Стеклопластиковые насосные штанги (ШНС) производятся нашей компанией совместно с ООО «Бийский завод стеклопластиков» в соответствии с ГОСТ Р 51160-2002 по ТУ 3665-017-20994511-2010 . Данные ШНС успешно прошли ОПИ в трех нефтяных компаниях и с 2012 года внедряются в промышленных масштабах. Конструктивно ШНС представляют собой композитный стержень, соединенный с двух сторон с металлическими головками, оснащенными присоединительными резьбами (рис. 1).

От стандартной насосной штанги (ШН) ШНС отличает стеклопластиковое исполнение тела штанги — основного по массе и самого высоконагруженного элемента. Технические характеристики конструкционной стали и стеклопластика представлены в табл. 1.

Применение стеклопластика в конструкции штанги дает им ряд преимуществ. Первое из них — снижение веса штанговой колонны за счет приблизительно в три раза меньшей по сравнению со сталью плотностью материала. Благодаря высокой коррозионной стойкости стеклопластика ШНС можно эксплуатировать даже в высокоагрессивных средах. Также они характеризуются низким коэффициентом микрошероховатости поверхности и низкой теплопроводностью. Последнее обеспечивает значительно меньшее по сравнению со стальными ШН налипание асфальтосмолопарафиновых отложений на поверхность тела ШНС.

Впрочем, стеклопластиковые штанги также не лишены недостатков, накладывающих определенные ограничения на их применение. В частности, максимальная рабочая температура при использовании ШНС составляет 100°С, но по требованию заказчика может быть увеличена до 130°С. В свою очередь, небольшой вес штанг обуславливает риск подвисания колонны при ходе вниз. Как следствие, существует необходимость утяжеления низа колонны обычными стальными штангами. Также ограничено использование ШНС на эмульсионном фонде — в данном случае возможность применения стеклопластика определяется по результатам математического моделирования работы УШГН.

Еще один недостаток — это низкий предел стойкости к нагрузкам на кручение. В связи с этим операции по искусственному навороту/отвороту колонны насосных штанг при производстве ремонтных работ должны осуществляться с особой осторожностью (табл. 2).

УВЕЛИЧЕНИЕ МРП СКВАЖИН И БОРЬБА С КОРРОЗИЕЙ

Использование стеклопластиковых штанг позволяет снизить удельные затраты на добычу нефти прежде всего за счет исключения отказов по причине коррозии и увеличения МРП работы скважин. Данная проблема всегда стоит очень остро. По статистике, более 20% аварий на фонде УШГН связаны с работой штанговой колонны. Из них более 70% случаев — это обрывы по телу стальной штанги, которые происходят вследствие высоких приведенных напряжений, коррозионной активности среды, низкого качества материалов или неправильного подбора оборудования. На рис. 2 представлен нижний стальной фрагмент комбинированной колонны штанг с применением ШНС22. Видно, что стальная часть подверглась значительному коррозионному износу.

В рамках борьбы с коррозией в одной из основных компаний Волго-Уральского региона ШНС внедряются на скважинах осложненного фонда, который характеризуется высоким содержанием сероводорода и загрязненностью сульфатвосстанавливающими бактериями. Первое внедрение состоялось в 2010 году. Программа ОПИ успешно завершилась спустя год — в августе 2011-го. В настоящее время идет промышленное внедрение ШНС: стеклопластиковыми штангами оснащены уже более 120 скважин компании.

Внедрение оборудования позволило увеличить МРП скважин в среднем в 2–4 раза. Пропорционально увеличились и средние наработки штанговых колонн. На данный момент оборудование находится в эксплуатации, и показатели продолжают расти. Параметры работы скважин до и после внедрения ШНС представлены в табл. 3 (скв. № 10–3). Дополнительно стоит отметить снижение максимальной нагрузки на полированный шток в среднем на 20%, что позволило сократить потребление электроэнергии на 11% (подтверждено инструментальными замерами).

На сегодняшний день внедряется несколько видов компоновок колонны насосных штанг. В основной из них ШНС (ШНС-25 или ШНС-22, верх) и стальные штанги ШН-22 (низ) используются в равных пропорциях. Опытная конструкция на 90% состоит из ШНС и на 10% — из утяжеленных модифицированных штанг серии ШУТМ-44 (рис. 3). Применение ШНС на осложненном коррозией фонде позволяет значительно снизить число ТРС, существенно сократить объемы недобытой нефти, уменьшить затраты на ТРС и общие затраты за период. Как правило, срок окупаемости внедрения ШНС на осложненном фонде составляет менее 11 месяцев.

УВЕЛИЧЕНИЕ ДЕПРЕССИИ НА ПРОДУКТИВНЫЙ ПЛАСТ

Также применение ШНС позволяет получить дополнительную добычу нефти за счет увеличения депрессии на продуктивный пласт при увеличении глубины спуска насоса. Благодаря меньшему весу штанговой колонны можно осуществлять освоение больших глубин без смены станка-качалки и увеличения максимальной нагрузки на головку балансира. Первое «глубинное» внедрение ШНС нашего производства состоялось в одной из крупнейших российских добывающих компаний в 2014 году в рамках программы ОПИ, которая успешно завершилась в начале 2015 года. Внедрение производилось на одной скважине.

За счет увеличения глубины спуска насоса внедрение ШНС в данном случае позволило перевести режим эксплуатации скважины из периодического в постоянный, что положительно сказалось на снижении уровня обводненности продукции пласта и увеличении добычи нефти. В результате затраты на тонну добываемой нефти снизились более чем в два раза. К настоящему времени также удалось увеличить МРП скважины (рис. 4).

В настоящее время в эксплуатации также находятся еще две скважины в ОАО «РИТЭК». Параметры работы скважин УШГН до и после внедрения ШНС представлены в табл. 3 (скв. № 4 и 5).

СНИЖЕНИЕ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ И НАГРУЗОК НА СТАНОК-КАЧАЛКУ

Наконец, применение ШНС также позволяет понизить энергопотребление за счет снижения нагрузок на станок-качалку. Благодаря меньшему весу штанг снижается приведенное напряжение в штанговой колонне, что позволяет отказаться от использования специальных насосных штанг, рассчитанных на высокое приведенное напряжение.

В рамках одной из программ ОПИ осенью 2014 года ШНС нашего производства внедрялись в нефтяной компании Shirvan Operating Company Limited Азербайджанской Республики (табл. 3, скв. №6 и 7). Программа испытаний была успешно завершена в апреле 2015 года. Подтверждена работа ШНС в комбинированной колонне насосных штанг с глубиной установки насоса более 2500 метров. Применение ШНС позволило значительно снизить нагрузки на станок-качалку и отказаться от применения дорогостоящей импортной стальной штанги с приведенным напряжением 160 МПа производства UPCO (США). Производимые инструментальные замеры на скважинах с глубиной установки насоса не более 1200 м подтверждают снижение удельного потребления электроэнергии на тонну добываемой нефти примерно на 8-16% в зависимости от компоновки колонны насосных штанг с применением ШНС.