Применение погружных центробежных насосов в нефтяной промышленности

Мощность трансформатора должна быть:

:

.

где Рэд, зэд - полезная мощность и КПД электродвигателя соответственно; ДРк - потери мощности в кабеле. Для определения величины напряжения во вторичной обмотке трансформатора найдем величину падения напряжения в кабеле, В:

,

Rк = R·10³

- активное удельное сопротивление 1 км кабеля, Ом/км; Хо - индуктивное удельное сопротивление кабеля (Хо = 0,1 Ом/км); cosц - коэффициент мощности электродвигателя; sinц - коэффициент реактивной мощности; Lк - длина кабеля, км.

Напряжение на вторичной обмотке трансформатора:

.

Этому условию удовлетворяет трансформатор ТСБЗ-100 [7] с пределами регулирования во вторичной обмотке 900-1300 В и мощностью 84,5 кВт на отпайке 1200 В

Для работы ПЭД без перегрева необходимо чтобы скорость движения жидкости в интервале спуска ПЭД была больше некоторого, установленного для данного двигателя значения. Скорость движения охлаждающей жидкости в расположении электродвигателя определим по формуле:

.

Полученная скорость превышает необходимую скорость охлаждения (0,08 м/с) по характеристике электродвигателя.

В качестве СУ подходит СУ Электон-05-250, газосепаратор не нужен.

Таблица 3 - Выбор типоразмера оборудования

Выше был приведен очень упрощенный пример ручного подбора УЭЦН к скважине. Однако, как было сказано выше, на сегодняшний день подбор оборудования к скважине производится автоматически с помощью программ на ЭВМ. Плюсы использования компьютеров для расчета установок очевидны: Машинный подбор позволяет многократно сократить время на обработку информации и подбор оборудования, многократно увеличить точность подбора, свести к минимуму вероятность человеческой ошибки. Кроме того, использование машинного подбора позволяет отказаться от многих упрощений, неизбежно используемых при ручном подборе, что также повышает точность подбора [2]. Существует довольно большой выбор ПО как отечественных, так и западных производителей для расчета УЭЦН. Сущность машинного подбора такая же, как и при ручном подборе, но с множеством дополнительных параметров и возможностей.

Рисунок 25 - Окно ввода данных о пласте в программе NovometSel-Pro

Рисунок 26 - 3D модель скважины в программе NovometSel-Pro [1]

Программы подбора УЭЦН в целом аналогичны друг другу, в качестве примера рассмотрим программу NovometSel-Pro от компании НОВОМЕТ. Программа имеет ряд преимуществ в сравнении с аналогами. Вот некоторые возможности программы: Построение индикаторной кривой проводится с учётом изменения проницаемости призабойной зоны из-за выделения в ней свободного газа; расчет периодической эксплуатации УЭЦН; Ориентация в расчете на максимальный КПД насоса; моделирование процесса вывода скважины на режим; Анализ работы ЭЦН в скважине; Расчёт прогиба установки при спуске в скважину; расчет необходимой длины теплостойкого кабельного удлинителя; расчет конического насоса и другие возможности. Более подробно особенности в следующей статье [1].

При машинном подборе первым делом специалисты отсылают заказчику опросный лист, в который необходимо ввести имеющиеся данные о пласте, скважине, инклинометрии, физических свойствах флюида, работавшей на скважине установке. Далее полученные данные вводят в поля программы. На рисунке 25 показано окно ввода данных о пласте. После ввода данных производится их анализ компьютером и подбор наиболее подходящей установки из числа имеющихся. Определяются параметры работы установки, ее компоновка, выводится графическая характеристика работы насоса. Вообще данная программа способна выдавать огромное количество текстовой и графической информации, возможно трехмерное построение модели скважины с указанием ее кривизны (рисунок 26) [1].

В целом, современные компьютерные программы, ориентированные на подбор установок к скважине решают широкий спектр задач возникающих в технологии нефтедобычи. Данные технологии на сегодняшний день используются повсеместно и хорошо справляются с поставленными задачами. Рациональный подбор оборудования позволяет добиваться эффективной работы скважины, что приводит к экономии значительных средств.

