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

Оборудование для работы УЭЦН в условиях интенсивного выноса механических примесей

Вынос механических примесей из пласта обуславливает гидроабразивный и абразивный износ рабочих органов глубинно-насосного оборудования (ГНО), а также может приводить к засорению проточных каналов ступеней насосов. Оба фактора приводят к снижению производительности ГНО и сокращению межремонтного периода (МРП) работы скважин вследствие преждевременных отказов. По данным ПАО «НК «Роснефть» доля отказов ГНО по причине засорения проходных отверстий рабочих органов на некоторых месторождениях достигает 34%, а по причине осевого и радиального износа – 39% [1].

В качестве комплексного решения проблемы АО «Новомет-Пермь» предлагает защиту узлов УЭЦН от засорения и износа механическими примесями с помощью скважинных сепараторов и фильтров различных конструкций. В представленном материале обозначены области применения различных типов устройств и их основные преимущества.

30.05.2017 Инженерная практика №03/2017
Лыкова Наталья Анатольевна Начальник бюро фильтрационных систем АО «Новомет-Пермь», к.т.н.

Источниками выноса механических примесей с продукцией скважин могут быть как непосредственное разрушение горных пород, так и закачка в процессе гидроразрыва пласта (ГРП) проппанта, а также коррозия оборудования.В зависимости от механизма методы защиты ГНО от абразивных частиц добываемого флюида делятся на три основные группы. К первой группе относятся мероприятия по предупреждению выноса песка из пласта в скважину. В настоящее время применение соответствующих технологий требует сравнительно высоких затрат, что в большинстве случаев делает их экономически неэффективными [6].

Вторая группа методов – это применение износостойкого оборудования. Такие методы широко используются в мировой практике и эффективны в случае умеренной и малой интенсивности выноса песка. В свое время за счет разработки оборудования в износостойком исполнении и его внедрения, в частности на месторождениях в ООО «ЛУКОЙЛ-Западная Сибирь», удалось существенно повысить конструкционную надежность оборудования и увеличить среднюю наработку [2] (рис. 1).

Рис. 1. Результат внедрения ЭЦН износостойкого исполнения в ООО ЛУКОЙЛ-Западная Сибирь
Рис. 1. Результат внедрения ЭЦН износостойкого исполнения в ООО «ЛУКОЙЛ-Западная Сибирь»

Однако в условиях интенсивного выноса твердых частиц проблема износа и засорения остается актуальной.

Таблица 1. Устройства для защиты УЭЦН
Таблица 1. Устройства для защиты УЭЦН

В России наиболее распространенным и экономически эффективным методом защиты насоса от интенсивного выноса механических примесей остается их отделение от добываемой жидкости перед входом в электроцентробежный насос защитными устройствами. В зависимости от условий добычи для этого применяют механические фильтры и устройства, основанные на принципах гравитационной либо центробежной очистки пластовой жидкости.

Специалисты АО «Новомет-Пермь» разработали ряд устройств, удерживающих механические примеси перед входом в насос (табл. 1). Ниже описаны предпосылки для разработки различных их типов.

Рис. 2. Результат внедрения щелевых фильтров на скважинах после проведения ГРП
Рис. 2. Результат внедрения щелевых фильтров на скважинах после проведения ГРП

ЩЕЛЕВЫЕ ФИЛЬТРЫ

Среди фильтров поверхностного действия, пожалуй, наиболее широкое применение получили фильтры на основе щелевых решеток. С 2006 года в ГК «Новомет» было изготовлено более 3500 входных щелевых фильтров. Особенно хорошо такие фильтры работают с достаточно крупными частицами, выносимыми из пласта.

Например, на одном из месторождений нефтедобывающей компании Нефтеюганского региона на скважинах после проведения ГРП благодаря установке фильтра наработка скважин увеличилась более чем в четыре раза (рис. 2, 3). Однако в некоторых случаях наблюдается быстрое засорение щелевых фильтров, чему способствуют интенсивный вынос мелкодисперсных частиц и отложение солей.

Рис. 3. Надежность УЭЦН с щелевым фильтром и без фильтров
Рис. 3. Надежность УЭЦН с щелевым фильтром и без фильтров

ГРАВИТАЦИОННЫЕ СЕПАРАТОРЫ

Более высокую надежность при интенсивном выносе механических примесей показывают гравитационные сепараторы твердых частиц (также их называют инерционными сепараторами или «десендерами»). В АО «Новомет-Пермь» был разработан гравитационный сепаратор, эффективно отделяющий твердые частицы размером 100 мкм и более. Для решения задачи была предложена имитационная математическая модель отделения твердых частиц от жидкости в гравитационном сепараторе, с помощью которой инженеры компании разработали оптимальную конструкцию.

