WWW.MASH.DOBROTA.BIZ
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - онлайн публикации
 

«Агеев1 Ш.Р., Берман2 А.В., Джалаев1 А.М., Дроздов3 А.Н., Кан2 А.Г., Маслов4 В.Н., Осипов2 М.Л., Перельман4 М.О., Хафизов4 Ф.Ф. ОКБ БН КОННАС, г. Москва, 2ОАО ТНК-ВР, Россия РГУ нефти и ...»

Оборудование для добычи нефти с высоким

содержанием свободного газа и опыт его эксплуатации

Агеев1 Ш.Р., Берман2 А.В., Джалаев1 А.М., Дроздов3 А.Н., Кан2 А.Г.,

Маслов4 В.Н., Осипов2 М.Л., Перельман4 М.О., Хафизов4 Ф.Ф .

ОКБ БН КОННАС, г. Москва, 2ОАО ТНК-ВР, Россия

РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, г. Москва, 4ЗАО Новомет-Пермь, г. Пермь, Россия

Представлены результаты работы по созданию и эксплуатационным испытаниям

погружных установок для добычи нефти из газоконденсатных скважин. Описаны новые эффективные узлы УЭЦН для работы в газонасыщенных средах: центробежно-вихревые и центробежно-осевые ступени, газосепараторы, диспергаторы и насосно-эжектроные установки. Приведены результаты их стендовых испытаний. Предложена методика подбора оборудования и оптимизирована технология добычи нефти с высоким содержанием свободного газа. Даны примеры использования полученных результатов в практике нефтедобычи .

Формулировка проблемы. В настоящее время более двух третей нефти добывается в России установками погружных центробежных насосов (УЭЦН). Значительная доля УЭЦН работает в условиях, когда перекачиваемая жидкость содержит свободный газ. При больших содержаниях свободного газа устойчивая работа центробежных насосов становится проблематичной.

Для повышения эффективности УЭЦН обычно принимаются следующие меры:

1. Максимально возможная глубина подвески оборудования .

2. Установки комплектуются газосепараторами, отводящими большую часть свободного газа в затрубное пространство .



3. Используются диспергаторы, измельчающие газовые пузыри до получения квазигомогенной смеси .

4. Используются «конические» насосы, состоящие из пакета ступеней различных типов, рассчитанных на разные подачи, причем ступени на большие подачи помещены на входных участках насоса, далее по направлению к выходу установлены ступени на меньшие подачи в убывающем порядке их номинальных значений .

5. Создаются насосные ступени устойчиво работающие в газонасыщенных средах .

6. Примененяются насосно-эжекторные установки, состоящие из газосепаратора и двух последовательно включенных насосов: центробежного и струйного .

Центробежный насос создает поток жидкости через эжектор струйного насоса, который закачивает газожидкостную смесь из затрубного пространства в НКТ .

7. УЭЦН оснащаются системами телеметрии и частотными преобразователями, позволяющими управлять добычей Однако достигнутый технический уровень реализации этих мер не достаточен и не всегда дает требуемые результаты. Так используемые газосепараторы имеют недостаточно высокие сепарационные характеристики и надежность в абразивосодержащих средах .

Существующие диспергаторы громозки: рекомендуемое количество ступеней обычно должно быть не менее 20 – 40. Нет научно обоснованной физической модели системы скважина – насосно-эжекторная система. Не разработаны надежные и не дорогие устройства измерений характеристик многофазных потоков на устье скважины. Время безотказной работы систем телеметрии при температурах более 120 0С и давлениях более 30 МПа мало .

Проблема усугубляется тем, что для значительного количества скважин характерна пульсирующая подача свободного газа из-за его прорывов, например из газовых пропластков. Потребный напор для освоения таких скважин после их глушения тяжелой жидкостью может быть в несколько раз больше напора, необходимого для эксплуатации .



Данная работа посвящена решению части из перечисленных задач .