3. Анализ причин отказов установок электроцентробежных насосов

3.1 Виды отказов

Как было показано выше, установки УЭЦН являются достаточно сложным и высокотехнологичным оборудованием, состоящим из множества узлов и элементов. Это отдельные узлы и элементы могут выходить из строя под воздействием тех или иных факторов, что приведет к отказу всей установки. На рисунке 27 наглядно представлено "дерево" возможных отказов УЭЦН.

Из представленного множества отказов следует выделить наиболее распространённые и опасные отказы УЭЦН. Сразу следует сказать, что после анализа значительного перечня литературы и производственных отчетов можно сделать вывод, что распределение отказов по различным предприятиям не имеет определенной направленности, каждое предприятие имеет свою доминирующую причину выхода из строя погружного оборудования.

По месторождениям Западной Сибири, распределение отказов тоже специфично. По различным предприятиям доминирующие причины отказов различны. Специфичность отказов по различным месторождениям объясняется разнообразием условий эксплуатации установок ЭЦН: различные объекты разработки, углы отклонения и пространственное положение ствола скважин, глубины спуска насосов, термодинамические режимы откачки, состав и свойства продукции, число частиц механических примесей и другое.

Рисунок 27 - "Дерево" - гистограмма распределения отказов эксплуатационного оборудования

Однако все же можно выделить группы наиболее распространённых отказов. К таким отказам безусловно относятся:

· снижение изоляции кабеля;

· снижение (отсутствие подачи);

· клин насоса.

Чтобы понять, почему происходят те или иные поломки, необходимо установить причину (фактор) которая привела к отказу. Для установления связи того или иного фактора с отказом установки, и определения как конкретно взятый фактор влияет на тот или иной элемент УЭЦН выдвигают гипотезы механизмов и степени этого влияния. Некоторые подобные гипотезы будут рассмотрены ниже, в разделе 3.2, при рассмотрении осложнений, которые, по сути, и являются факторами отказа. Например, считается верной, гипотеза о том, что КВЧ ускоряют отказ ЭЦН, и это судя по всему так. Однако выдвигаемые гипотезы нуждаются в проверке и доказательстве. Существует два основных способа осуществить их проверку [нов подход]:

1. Экспериментальная проверка гипотез о факторах преждевременного отказа.

Осуществляется путем проведения стендовых испытаний или программных экспериментов. Имеет высокую стоимость и сложность реализации [3]. Проблема реализации способа и обработки данных заключается в невозможности создания реальных рабочих условий оборудования, учитывая их сложность и многообразие.

2. Многофакторный анализ причин отказов УЭЦН.

Является наиболее распространённым и действенным способом.

Факторный анализ - это методика комплексного и системного изучения и измерения воздействия факторов на величину результативного показателя. Факторы в результате анализа получают количественную и качественную оценку. Каждый показатель может в свою очередь выступать и в роли факторного, и результативного. С математической точки зрения МФА представляет собой построение модели множественной регрессии. Если это линейная регрессия, то она описывается формулой:

Модель множественной регрессии описывает, как изменяется в среднем значение зависимой переменной Y (результативного признака) при изменении значений объясняющих переменных X (факториальных признаков). По характеру взаимосвязей модели могут быть линейными и нелинейными как по переменным, так и по параметрам [вкладка формулы мфа].

Коэффициент регрессии ?? ?? показывает, на сколько единиц изменится величина зависимой переменной Y при изменении значения i-й объясняющей переменной на одну единицу при прочих равных условиях (все остальные объясняющие переменные равны своим средним значениям).

Оценка значимости коэффициентов регрессии осуществляется путем проведения дальнейших математических расчетов, подробно с которыми можно ознакомиться в источнике [вкладка формулы мфа].