Для проведения физических экспериментов и подтверждения результатов моделирования были разработаны специальный испытательный стенд и методика испытаний, с использованием которых можно оценить коэффициент сепарации, т.е. массовую долю осевших в сепараторе частиц. Гравитационный сепаратор с оптимальными геометрическими параметрами был изготовлен и испытан на стенде. Расхождение расчетных и экспериментальных данных не превысило 5-7% [3].

Таблица 2. Эффективность инерционного сепаратора
Таблица 2. Эффективность инерционного сепаратора

Характеристики разработанного гравитационного сепаратора также были подтверждены в ходе испытаний в независимой лаборатории ООО «ЦОНиК имени И.М. Губкина». В табл. 2 показано значение коэффициента сепарации для частиц различных размеров при расходе модельной воды от 200 до 400 м3/сутки.

Рис. 4. Схема гравитационно-щелевого фильтра
Рис. 4. Схема гравитационно-щелевого фильтра

На основе гравитационных сепараторов также были спроектированы комбинированные устройства, сочетающие в себе фильтр поверхностного действия и гравитационный сепаратор. За счет комбинации устройств можно увеличить продолжительность их работы в случае параллельного соединения (рис. 4) либо улучшить тонкость очистки в случае последовательного соединения (рис. 5) благодаря двум ступеням сепарации [4].

Рис. 5. Схема каскадного фильтра
Рис. 5. Схема каскадного фильтра

ИСПЫТАНИЯ ГРАВИТАЦИОННО-ЩЕЛЕВЫХ ФИЛЬТРОВ

Такой тип комбинированных устройств, как гравитационно-щелевые фильтры, широко внедрялись на месторождениях АО «Газпромнефть-Ноябрьскнефтегаз». Отсутствие движущихся частей и надежность обеспечивают возможность быстрого ремонта и многократного использования данных фильтров. По результатам их работы на более чем 200 скважинах фонда, осложненного выносом механических примесей, видно существенное увеличение СНО и повышение вероятности безотказной работы (рис. 6).

Рис. 6. Результаты внедрения гравитационно-щелевого фильтра
Рис. 6. Результаты внедрения гравитационно-щелевого фильтра
Рис. 7. Коэффициент сепарации при разных углах наклона скважин
Рис. 7. Коэффициент сепарации при разных углах наклона скважин

Несмотря на простоту и надежность конструкции, инерционные сепараторы обладают рядом ограничений. На рис. 7 приведена расчетная характеристика сепаратора при разных углах наклона скважины [5]. Видно, что, начиная с угла наклона скважины от вертикали 30°, коэффициент сепарации снижается до значения 40-50%.

Среди других ограничений применения инерционных сепараторов следует отметить вязкость пластовой жидкости. Установлено, что в интервалах расходов 100-200 м3/сут при увеличении вязкости от 1 до 100 сПз коэффициент сепарации снижается со 100 до 20% [6]. На меньших расходах величина падения еще значительнее.

ДИСКОВЫЕ ФИЛЬТРЫ МЕХАНИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ

С целью снятия перечисленных выше ограничений специалисты АО «Новомет-Пермь» разработали новое устройство объемного типа – дисковый фильтр, отличительная особенность которого заключается в том, что задержание частиц механических примесей происходит в объеме сеточных дисков и на поверхности фильтра.

Рис. 8. Фильтр скважинный дисковый
Рис. 8. Фильтр скважинный дисковый

Скважинный фильтр содержит перфорированный каркас и концентрично размещенные на нем фильтрующие элементы в виде дисков из металлической сетки с центральным отверстием, образующие между собой каналы (рис. 8). За счет выбора типа металлической сетки для дисков с учетом фракционного состава механических примесей обеспечивается требуемая тонкость очистки пластовой жидкости.

Благодаря использованию поджимных колец диски деформируются в осевом направлении и образуют цельный фильтрующий элемент в форме цилиндра с приемлемой радиальной жесткостью для противодействия перепаду давления. Упругость и жесткость металлической сетки влияют на сжимаемость дисков. Конструкция фильтра защищена патентом РФ [7].

В процессе эксплуатации скважин с дисковым фильтром поток пластовой жидкости с механическими частицами распределяется по каналам и движется

преимущественно в радиальном направлении. При этом наиболее крупные частицы задерживаются снаружи, а частицы меньшего размера движутся с потоком жидкости по лабиринтообразным каналам. Во время движения частицы многократно сталкиваются с проволоками основы, изменяют траектории движения, теряют скорость и в конечном счете задерживаются в ячейках. На выходе из каналов фильтра жидкость попадает внутрь профильной трубы, а затем оказывается на приеме погружного насоса.