Новые насосные ступени для добычи газожидкостных смесей. Ступени центробежного насоса, перекачивающего газожидкостную смесь, можно разделить на две группы. К первой отнесем ступени со стороны приема насоса, которые практически не развивают напор, но дробят пузырьки газа. Ко второй – последующие ступени, работающие на квазимогенной жидкости. Они развивают примерно такой же напор, как на однородной жидкости [1] .

При попадании свободного газа с откачиваемой жидкостью в центробежный насос, уменьшается подача жидкости и создаваемый насосом напор. При достаточно высоком значении объемной концентрации свободного газа1 (в мало обводненных скважинах 25в сильно обводненных 5-15%) работа насоса становится неустойчивой и характеризуется колебаниями его рабочих параметров: создаваемого давления, потребляемой мощности и подачи, вплоть до полного прекращения последней .

Компанией Новомет разработаны два новых типа ступеней нефтяных насосов для добычи жидкости, содержащей свободный газ: центробежно-вихревые (ВНН) [2]-[3] и центробежно-осевые (ЦОН) [4]. Их общей особенностью является наличие специальных элементов конструкции диспергирующих пузырьки газа. В ступенях ВНН – это вихревой венец, расположенный в плоскости ведущего диска рабочего колеса, по его периметру. В ступенях ЦОН – осевые лопатки, расположенные от области выхода потока жидкости из рабочего колеса до его входа в направляющий аппарат .

На рис. 2 приведены нормированные по напору и подаче напорные характеристики этих ступеней. Стендовые испытания проводили на смесях вода – воздух и вода – ПАВ (дисолван 4411) – воздух, имеющей близкие свойства с газожидкостной смесью, добываемой из скважин [5]. Видно, что снижение напора в ступенях ВНН и ОЦН заметно меньше, чем в ЭЦН традиционной конструкции .

Подобные зависимости получены и на смеси вода – воздух. .

Характеристики ступеней ВНН и ОЦН на воде приведены в [6] .

Новые газосепараторы и диспергаторы. В нефтяной отрасли, в разные годы, применялись три типа газосепараторов: гравитационные, вихревые и центробежные. Для отделения газа от жидкости используется разность их плотностей, приводящая к разделению фракций под действием гравитационных или инерционных сил .

Гравитационный газосепаратор имеет наименьший коэффициент сепарации, центробежный – наибольший. Вихревой занимает промежуточное положение .

Первый в России центробежный газосепаратор был разработан более полувека тому назад [7]. Позднее, в его конструкцию было введено суперкавитирующее рабочее колесо [8], что существенно увеличило эффективность газосепараторов. В настоящее время явление образования газовых каверн за кромками вращающихся лопаток широко используют в современных газосепараторах .

Диспергирующие устройства в России были разработаны и прошли промысловые испытания более 30 лет назад [9]-[11]. В этих диспергаторах в качестве рабочих ступеней использовали модифицированные рабочие колеса и направляющие аппараты серийных ЭЦН (например, со сквозными отверстиями) или осевые ступени. В настоящее время, в выпускаемых диспергаторах продолжают использоваться подобные ступени [12]-[13] .





Авторами данной работы создано несколько высокоэффективных газосепараторов габаритов 4, 5 и 5А (диаметр корпуса 86, 92 и 103 мм соответственно) на подачи по жидкости от 10 до 650 м3/сут. [14]. Общий вид газосепаратора-диспергатора показан на рис. 3. Особенностью конструкции является: оригинальная форма кавернообразующего Объемная концентрация равна частному от деления объема свободного газа на суммарный объем газа и жидкости .

колеса, оптимальное расположение его лопастей относительно рёбер сепарационного барабана, абразиво-кавитационностойкое исполнение, осевой вход жидкости и наличие встроенного короткого, эффективного диспергатора .

Рабочими ступенями диспергатора [15] являются ротор – винт и статор – втулка. На наружной цилиндрической поверхности винта и на внутренней цилиндрической поверхности втулки выполнены многозаходные, противоположно направленные нарезки специального профиля. При работе диспергатора, относительное положение выступов нарезок втулки и винта непрерывно изменяется, из-за чего образуются значительные градиенты скорости потока, диспергирующие газожидкостную смесь .

