авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |

Повышение эффективности эксплуатации глубоких скважин штанговыми установками (на примере ватьеганского месторождения)

-- [ Страница 1 ] --

УДК 622.276

На правах рукописи

алиев заур заурович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ
ГЛУБОКИХ СКВАЖИН ШТАНГОВЫМИ УСТАНОВКАМИ

(на примере Ватьеганского месторождения)

Специальность 25.00.17 – Разработка и эксплуатация
нефтяных и газовых месторождений

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Уфа 2010

Работа выполнена в Государственном унитарном предприятии
«Институт проблем транспорта энергоресурсов» (ГУП «ИПТЭР»)

Научный руководитель Официальные оппоненты: Ведущая организация – доктор технических наук, профессор Уразаков Камил Рахматуллович – доктор технических наук, профессор Карамышев Виктор Григорьевич – доктор технических наук Султанов Шамиль Ханифович – ТатНИПИнефть ОАО «Татнефть»

Защита диссертации состоится 16 декабря 2010 г. в 1200 часов
на заседании диссертационного совета Д 222.002.01 при Государственном унитарном предприятии «Институт проблем транспорта энергоресурсов»
по адресу: 450055, Республика Башкортостан, г. Уфа, пр. Октября, 144/3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУП «ИПТЭР».

Автореферат разослан 16 ноября 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук Л.П. Худякова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Открытие и ввод в промышленную разработку залежей нефти Западной Сибири, расположенных на глубинах 3000…3500 метров, связаны с большими осложнениями при эксплуатации добывающих скважин. Выработка запасов нефти, неизбежное снижение пластового давления и притока жидкости к скважине требуют применения механизированных способов её подъема при значительных глубинах подвески насосов.

Большие нагрузки, повышенное содержание мехпримесей, кривизна стволов скважин в значительной мере снижают эффективность насосной эксплуатации скважин. Большая глубина скважины неизбежно связана с существованием искривленных участков ствола, в которых возникают силы полусухого трения.

Сочетание большой глубины подвески насоса с кривизной и наклоном ствола при подъеме нефтей с повышенным содержанием мехпримесей, выносимых из пласта (прежде всего, кварцевого песка) или образующихся в скважине (продуктов коррозии металла), попадая в зону трения, многократно увеличивает силы граничного трения штанг о трубы и в еще большей степени осложняет эксплуатацию скважин и увеличивает нагрузки на привод.

Широко распространенное роторное уравновешивание штанговых установок предусматривает компенсацию нагрузок, действующих на головку балансира только на кривошипе, и в этом процессе участвуют все элементы четырехзвенника, что приводит к их чрезмерному перегрузу. В результате – преждевременные отказы и рост потребляемой электроэнергии штанговой установкой.

Перечисленные факторы обуславливают необходимость поиска новых методов уравновешивания станков-качалок (СК).

Цель работы – повышение эффективности эксплуатации глубоких скважин обоснованием использования станка-качалки с устьевой уравновешивающей системой, позволяющей снизить энергопотребление и нагрузки на привод.

Основные задачи исследований:

1. Провести анализ эксплуатации скважин, оборудованных установками скважинных штанговых насосов (УСШН), в условиях Ватьеганского месторождения, а также конструкций приводов штанговых насосов;

2. Разработать конструкцию устьевой уравновешивающей системы станка-качалки для эксплуатации глубинных скважин;

3. Исследовать влияние вязкости эмульсии на работу устьевой уравновешивающей системы;

4. Разработать технологию эксплуатации глубоких скважин с повышенным содержанием механических примесей в откачиваемой продукции.

Методы решения поставленных задач

Решение поставленных задач базируется на анализе состояния разработки выбранного объекта, результатах и анализе промысловых исследований с использованием современных методов обработки исходной статистической информации об объекте, на обобщении результатов промышленных испытаний.

Научная новизна

1. Обоснованы принципы и предложены технические решения, направленные на снижение экстремальных нагрузок на привод штанговой установки в условиях эксплуатации глубоких скважин с повышенным содержанием механических примесей в продукции.

2. В результате исследования механизма формирования нагрузок на привод разработана методика расчета устьевой уравновешивающей системы, позволяющая оценить влияние вязкости эмульсии в период релаксации на вес уравновешивающего контргруза.