В качестве примера проведения МФА представим проведение данного анализа применительно к влиянию различных факторов на такой отказ как расчленения подземного оборудования. Данный МФА проведен Р.Н. Пономаревым в диссертации "Аварийные отказы оборудования УЭЦН и разработка мероприятий по их устранению". В данной работе произведен анализ влияния геологических факторов (КВЧ, обводненности, содержания газа на приеме), технологических факторов (глубины спуска, погружения под динамический уровень, динамического уровня), факторов обусловленных конструкциями скважины и конструкцией УЭЦН (анализ отказов по заводам - изготовителям, отказы импортного оборудования, влияние осевых опор и подшипников, зависимость от группы исполнения и технической характеристики, зависимость от угла наклона интервала спуска). По каждой из групп факторов получено уравнение множественной регрессии, например, для технологических факторов получилось следующие уравнение:

,

где - фактор глубины спуска насоса, - погружение под динамический уровень, - динамический уровень. Из данной зависимости можно сделать вывод, что из технологических факторов наиболее сильно влияет на отказы УЭЦН по причине расчленения глубина спуска насоса. Данный факт действительно имеет место быть, что подтверждается промысловым опытом.

Очевидно, что МФА дает хорошие результаты, согласованные с опытными данными. Однако проведение МФА крайне сложное предприятие, в чем можно убедиться, изучив рассмотренную диссертацию. Сложность, помимо самих математических расчетов и моделирования, связанна также с тем, что полноценный ФА затруднен из-за высокой сложности сбора комплексной информации в очень разных системах ПССО, при громадных размерах эксплуатационных фондов скважин. При этом, при проведении МФА строят зависимости конкретного отказа от совокупности нескольких факторов, оценивая при этом влияние каждого из них.

Вследствие сложности проведения МФА, в литературе, как правило, при указаниях тех или иных причин отказов не проводят столь детального исследования.

В большинстве случаев анализ отказов производится не на основе МФА, а на основе обычного поиска причинно-следственных связей и выдвижения гипотез без их проверки, то есть методами индукции и дедукции. Например, в источнике одним из основных фактором отказа ПЭД принимается факторы несоблюдения скорости спуска УЭЦН при ремонтах скважин и частые отключения УЭЦН. Как можно видеть, при таком подходе выдвигается лишь логично выведенная гипотеза, но не осуществляется ее проверки экспериментальным методом или методом МФА. Такие заключения, безусловно полезны, они помогают найти проблему и во многих случаях выработать рекомендации по ее решению. Подобный анализ применяется часто и повсеместно. Однако такой подход имеет не высокую достоверность и не показывает численно связи тех или иных факторов с теми или иными поломками и степени влияния этих факторов на вероятность отказа.

Проанализировав информацию из описанных выше источников, можно заключить, что основными осложняющими факторами, негативно влияющими на отказы установок, являются:

· высокое содержание свободного газа на приеме насоса;

· высокое содержание КВЧ в откачиваемой жидкости;

· солеотложения на рабочих органах УЭЦН;

· кривизна ствола скважины;

· глубина спуска УЭЦН;

· температура пластовой жидкости.

Ниже будет рассмотрен подробно каждый из этих факторов, а также некоторые мероприятия по устранению его вредного воздействия и увеличения межремонтного периода УЭЦН.

3.2 Осложнения и их влияние на работу установки

3.2.1 Вредное влияния газа на работу насоса и способы борьбы с ним

Как правило, большинство УЭЦН работают в скважинах, в которых пластовое давление меньше давления насыщения. В связи с этим, на приеме насоса существует какое-то количество свободного газа. Численно, это значение оценивают как объемное содержание газа у приема насоса. Допустимое значение для насосов без газосепаратора составляет 5 %. С применением газосепаратора, допустимое газосодержание увеличивается до 65 %. Газ в увлекаемой в насос жидкости может находиться как в виде мелкодисперсных пузырьков, так и в виде сплошной газовой пробки. Наиболее опасен случай возникновение газовой пробки в секциях УЭЦН. В этом случае в секции возникает полость, занятая газом, которая постоянно увеличивается по мере откачки флюида выше газовой пробки. Это приводит к срыву подачи насоса, уменьшению загрузки двигателя. При ускорении вращения вала в условиях отсутствия жидкости, которая является смазкой в парах трения, происходит нагрев и тепловое расширение пар трения УЭЦН. Также, газовые пробки в УЭЦЕ усиливают вибрации насоса. Мелкодисперсная газовая фаза в потоке движущейся жидкости не вызывает значительных осложнений, напротив, мелкие частички газа совершают полезную работу по подъему жидкости и уменьшает ее плотность. Однако достаточно крупные пузырьки газа могут закупоривать проточные каналы рабочих колес и направляющих аппаратов, поэтому пузырьки должны мыть максимально диспергированы.

