Производственно-технический нефтегазовый журнал
+7 (903) 580-85-63 +7 (495) 371-01-74 info@glavteh.ru

Увеличение степени защищенности УЭЦН за счет применения проволочно-проницаемых материалов

Традиционно применяемые подходы к предотвращению обратного вращения ЭЦН в результате нарушения негерметичности обратного клапана не всегда оказываются эффективными на фонде скважин, осложненном выносом механических примесей. В итоге негерметичность обратного клапана приводит к длительным внутрисменным простоям из-за турбинного вращения ЭЦН, а также к отказу дорогостоящего оборудования.

В предлагаемой Вашему вниманию статье рассмотрен новый способ защиты обратного клапана УЭЦН, основанный на применении защитного элемента (фильтра) из проволочно-проницаемого материала с необходимыми эксплуатационными свойствами. В ходе работы была создана трехмерная модель данной системы. Применение усовершенствованной модели позволит уменьшить отложение механических примесей на седле обратного клапана, снизить износ клапанной пары и получить экономический эффект от внедрения такой конструкции благодаря стабильной работе насосного оборудования в режиме АПВ и своевременному запуску скважин после аварийных отключений.

22.10.2017 Инженерная практика №08/2017
Ульянов Сергей Сергеевич Начальник УДНГ АО «Самаранефтегаз»
Сагындыков Рустам Иршатович Начальник ОРМФ УДНГ – главный технолог АО «Самаранефтегаз»
Носов Сергей Алексеевич Главный специалист ОРМФ УДНГ АО «Самаранефтегаз»
Тотанов Александр Сергеевич Директор Самарского филиала ООО «РН-Ремонт НПО»
Мищенко Михаил Андреевич Инженер 1 категории ПТО УДНГ АО «Самаранефтегаз»
Вольская Инга Александровна Инженер ОРНиГ УПНГ АО «Самаранефтегаз»

Одна из наиболее острых проблем, возникающих при эксплуатации УЭЦН для добычи нефти, состоит в присутствии в откачиваемой жидкости твердых взвешенных частиц (механических примесей), приводящих к сокращению межремонтного периода работы скважины. Осложнения при эксплуатации таких скважин связаны с постепенным накоплением мехпримесей на седле обратного клапана, а также в рабочих колесах погружных насосов, что приводит к повышению нагрузки на валы погружных электродвигателей (ПЭД) и перегреву последних. В настоящее время проблема защиты дорогостоящего оборудования от абразивного износа и заклинивания рабочих органов твердыми частицами с целью повышения межремонтного периода работы скважины остается весьма актуальной.

При остановке УЭЦН негерметичность обратного клапана вызывает вращение вала насоса в обратном направлении и делает невозможным запуск УЭЦН до момента уравновешивания уровня жидкости в НКТ и затрубном пространстве [1].

Специалистами АО «Самаранефтегаз» был проанализирован фонд скважин, вывод на режим (ВНР) которых был осуществлен в 2016 году, поскольку именно на начальный период работы установок приходится наибольший вынос мехпримесей, что подтверждается отбором проб для определения концентрации взвешенных частиц (КВЧ) в продукции скважин, находящихся в процессе ВНР. В свою очередь повышенная КВЧ в 15% случаев приводит к негерметичности обратного клапана.

СПОСОБЫ ЗАЩИТЫ ОБРАТНОГО КЛАПАНА

Обратный клапан (ОК) предназначен для предотвращения обратного (турбинного) вращения рабочих колес насоса под воздействием столба жидкости в напорном трубопроводе при остановках насоса, а также для облегчения его последующею запуска. Важную роль ОК играет, в частности, в процессе опрессовки колонны НКТ после спуска установки в скважину [2].

В ходе эксплуатации из-за гидроабразивного износа клапанной пары, брака оборудования и самой главной причины (согласно статистике за последние пять лет) – засорения механическими примесями – обратный клапан становится негерметичным. Вследствие негерметичности обратного клапана при остановке скважины начинает происходить обратное вращение, в результате чего утрачивается стабильность работы низкопроизводительных установок с небольшим циклом работы в режимах автоматического повторного включения (АПВ). Также осложняется запуск скважин после автоматических отключений, что приводит к увеличению продолжительности внутрисменных простоев.

С целью предотвращения обратного вращения ОК традиционно применяются различные технологии, включая ОК со шламоуловителем; применение шаровых и тарельчатых обратных клапанов; а также применение двух клапанов. Однако перечисленные решения обладают рядом ограничений. Так, применение обратного клапана со шламоуловителем возможно лишь на низкодебитных скважинах (дебит жидкости менее 60 м3/сут), тогда как в процессе эксплуатации происходит засорение шламоуловителя мехпримесями [1, 2].