На защиту выносятся теоретические выводы и обобщения, методы, практические рекомендации по совершенствованию системы уравновешивания привода штанговой установки, новые технические решения для эксплуатации глубоких скважин с повышенным содержанием механических примесей в продукции.

Практическая ценность результатов работы

Разработана и внедрена конструкция устьевой уравновешивающей системы станка-качалки, позволяющая уменьшить на 25 %…40 % нагрузки на головку балансира.

Предложена технология эксплуатации глубоких скважин с повышенным содержанием механических примесей штанговым насосом новой конструкции.

Апробация работы

Основные положения диссертации докладывались и обсуждались
на Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы технических, естественных и гуманитарных наук» (г. Уфа, 2009 г.);
Х международной молодежной научной конференции «Север Геоэкотех-2009» (г. Ухта, 2009 г); Второй научно-технической конференции (г. Уфа, 2010 г.); 3-ей научно-технической конференции молодых специалистов
«РН-УфаНИПИнефть» (г. Уфа, 2009 г.); 60-ой межвузовской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (г. Уфа, 2009 г.); на заседаниях методсовета ИПТЭР.

Публикации

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 12 научных трудах, в том числе 4 в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ, получены 2 патента РФ.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов и рекомендаций, списка использованной литературы, включающего 109 наименований, и 1 приложения. Работа изложена на 118 страницах машинописного текста, содержит 57 рисунков, 9 таблиц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы ее цель и основные задачи, приведены основные положения, выносимые на защиту, показаны научная новизна и практическая ценность результатов работы.

В первой главе проведен анализ состояния разработки скважин и рассмотрен опыт эксплуатации скважин штанговыми установками в условиях Ватьеганского месторождения, а также конструкций приводов скважинных штанговых насосов (СШН).

На месторождении поисково-разведочные скважины бурят до глубины порядка 3500 м. Промышленная нефтеносность установлена в интервале 1922…2864 м. Фактически залежи нефти имеют низкие темпы отбора и относятся к категории трудноизвлекаемых. Для таких условий преимущественное значение имеют установки штанговых скважинных насосов, эффективность работы которых в значительной степени зависит от привода. Привод СШН обеспечивает преобразование вращательного движения вала электродвигателя в возвратно-поступательное движение точки подвеса штанг (ТПШ), уменьшает частоту вращения вала двигателя до частоты качаний (числа двойных ходов) ТПШ, регулирует режим работы СШН, уравновешивает установку.

Существует достаточно большое разнообразие конструктивного исполнения приводов СШН, из которых наибольшее распространение получил балансир с механической трансмиссией (станок-качалка). В большинстве современных СК в качестве преобразующего применяют четырехзвенный шарнирный кривошипно-шатунный механизм с двуплечим балансиром, от отношения размеров звеньев которого зависят характеристики и параметры привода.

Проектированию и разработке УСШН, их исследованию, а также совершенствованию конструкций приводов посвящены работы: А.Н. Адонина, К.С. Аливердизаде, Т.К. Аливердизаде, Р.Г. Амирова, В.А. Афанасьева, М.М. Ахтямова, М.М. Батирова, С.Б. Байрамова, М.Д. Валеева, А.С. Вирновского, А.Ш. Гиматудинова, В.П. Грабовича, В.И. Даришева, Н.Д. Дрэготеску, И.К. Караева, В.М. Касьянова, А.М. Кенгерли, С.Х. Керимова, А.Х. Мирзаджанзаде, И.Т. Мищенко, А.Г. Молчанова, Г.В. Молчанова, А.К. Мухаметзянова, А.В. Отрадных, А.М. Пирвердяна, А.М. Рабиновича, К.Р. Уразакова, Э.М. Фархадзаде, Л.Г. Чичерова и др.

В настоящее время выпускаются приводы с достаточно большим диапазоном рабочих параметров. Показано, что российскими и зарубежными производителями в приводах СШН широко используются устьевые контргрузы на канатной подвеске, перекинутой через ролик. Однако известные технические решения используются только в специальных длинноходовых приводах и сложны по конструктивному решению.

Во второй главе рассмотрены вопросы, касающиеся совершенствования системы уравновешивания СК.

Одним из неблагоприятных факторов для работы УСШН является то, что усилие в ТПШ постоянно направлено вниз, и его величина при ходе полированного штока вниз и вверх различается на 30 % … 50 %, что приводит к неравномерной нагрузке электродвигателя.