В связи с этим, мероприятия по устранению вредного влияния свободного газа сводится недопущению образования газовых пробок в ступенях УЭЦН и диспергирования газовой фазы. Эти задачи осуществляются путем применения модульных газосепараторов, диспергаторов, газосепараторов-диспергаторов. Помимо этого, применяются специальные диспергирующие ступени, имеющие на одной из сторон радиальные лопатки, способствующие диспергированию газовой фазы непосредственно в секциях УЭЦН (рисунок 28). К тому же такая конструкция увеличивает напор ступени, что позволяет уменьшить длину насоса при сохранении тех же значений напора.

Рисунок 28 - Колесо с диспергирующими лопатками

3.2.2 Вредное влияние механических примесей на работу установки и способы борьбы с ними

Механические примеси, попадая в секции УЭЦН, вызывают абразивные износ всех его деталей. В особенности ощутимое действие претерпевают участки, в которых поток флюида изменяет свое направление и трущиеся элементы УЭЦН. В местах трения УЭЦН мехпримеси попадают в щели между трущимися поверхностями и вызывают износ деталей. К тому же, твердые частицы способны забивать каналы, по которым движется жидкость. Уменьшения проходного сечения каналов будет приводить к снижению производительности насоса. Абразивный износ на определенных участках и отложение КВЧ в узких местах ко всему прочему приводят к увеличению вибраций установки. Также, взвешенные частицы являются центрами кристаллизации при образовании солей на рабочих органах УЭЦЦН. (статейка про борьбу с солями).

Основным способом борьбы с высокой концентрацией КВЧ (200-500 мг/л) является использование насосов в износостойком исполнении. В данных насосах используются износостойкие материалы и двухопорные рабочие ступени (рисунки 2, 29).

Хотя по сравнению с одноопорными, двухопорная ступень гораздо дороже и сложнее в производстве, но в то же время обладает рядом преимуществ:

1. Вал лучше защищен от воздействий механических примесей.

2. Система уплотнений в паре колесо-аппарат более надежно защищает их от перетоков и проникновения абразива.

3. Конструкция колеса увеличивает жесткость сборки вал-рабочие колеса, что снижает изгибные напряжения при потере устойчивости.

4. Колесо имеет удлиненную втулку, вследствие чего исключены колебания в плоскости, поперечной валу.

Рисунок 29 - Конструкция двухопорной рабочей ступени: 1 - корпус; 2 - направляющий аппарат; 3 - рабочее колесо

Использование двухопорных ступеней на Самотлорском нефтегазовом месторождении позволило значительно увеличить наработку на отказ в сравнении с колесами обычного исполнения - в 1,5 раза.

Рисунок 30 - ННО колес обычного и износостойкого исполнения

Еще один эффективный метод борьбы с КВЧ - использование открытых рабочих колес УЭЦН. Открытые рабочие колеса также помогают при высоком газосодержании, так как широкие проточные каналы не закупориваются пузырьками газа.

Конструкция открытого рабочего колеса не имеет верхних и нижних стенок (рисунок 31), что позволяет использовать данные колеса в условиях высокого содержания КВЧ, высоких скоростей отложений солей и парафинов, высокого газосодержания. При использовании данного типа колес значительно уменьшается металлоемкость установки.

