее значимыми являются проблемы износа штанг и НКТ и борьба с асфальтосмо-лопарафиновыми отложениями.

Установлено, что в АО «Татнефть» около 72% отказов по штангам происходит из-за обрыва штанг по телу и отворота штанг. Зависание штанг, в основном за счет АСПО, составляет около 15% отказов. Износ НКТ истиранием достигает 8%.

2 На основе теоретических исследований разработана комплексная технология компоновки подземного оборудования на скважинах, эксплуатируемых штанговыми глубинно-насосными установками, что позволяет вести эффективную борьбу с запарафиниванием НКТ, истиранием НКТ штангами, обрывом штанг и износом устьевых сальников. Разработана и внедрена на всех нефтедобывающих предприятиях ОАО «Татанефть» методика по компоновке штанг скребками-центраторами и пластинчатыми скребками на наклонно-направленных скважинах.

3 Разработано методическое руководство по оптимизации компоновки колонны штанг центраторами в зависимости от кривизны скважины и расчетных прижимающих усилий, в результате чего определяется место установки, конструкция и количество центраторов.

4 Разработан комплекс технических средств повышения работоспособности глубиннонасосного оборудования: разработаны и внедрены малогабаритные вставки в колонну насосных штанг для предупреждения износа НКТ в наклонно-направленных скважинахвнедрены устройства для эксплуатации скважин глубинными насосами (а.с. 1 505 105) — штанги которых оснащены центраторами, для снижения износа НКТ, особенно при добыче высоковязких нефтейвнедрены устройства для эксплуатации наклонно направленной скважины (патент 2 039 198). В указанном изобретении предложена конструкция скребка-центратора для повышения МРП работы скважин и производительности глубинного насоса за счет центрирования колонны насосных штанг в НКТвнедрена штанговая насосная установка (а.с. 1 555 530), которая позволяет повысить производительность и эксплуатационную надежность скважинной штанговой насосной установки за счет применения вакуумной камеры при выполнении штангового насоса во вставном варианте.

5. Разработаны лабораторный стенд и методика обследования на нем ремонтных агрегатов типа АЗИНМАШ-37А, А-50, УПТ-1−50, УПТ-32. За счет обследования 100 подъемных агрегатов АО «Татнефть» только в 1997 году сэкономлено 7605 тыс. рублей. Конструкция стенда и методика обследования заслужили высокую оценку у участников совещания Минтопэнерго РФ, состоявшегося 28−29 апреля 1999 года в г. Альметьевске и рекомендуются к внедрению на всех нефтегазодобывающих предприятиях.