Для выравнивания нагрузки на двигатель за время одного цикла работы, а также с целью уменьшения его мощности привод СШН комплектуют уравновешивающим устройством, которое аккумулирует энергию, получаемую от двигателя, при ходе колонны штанг вверх, а отдает ее – при ходе штанг вниз. Применяемые в настоящее время УСШН уравновешиваются в основном механическим способом, то есть специальными противовесами (контргрузами).

Сочетание большой глубины подвески насоса с кривизной и наклоном ствола при подъеме нефтей с повышенным содержанием мехпримесей, выносимых из пласта (прежде всего, кварцевого песка) или образующихся в скважине (продуктов коррозии металла), попадающих в зону трения штанг о трубы, в еще большей степени осложняет эксплуатацию скважин и увеличивает нагрузки на привод.

Высокие нагрузки на привод штанговых установок при роторном уравновешивании чрезмерно нагружают узлы станка-качалки. Это приводит к преждевременным отказам и росту потребляемой электроэнергии.

Анализ существующих методов уравновешивания станков-качалок в сочетании с вышеперечисленными показал необходимость разработки новых методов уравновешивания.

Нами предложена позволяющая повысить эффективность эксплуатации насосных скважин усовершенствованная конструкция станка-качалки с дополнительной уравновешивающей системой, которая повышает надежность гибкой тяги и удовлетворяет требованиям технической безопасности при проведении работ (патент РФ № 2317444). На рисунке 1 приведена схема привода с устьевой уравновешивающей системой.

  Станок-качалка с дополнительной уравновешивающей системой -0

Рисунок 1 – Станок-качалка с дополнительной уравновешивающей системой

Станок-качалка состоит из установленной на основании 1 опорной стойки 2, на которой расположен балансир 3 с шарнирно закрепленной к нему головкой 4, связанный с установленным на опорной стойке 2 подшипником 5, а также кривошипного вала 6, на котором расположены кривошипы 7, связанные с шатунами 8 и образующие кривошипно-шатунный механизм, взаимодействующий с балансиром 3. Кривошипно-шатунный механизм приводится в движение электродвигателем 9. На кривошипах 7 кривошипно-шатунного механизма установлены уравновешивающие элементы – противовесы 10. Дополнительная уравновешивающая система имеет опору 11, выполненную в виде трубы, установленную на самостоятельном фундаменте, внутри которой подвешен и перемещается груз 12. В боковой поверхности трубы предусмотрены: на уровне груза – люк 13 для регулировки массы груза 12 и выше крайней нижней точки хода груза – разгрузочное устройство 14, представляющее собой сквозное отверстие в опоре 11, и упор в виде железного прута; причем опора 11 дополнительной уравновешивающей системы расположена в одной плоскости с полированным штоком 15 перпендикулярно оси станка-качалки на расстоянии, допустимом требованиями правил техники безопасности. У основания опоры 11 выполнены сливные отверстия 16 для удаления скапливающихся атмосферных осадков. В верхнюю часть опоры 11 вдет и закреплен на ней с помощью шарнира кронштейн 17 роликового блока 18, состоящего из трёх роликов, расположенных относительно друг друга под углом 90 градусов. Через роликовый блок 18 посредством гибкой тяги 19 соединен груз 12 дополнительной уравновешивающей системы с концом полированного штока 15 хомутными соединениями 20. Предложенное размещение роликов в роликовом блоке 18 повышает надежность гибкой тяги 19 путем увеличения радиуса охвата.

Станок-качалка с дополнительной уравновешивающей системой работает следующим образом.

Работа скважинного насоса обеспечивается возвратно-поступательным движением колонны штанг (не показана), связанной с головкой 4 балансира 3, совершающего возвратно-поступательное движение, вследствие работы электродвигателя 9, кривошипного вала 6, кривошипов 7 и шатунов 8. Уравновешивание станка-качалки достигается путем применения противовесов 10 и груза 12, создающего вертикально направленную вверх силу, приложенную через гибкую тягу 19 к полированному штоку 15, соединенному с колонной штанг.

Для осуществления спускоподъемных операций помещают упор в сквозные отверстия разгрузочного устройства 14 опоры 11 при ходе головки 4 балансира 3 вниз. При ходе вверх груз 12 опускается на упор, разгружая тем самым полированный шток 15. Отсоединяют гибкую тягу 19 от хомутных соединений 20 и разворачивают роликовый блок 18.