Рисунок 31 - Открытое рабочее колесо и его направляющий аппарат

Однако открытые колеса имею ряд недостатков, в первую очередь низкий КПД из-за утечек жидкости вследствие отсутствия направляющих дисков, однако, создание минимальных зазоров в рабочей секции, позволяет добиться энергетических характеристик, сходных с характеристиками обычных ступеней. Еще одна проблема заключается в сложности установки осевых подшипников вследствие отсутствия дисков и как следствие проблемы, связанные с трением в ступенях. Соблюдение минимальных зазоров требует высокоточного изготовления, что значительно увеличивает стоимость ЭЦН. В связи с повышенной стоимостью такого оборудования, оно не получило широкого распространения, однако в условиях повсеместного применения ГРП и прочих методов интенсификации многократно увеличился процент крайне осложненных скважин, где применение обычного оборудования не приемлемо. В связи с этим УЭЦН с открытыми рабочими колесами набирает популярность.

В ходе дальнейшего развития данной технологии появились рабочие колеса с частично оставленным верхним или нижним диском такая конструкция позволяла использовать более эффективные осевые подшипники, однако окончательно проблема не решалась. Другим недостатком данной конструкции является нескомпенсированность осевой силы и проблема размещения осевых подшипников. Основной идеей предлагаемой конструкции [12] (рисунок 32) является полное уравновешивание осевой силы, которое обеспечивает "подвешенное состояние" рабочего колеса в процессе работы. Это достигается путем создания вихревого движения жидкости над единственным диском рабочего колеса с помощью дополнительных лопастей. В предложенной конструкции нагрузка со стороны колеса на осевые (как верхний, так и нижний) подшипники ступени минимальна. Поэтому сохраняется высокая износостойкость и надежность конструкции в условиях перекачивания жидкостей с повышенным содержанием механических примесей. Конфигурация, геометрические размеры, а также количество разгружающих лопастей подбираются для каждого открытого колеса индивидуально в зависимости от развиваемого давления, рабочего диапазона подач и основных геометрических размеров колеса.

Рисунок 32 - Разгружающие лопасти открытого колеса [7]

Правильный выбор указанных параметров является определяющим фактором долговременной и надежной работы предложенного насоса. Использование современных программных комплексов для моделирования течений позволяет выполнить этот подбор достаточно точно. Одной из первых открытых ступеней с осевой разгрузкой была разработана ступень ВННО 5-20. За счет удаления нижнего диска рабочего колеса монтажная высота уменьшилась на 35 %, а напорность (напор, развиваемый 1 м насоса) увеличилась с 186 до 39 м/м по сравнению со ступенью ВНН 5-20 обычной конструкции. КПД на оптимальной подаче уменьшился на 4 пункта: с 33 % для ВНН 5-20 до 9 % для ВННО 5-20. Открытая ступень ВННО 5-20 внутри диапазона подач от 7 до 5 м³/сут. работает в "подвешенном состоянии". Осевой зазор между открытыми торцами рабочих лопастей колеса и донышком направляющего аппарата составляет 0,2-0,5 мм. Эффективность осевой разгрузки подтвердили сравнительные ресурсные испытания ступени ВННО 5-20 и ступени без осевой разгрузки на смеси вода + кварцевый песок в течение 4 часов при частоте вращения вала 910 об./мин. Установили, что напор ступени с осевой разгрузкой практически не изменился, а КПД снизился незначительно - на 4 %, в то время как напор открытой ступени без осевой разгрузки уменьшился на 40 %, а КПД - на 12.

Таким образом, ступени с открытыми рабочими колесами имеют очевидное преимущество, и в определенных случаях помогают решить проблему высокого содержания КВЧ в пластовом флюиде и высокого газосодержания. Также, за счет описанных выше преимуществом, данные ступени позволяют эксплуатировать ЭЦН в условиях высокой интенсивности солеотложении.

Для борьбы с КВЧ также используются различные фильтры и шламоуловители. Однако это оборудование имеет тот недостаток, что основным его принципом работ является задержка частиц на различных сетках, уловителях, что, в конце концов, приводит к их закупорке. В связи с этим, на практике такие часто вообще отвинчивают, и насос спускают без фильтров.