В свою очередь применение шарового и тарельчатого обратных клапанов, равно как и применение двух клапанов одновременно, не исключает возможности образования обратного вращения. В результате все существующие технологии характеризуются в процессе эксплуатации осаждением механических примесей на седле обратного клапана.

Таким образом, в настоящее время отсутствует надежная стандартная система, которая бы предотвращала влияние механических примесей на работу обратного клапана. В ходе рассматриваемой в настоящей статье работы нам удалось найти технологическое решение, позволяющее избежать осаждения механических примесей на ОК.

Рис. 1. Концепция защитного элемента
Рис. 1. Концепция защитного элемента

ПРОНИЦАЕМЫЙ ЗАЩИТНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

Суть найденного решения состоит во внедрении «проницаемого» защитного элемента из проволочно-проницаемого материала (ППМ) для эксплуатации скважин осложненного фонда, оборудованных УЭЦН (рис. 1).

Защитным элементом из ППМ оснащается уже применяемый в настоящее время шаровой клапан.  В ППМ встраивается расположенный над клапанной парой седло-шар. При запуске скважины элемент из ППМ поднимается потоком жидкости и при остановке садится обратно в седло, служа барьером для мехпримесей. Не менее важное достоинство данного обратного клапана состоит в самоочистке защитного элемента при запуске скважины потоком пластовой жидкости.

Таким образом, мы получили простую, но более надежную по сравнению с шаровым и тарельчатым клапанами конструкцию, которая позволяет защитить ОК от мехпримесей, тем самым уменьшив износ клапанной пары, и в итоге предотвратить слив жидкости.

Рис. 2. Модернизированный обратный клапан с защитным элементом
Рис. 2. Модернизированный обратный клапан с защитным элементом

На базе структурного подразделения АО «Самаранефтегаз» была осуществлена сборка обратного клапана с защитным элементом из ППМ (рис. 2). Выполнение операции по монтажу данной конструкции занимает не более пяти минут, что говорит о ее легкости и простоте.

Внедрение защитного элемента из ППМ позволит свести к минимуму отложение механических примесей на седле обратного клапана, повысить надежность конструкции по сравнению с шаровым и тарельчатым клапанами, снизить износ клапанной пары. Не менее важным достоинством данного обратного клапана является возможность самоочистки защитного элемента. При запуске скважины за счет фильтрационной способности материала происходит очистка фильтрующего элемента от осевших механических примесей потоком пластовой жидкости.

МАТЕРИАЛ ЗАЩИТНОГО ЭЛЕМЕНТА

Структура материала, из которого выполнен элемент, представляет собой определенно ориентированную проволочную спираль, которая в результате холодного прессования образует проницаемую во всех направлениях открыто пористую систему, обеспечивающую требуемые механические, физические и гидродинамические параметры (рис. 3). В число главных свойств проволочно-проницаемого материала (ППМ) входят эрозионная стойкость, прочность и эластичность, демпфирующая способность и регенерируемость.

Рис. 3. Защитный элемент из проволочно-проницаемого материала
Рис. 3. Защитный элемент из проволочно-проницаемого материала

Форма канала фильтроэлемента из ППМ представляет собой щель переменного сечения между соседними проволочными витками. Поскольку каналы фильтроэлемента обладают щелевидной формой, условия для заклинивания твердой частицы в канале не возникают. Уникально низкое гидравлическое сопротивление ППМ обеспечивается благодаря ламинарному обтеканию потоком жидкости или газа проволоки цилиндрической формы. Низкое гидравлическое сопротивление позволяет уменьшить активную площадь фильтроэлемента в 1,5 – 2 раза по сравнению с другими типами фильтрующих систем при сохранении пропускной способности [3].

Высокая эрозионная стойкость фильтроэлементов из ППМ позволяет с успехом применять их взамен фильтров, изготавливаемых методом порошковой металлургии, пенометаллических и щелевых фильтров. Благодаря высокой прочности, эластичности и упругости фильтроэлементов из ППМ, а также высокой коррозионной и эрозионной стойкости появляется возможность их регенерации с восстановлением до 90% начальной пропускной способности, что составляет одну из главных особенностей данного защитного элемента.