Рис. 9. Сравнение пропускной способности щелевого и дискового фильтра
Рис. 9. Сравнение пропускной способности щелевого и дискового фильтра

Использование тонких дисков из металлической сетки увеличивает число фильтрующих отверстий на единицу длины скважинного фильтра и общую площадь фильтрующей поверхности. Это, в свою очередь, повышает пропускную способность и ресурс работы фильтра. В результате стендовых испытаний по засорению щелевого и дискового фильтров одинаковой длины при размерах твердых частиц 0-200 мкм было установлено, что пропускная способность дискового фильтра в 6-8 раз выше (рис. 9). Это объясняется высокой удельной площадью открытых ячеек.

В таблице 3 показаны результаты опытно-промысловых испытаний дискового фильтра в одной из нефтедобывающих компаний Приволжского округа. Применение устройства позволило снизить концентрацию механических примесей и повысить наработку ГНО. Результаты испытаний были признаны успешными. Тот факт, что в пробах осадков из насосов наблюдалось содержание кальцита до 45%, позволяет прогнозировать возможность работы фильтра даже в условиях отложения солей.

Таблица 3. Результаты опытно-промысловых испытаний
Таблица 3. Результаты опытно-промысловых испытаний

ВЫВОДЫ

Для решения проблемы засорения и износа при добыче нефти в условиях интенсивного выноса механических примесей специалисты АО «Новомет-Пермь» разработали фильтры объемного, поверхностного действия, сепараторы и комбинированные устройства. Использование предложенных устройств позволило повысить надежность УЭЦН и увеличить среднюю наработку. Описаны наиболее благоприятные условия для применения различных групп устройств в зависимости от условий эксплуатации.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Якимов С.Б., Шпортко А.А. О влиянии концентрации абразивных частиц на наработку электроцентробежных насосов с рабочими ступенями из материала нирезист тип 1 на месторождениях ОАО «НК «Роснефть» // Территория Нефтегаз. 2016. №3. С. 84-98.
  2. Слепченко С. Д. Битва за ресурс в осложненных условиях // Нефтегазовая Вертикаль. №12. 2008. С. 116-119.
  3. Антипина Н.А., Пещеренко С.Н. «Математическое моделирование движения твердых частиц в погружных сепараторах» // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Сер. Физико-математические науки. 2012. №2(146). С. 62-68.
  4. Лыкова Н.А. Защита УЭЦН от засорения: комплексный подход. Инженерная практика. 2016. №4. С. 44-50.
  5. Антипина Н.А. Моделирование рабочих процессов в устройствах защиты нефтяных насосов от засорения с целью повышения их эффективности: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, 2012.
  6. Якимов С.Б. Сепараторы песка для защиты погружных насосов. Текущая ситуация и перспективы применения технологии // Территория «Нефтегаз». 2014. №2. С. 44-58.
  7. Патент RU 2473787. Скважинный фильтр / Ю.В. Данченко.
Реклама Дисковый фильтр производства АО «Новомет-Пермь» помог увеличить наработку УЭЦН в семь раз!
Комментарии

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

Написать комментарий
Комментировать
Читайте далее
Технология и оборудование для эксплуатации скважин с боковыми стволами с применением канатной штанги
Защитные покрытия НКТ серии ТС-3000. Опыт применения и экономический эффект
Реклама
Свежий выпуск
Инженерная практика №05/2017

Инженерная практика

Выпуск №05/2017

Повышение энергоэффективности добычи нефти.Одновременно-раздельная эксплуатация
Организационные мероприятияИспытания СУ ЧРП УЭЦН с обводным контактором (байпасом) для прямого пускаВентильные двигатели повышенного напряженияКомпоновки для ОРЭ (ОРД, ОРДиЗ, ОРЗ, ВСП)Компоновки с резервной УЭЦН«Виртуальный расходомер» для систем ОРЭСтупени ЭЦН двухопорной конструкцииВыявление высокопродуктивных объектов
Ближайшее совещание
Капитальный ремонт скважин, Разработка месторождений
ОВП — 2017
Производственно-технический семинар-совещание

Ограничение водопритока ‘2017

27-28 июня 2017 г., г. г. Москва, МВЦ «Крокус Эскпо», Павильон 3, конференц–зал 2
Обмен опытом и анализ эффективности методов и технологий предотвращения и снижения обводнения продукции скважин на всех этапах разработки месторождения — начиная с проектирования системы разработки месторождений с учетом геологических условий и обеспечения качественного цементирования строящихся скважин и заканчивая технологиями РИР.
Ближайший тренинг
Капитальный ремонт скважин
Ловильный сервис — июнь 2017
Тренинг-курс

Ловильный сервис на нефтяных и газовых скважинах

26 - 30 июня 2017 г., г. Москва
ООО «Инженерная практика» от имени журнала «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. Москве в рамках авторского курса С. Балянова.