Также существуют различные сепараторы механических примесей, например. Сепараторы бывают гравитационного и гидроциклонного действия.

Как пример рассмотрим работу гидроциклонного сепаратора ПСМ 5-114 (рисунок 33). Сепаратор мехпримесей ПСМ 5-114 производства "Новомет-Пермь" был испытан в 008-м и 009-м годах в компании "РН-Юганскнефтегаз". Испытания пяти комплектов показали среднюю наработку на отказ на уровне 74 суток после внедрения оборудования (до внедрения - 163 суток). Таким образом, рост наработки составил порядка 111 суток, в связи с чем в 010 году предприятие приобретает еще 40 комплектов сепараторов этого типа.

Эффективность использования погружных сепараторов мехпримесей на проблемном фонде ОАО "Славнефтьрегионнефтегаз" в 2008 году составила плюс 40 суток. При этом достигнутый уровень наработки в 106 суток, конечно, предприятие не вполне удовлетворяет. По утверждению специалистов "Славнефти", при спуске ПСМ возникает много других проблем, в частности по солеотложению.

Рисунок 33 - Принцип работы гидроциклонного сепаратора ПСМ 5-114

3.2.3 Вредное влияние солеотложений на работу установки и способы борьбы с ними

Соли выпадают в осадок в случае, когда концентрация ионов в растворе превышает равновесную. Это может происходить либо в случае возрастания концентрации ионов соли при той же равновесной концентрации, либо в случае снижения предельной растворимости соли, либо если эти процессы происходят вместе. Первое из этих условий возникает, как правило, при смешивании вод различного состава, несовместимых химически друг с другом. Второе условие выполняется при перенасыщении вод, вследствие уменьшения равновесной растворимости солей. Это явление может происходить при изменении температуры, давления, выделения газов.

Вышеописанные процессы возникают, как правило, при заведении. В случае заведения химический, термический баланс нарушается, и возникают благоприятные условия для выпадения солей на стенках оборудования. К тому же при подъеме обводненного флюида по ступеням УЭЦН происходит значительное изменение термодинамических параметров и обильное перемешивание флюида. Это ускоряет процесс выпадения солей. (http://www.corrosion.su/the_reasons_and_conditions_of_adjournment_of_inorganic_salts.php).

В результате отложения солей на элементах УЭЦН увеличиваются силы трения в рабочих органах насоса и ПЭЛ. Возрастает загрузка, ухудшается теплообмен. Увеличения температуры между ступицами рабочих колес и расточками направляющих аппаратов приводит к дальнейшему увеличению интенсивности солеотложения. В результате УЭЦН перегревается из-за снижения подачи и уменьшения скорости потока жидкости, снижается КПД насоса и напор ступеней. Фото рабочих органов УЭЦН, подвергшихся обильному солеотложению представлены на рисунке 34.

Рисунок 34 - Солеотложения на рабочих органах УЭЦН

Один из основных методов борьбы с солеотложениями - промывка УЭЦН соляной кислотой. Данный метод достаточно эффективен, однако приводит к коррозии метала. Еще один метод защиты оборудования - это использования специальных полимерных материалов. Также при использовании станций управления с частотно - регулируемым приводом используется режим встряхивания, не позволяющий солям оседать на оборудовании. В компании Сургутнефтегаз применяются погружные скважинные контейнеры, заполненные твердым химическим реагентом, которые крепятся к основанию ПЭД. Также повсеместно используется закачка различных ингибиторов с помощью блока реагентного хозяйства (БРХ). Использование ингибиторов позволяет увеличить межремонтный период скважины в 2 раза. БРХ осуществляет дозированную закачку ингибитора в затруб скважины. После закачки ингибитор движется по затрубному пространству до динамического уровня, смешивается с жидкостью и поступает на прием УЭЦН.