Эксплуатация станка-качалки с дополнительной уравновешивающей системой предложенной конструкции позволяет производить исследование скважины динамометрированием, проводить подземный ремонт глубинно-насосного оборудования без демонтажа дополнительной уравновешивающей системы, повышает надежность гибкой тяги.

Опыт эксплуатации станков-качалок в ТПП «Когалымнефтегаз» показывает, что более половины отказов приходится на долю кривошипно-шатунного механизма. На примере станка-качалки 7СК8-3,5-4000 были рассчитаны усилия в шатуне для роторной и устьевой систем уравновешивания. Расчеты показали, что при устьевой системе уравновешивания имеет место постоянный характер нагружения деталей кривошипно-шатунного механизма. Достигается существенное уменьшение составляющей 13 усилия в шатуне при ходе ТПШ вверх, что уменьшает нагрузку на вал редуктора, способствуя увеличению срока эксплуатации.

В третьей главе приведена методика расчета веса контргруза для устьевой уравновешивающей системы при статистическом и динамическом режимах работы скважин, а также в период релаксации. Методика основана на исследовании сил, действующих на колонну насосных штанг при ходе вниз.

Сила трения, а значит, и вес уравновешивающего груза зависят от вязкости добываемой продукции. При запуске УСШН в начальный период происходит большое количество аварий, которые возникают вследствие резкого увеличения вязкости эмульсии, обусловленного структурированием из-за высокого содержания в нефтяной фазе парафинов, смол и асфальтенов. Происходит так называемое «старение эмульсии». В результате этого эффекта величина минимальной нагрузки может изменяться в широких пределах.

Для оценки влияния «старения эмульсии» на вес контргруза системы уравновешивания рассчитывалась ее вязкость в период релаксации. По получению значения вязкости была построена зависимость силы трения, действующей на подземное оборудование, от времени, прошедшего после запуска скважины в работу (рисунок 2).

  Зависимость силы гидродинамического тренияот времени релаксации Сила-1

Рисунок 2 – Зависимость силы гидродинамического трения
от времени релаксации

Сила сопротивления в первые пять минут снижается наиболее значительно, а по истечении тридцати минут – практически не меняется. Это объясняется тем, что большинство связей в структуре, образованных при старении во время остановки работы скважины, разрушается в первые несколько минут.

Также были построены графики, отражающие зависимости минимальной нагрузки от времени релаксации (рисунок 3) и от вязкости (рисунок 4).

  Зависимость минимальной нагрузки от времени релаксации -2

Рисунок 3 – Зависимость минимальной нагрузки от времени релаксации

  Изменение минимальной нагрузки в зависимости от вязкости По этим-3

Рисунок 4 – Изменение минимальной нагрузки в зависимости
от вязкости

По этим примерам, зная вязкость эмульсии, можно определить минимальную нагрузку на колонну штанг, а значит и необходимый вес уравновешивающего контргруза.

В четвертой главе рассмотрены результаты промысловых испытаний штанг устьевой уравновешивающей системы станка-качалки, проведенные на скважине № 4649/28 ЦДНГ-5 ТПП «Когалымнефтегаз». На рисунке 5 показаны динамограммы до и после установки устьевой уравновешивающей системы.

  Динамограммы работы УСШН до и после установки устьевой уравновешивающей-4

Рисунок 5 – Динамограммы работы УСШН до и после установки устьевой уравновешивающей системы

Использование данной системы уравновешивания позволяет уменьшить нагрузку на головку балансира станка-качалки в среднем на 25 %.

Приведены результаты исследования процессов трения и изнашивания глубинно-насосного оборудования при эксплуатации скважин с повышенным содержанием механических примесей. Вынос механических примесей из-за слабой цементированности породы наряду с увеличением сил полусухого трения штанг о насосные трубы и увеличением нагрузок на привод приводит к засорению рабочих органов СШН, осложнениям при освоении скважин, износу и выходу из строя подземного оборудования.

Для откачки из скважин жидкостей, содержащих механические примеси, разработана принципиально новая конструкция скважинного штангового насоса (патент РФ № 2360145), схематично представленная на рисунке 6.

Рисунок 6 – Скважинный штанговый насос



Pages:   || 2 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.