Фильтроэлементы из проволочных проницаемых материалов могут изготавливаться в различных конфигурациях с требуемой тонкостью очистки, исходя из конкретных требований Заказчика. Исходным материалом для фильтров из ППМ служит стандартная металлическая проволока заданной марки (нержавеющая сталь, никель, вольфрам, алюминий, медь, латунь, нихром, молибден и т.д.) диаметром от 0,1 до 0,5 мм. Материал проволоки выбирается в зависимости от назначения фильтра и экономической целесообразности обеспечения стойкости изделия в условиях эксплуатации.

К особенностям проволочно-проницаемого материала относят тонкость фильтрации от 10 до 500 мкм; способность к упругой деформации за счет сохранения пружинных свойств исходной структуры; стойкость к механическим повреждениям; эластичность; возможность изготовления фильтроэлемента с различной тонкостью фильтрации; незначительное гидродинамическое сопротивление; а также возможность исполнения ППМ из металлических проволок разных марок для обеспечения абразивостойкости и теплостойкости.

РЕЗУЛЬТАТЫ ОПЫТНО-ПРОМЫСЛОВЫХ ИСПЫТАНИЙ

В настоящее время обратный клапан с защитным элементом проходит промышленные испытания и успешно используется на трех скважинах АО «Самаранефтегаз». Для испытаний были подобраны скважины с высокой КВЧ (от 200 до 400 мг/л), которые характеризовались негерметичностью ОК до проведения ремонта скважины.

В процессе вывода скважины на режим была проверена работоспособность (герметичность) обратного клапана, что подтверждается соответствующими картами ВНР. В процессе дальнейшей эксплуатации турбинного вращения при остановках скважин замечено не было.

Текущая наработка на отказ участвующих в испытаниях скважин на момент подготовки статьи составляла 90 суток. Таким образом, можно сделать вывод, что предлагаемый защитный элемент доказал свою работоспособность: благодаря применению данного решения проблема негерметичности ОК была решена. S

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Кирпичев Ю.В. Фильтрующие перегородки из ППМ – новые возможности защиты оборудования от песка и проппанта: презентационный материал. – Москва, 2014.
  2. Сабиров А.А. Перспективные разработки узлов нефтепромыслового оборудования. Фильтрывходные модули. Практика применения. – Москва, 2016.
  3. Пятов И.С., Шевкун А.М., Лысенко В.М., Торошин В.В., Баселидзе Ю.Т. Проволочные проницаемые материалы – барьер для механических примесей // Oil&Gas EURASIA. – 2008. – № 3. – С. 22–24.
Комментарии

Эту публикацию еще никто не прокомментировал. Станьте первым, поделитесь своим мнением.

Написать комментарий
Комментировать
Читайте далее
Защитные покрытия НКТ серии ТС3000. Опыт применения
Удаленный мониторинг и автоматизация работы установок дозированной подачи реагента
Реклама
Свежий выпуск
Инженерная практика №10/2017

Инженерная практика

Выпуск №10/2017

Промысловый трубопроводный транспорт
Актуализация нормативно-технической базы трубопроводного транспортаРезультаты испытаний новых марок сталей, защитных покрытий и химреагентовТрубопроводный транспорт высоковязкой нефтиОценка способов защиты стыков сварных соединенийДиагностика и эксплуатация неметаллических трубопроводных системОсобенности углекислотной коррозии и антикоррозионной защиты газопроводов
Ближайшее совещание
Механизированная добыча, Разработка месторождений
ОРЭ — 2017
Производственно-технический семинар-совещание

ОРЭ '2017. Практика применения технологий ОРД и ОРЗ, проектирования и интеллектуализации разработки многопластовых месторождений

19 декабря 2017 г., г. Москва
Обсуждение в кругу руководителей и специалистов в области разработки месторождении и эксплуатации механизированного фонда скважин результатов новых ОПИ и эксплуатации скважинных компоновок для ОРЭ, геофизического оборудования для раздельного учета и методик мониторинга параметров добычи, систем управления для ОРЭ и перспектив развития данного направления.
Ближайший тренинг
Капитальный ремонт скважин
Ловильный сервис — ноябрь 2017
Тренинг-курс

Ловильный сервис на нефтяных и газовых скважинах

20-24 ноября 2017 г., г. Пермь
ООО «Инженерная практика» проводит набор группы специалистов для прохождения производственно-технического тренинга по программе «Ловильный сервис на нефтяных и газовых скважинах». Пятидневный тренинг - курс будет проводиться в г. Перми («АМАКС Премьер-отель») в рамках авторского курса С. Балянова.