К одним из средств борьбы относится оборудование для магнитной обработки фирм Integra Tech Associates и Magnetic Technology Australia, в котором применяютсяя постоянные магниты. Российским аналогом данного ооборудования является системны активатор NBF-1A. Под действием магнитного поля растворенные соли изменяют свою структуру, не осаждаясь в виде твердых осадков, а выносятся из скважины как кристаллический мелкодисперсный "шлам". Преимуществом данного метода является простота конструкции, к недостаткам относится необходимость обработки оборудования до начала кристаллизации солей и монтаж подъемного оборудования.

Также достаточно распространён акустический метод борьбы с солеотложениями. Физический принцип данного метода основан на создании акустических колебаний специальным акустическим излучателем, что приводит к предотвращению образовании центров кристаллизации. Данный метод не предотвращает образование солей, а переносит их образование в продукцию. Испытание прототипов установок в стволе эксплуатируемых скважин показало эффективность данного метода.

Иногда применяют снижение забойного давления путем изменения типоразмера УЭЦН и глубины его спуска.

Описанные в предыдущем разделе ступени с открытыми рабочими колёсами также позволяют добиться положительных результатов благодаря известным преимуществам. Существуют и другие, менее распространённые способы борьбы с солеотложениями.

3.2.4 Влияние кривизны ствола скважины

Основное негативное влияние кривизны ствола скважины сказывается как правило при спускоподъемных операциях, так как существует высокая вероятность повреждения кабельной линии.

Рисунок 35 - Протекторы для защиты кабеля

В целях защиты кабельной линии при спуске установки используют специальные протекторы (рисунок 35), которые крепят вокруг модуль секций насоса. Протекторы препятствуют возникновению трения кабеля о стенки обсадной колоны.

3.2.5 Влияние глубины спуска насоса

Большие глубины спуска оборудования являются фактором, отрицательно влияющим на работу оборудования. При увеличении глубины спуска насоса в скважину увеличивается металлоемкость оборудования, а также риск повреждения кабеля.

При эксплуатации насоса на больших глубинах, близким к глубинам перфорации, обеспечивается максимальная депрессия на пласт, и как следствие - большой приток и большие дебиты скважин. Однако с увеличением депрессии увеличивается вероятность разрушения призабойной зоны пласта, вынос механических примесей к забою и его засорению, засорение самого насоса. К тому же при глубине подвески насоса близкой к интервалу перфорации уменьшается естественная гравитационная сепарация флюида, механические примеси увлекаются во входной модуль насоса, не успевая осесть на забой скважины.

3.2.6 Влияние температуры пластовой жидкости

Высокая температура пластового флюида повышает требования к используемому оборудованию. Так, например, ПЭД фирмы "Алмаз" обычного исполнения способен работать при температуре до 110 °С, теплостойкого - до 135 °С (http://www.petromarkt.ru/site/upload/file/catalog-almaz.pdf). Кабельные линии также чувствительны к пластовым температурам и в зависимости от температур флюидов используются различные марки кабельных линий. Марка кабельных линий КТЭБК и КТЭБ с изоляцией из термоэластопласта предназначены для эксплуатации при температурах до 160 °С.

Рассмотренные способы борьбы с осложнениями позволяют значительно увеличить межремонтный период УЭЦН. Следует сказать, что выше описаны далеко не все методы борьбы с осложнениями, лишь те, которые, на мой взгляд, наиболее интересные и перспективные. К рассмотренному перечню решений следует добавить такой способ увеличения МРП как корректный подбор УЭЦН к скважине, который подробно рассмотрен выше.

3.3 Анализ отказов УЭЦН на месторождениях Т. и Л.

На рассматриваемых месторождениях средняя наработка на отказ составляет около 400 суток, нет часто ремонтируемых скважин, это говорит об отсутствии каких-либо чрезвычайно вредных факторов. Однако установки все равно выходят из строя, попытаемся определить причины этого. Как можно видеть из диаграмм, наиболее распространённые причины отказов (без учета ГТМ):

· снижение подачи;

· снижение изоляции кабеля.

Таблица 4 - Геолого-технические условия на месторождениях Т. и Л.

Судя по данным таблицы 1, геолого-технические условия на данных месторождениях не имеют аномально вредных факторов, приводящих к отказам. Газовый фактор не высокий, нефть легкая, маловязкая, малосмолистая, парафинестая. Средняя обводненность 43 %, пластовая вода, достаточно солонея, что будет приводить к ускоренному солеотложению.

Данная информация не объясняет картины отказов, поэтому привлечем дополнительную информацию. Известно, что скважины на данных месторождениях имеют малые дебиты (от 10 до 50 м³/сут), пласты малопродуктивны. Вследствие этого ЭЦН погружали практически в интервалы перфорации, чтобы обеспечить отбор флюида на постоянном режиме работы. Однако в интервалах перфорации приемные модули насосов захватывали повышенное количество КВЧ, так как мехпримеси не осаждались на забой под действием гравитации, а увлекались в насос вместе с потоком. Помимо этого, редко производились промывки ЭЦН, из-за опасности заглушить малопродуктивный пласт. Эти факторы, в совокупности с солеотложениями и отложениями парафинов и приводили к снижению производительности насосов и ускоряли их выход из строя. Это объясняет выход УЭЦН из строя по причине снижения производительности (СнП).

Выход установок по причине снижение изоляции кабеля, очевидно, является следствием производственного брака кабеля. Иных причин, которые могли бы негативно повлиять на качество изоляции не было найдено.

Таким образом, выше были выдвинуты предположения о вероятных причинах отказов УЭЦН на данных месторождениях. Провести проверку данных гипотез методами постановки эксперимента или МФА не представляется возможным вследствие недостаточного количества данных и сложности проведения моделирования.

Заключение

Итак, в данной дипломной работе было многосторонне рассмотрена установка электроцентробежных насосов для добычи нефти, а также явления и процессы, связанные с ней. Считаю, что поставленная во введении цель была достигнута. Был выполнен анализ причин отказов УЭЦН по различным фондам, в частности проведена попытка поиска причин отказов УЭЦН на месторождениях Т. и Л.

Выполнение поставленной цели достигалось в следующем порядке.

Последовательно было разобрано устройство и работа УЭЦН, что позволило в дальнейшем ориентироваться в водимых понятиях. Затем были описаны возможные поломки (отказы) УЭЦН и поставлена проблема поиска причин этих поломок. Удалось заключить, что распределение отказов по различным фондам не имеет определенной направленности, однако существуют наиболее часто встречающиеся неисправности. К таким неисправностям можно отнести снижение изоляции кабеля, снижение или отсутствие подачи, клин насоса. В ходе рассмотрения существующих сегодня методов поиска отказов УЭЦН были рассмотрены такие методы как постановка эксперимента и проведение многофакторного анализа.

Показано, что данные методы позволяют проверить гипотезу о влиянии того или иного явление на поломки элементов УЭЦН, однако эти методы имеют свои недостатки, являются трудно выполнимыми. В связи с этим наиболее распространённым способом определений причин отказов УЭЦН остается выдвижение гипотез о факторах, спровоцировавших отказы посредством логических заключений, без их проверки экспериментом или МФА.

Далее из множества факторов, негативно влияющих на работу установки, были выбраны факторы, считающиеся наиболее вредными для работы УЭЦН. Конкретно были рассмотрены: Влияние газа, влияние КВЧ, солеотложения на органах УЭЦН, влияние кривизны ствола скважины, глубины спуска и пластовой температуры. По борьбе с каждым из этих факторов были выдвинуты предложения. Безусловно, рассмотрены не все осложняющие факторы и не все методы борьбы с ними, а лишь те, которые показались мне наиболее интересными и эффективными.

Затем, на основе полученных знаний и выводов был проведен анализ причин отказов на месторождениях Т. и Л. Были выдвинуты возможные причины поломок УЭЦН на этих месторождениях.

Считаю, что информация, приведенная в данной выпускной квалификационной работе, является полезной и актуальной и может быть использована в образовательных целях либо при проведении каких-либо изысканий.

Размещено на Allbest.ru