В промысловых условиях было установлено, что насос, оснащенный только диспергирующим устройством, может устойчиво работать при концентрации свободного газа на входе до 65% об .

На рис. 4 и 5 проведено сопоставление характеристик разработанных и существующих газосепараторов. Измерения проводились на стенде РГУ нефти и газа на мелкодисперсной смеси вода – ПАВ – воздух с диаметров пузырьков на входе в газосепаратор не более 0.1 мм. Смесь готовили с помощью эжектора. Такая мелкодисперсная смесь обеспечивает моделирование самых жёстких условий нефтяных скважин .

По оси абсцисс на рис. 4 и 5 отложена подача жидкости, по оси ординат – максимально допустимое объёмное содержание свободного газа на входе в газосепаратор при остаточной концентрации газа на выходе 25% об., (при таком содержании свободного газа еще возможна надёжная работа ЭЦН в необводненных скважинах). Видно, что разработанные устройства имеют более широкую область применения и большую эффективность по сравнению с известными .

Разработанные газосепараторы и диспергаторы выпускаются серийно и успешно работают на нефтепромыслах России .

Насосно-эжекторная установка. Если применение самых эффективных газосепараторов-диспергаторов не позволяет снизить содержание свободного газа менее 65% (чаще всего это происходит при отношении забойного давления к давлению насыщения менее 0.7), рекомендуется использовать погружные насосно-эжекторные системы, состоящие из погружного насоса, газосепаратора и струйного насоса .

Насосно-эжекторные установки также можно использовать в условиях, когда напор ЭЦН, необходимый для освоения скважины после ее глушения тяжелой жидкостью, в несколько раз больше, чем требуемый при эксплуатации .

В России, первое упоминание о подобном устройстве для извлечения газированной жидкости относится к 1966 году [16]. Однако это изобретение оказалось малоэффективным, и не было реализовано на практике. Более реалистичные конструкции были предложены позднее [17], [18] .

Разработанные в РГУ нефти и газа и изготавливаемые компанией Новомет погружные насосно-эжекторные установки [19] (рис.

6) имеют следующие отличия:

используется особая конструкция струйного насоса и помимо газосепаратора применяется диспергатор .

В струйном аппарате предложено использовать сопло диафрагменного типа, в котором, как показали проведённые исследования, не возникает звукового запирания сопла в широком диапазоне концентраций свободного газа .

При правильном расположении и закрытом затрубном пространстве, струйный насос поддерживает высокое постоянное давление, а значит и содержание свободного газа, на приеме УЭЦН, что обеспечивает его устойчивую работу. Нососно-эжекторная система имеет высокий КПД – из-за эффекта газлифта в НКТ и большую подачу, чем ЭЦН .

Программа подбора установки к скважине. Оптимальная комплектация установки для конкретной скважины может быть осуществлена с помощью разработанного программного комплекса NeoSel-Pro .

Программный комплекс NeoSel-Pro предназначен для решения задач оптимального подбора ЭЦН и эжекторных систем к скважинам, контроля режимов эксплуатации скважины, оптимизации парка УЭЦН у потребителя .

В нефтепромысловой практике России имеются до десятка программ подбора УЭЦН к скважинам.

Разработанная программа решает ряд новых задач, возникших в связи с внедрением технологии интенсификации добычи нефти и необходимостью эксплуатации скважин трудных при освоении:

1. Подбор оборудования к скважинам с нестационарным режимом работы .

2. Прогнозирование индикаторной кривой скважины до значений забойного давления, существенно меньших давления насыщения, что нужно для определения потенциальных возможностей скважины .

3. Необходимость расчета температурного режима всех комплектующих узлов установки, особенно в связи с увеличением длины подвесок и низкими дебитами скважин .

4. Расчет прогибов установок при спуске и в месте подвески в конкретной скважине большой кривизны .

5. Для скважин с повышенным газосодержанием подбирается оптимальная компоновка УЭЦН, включающая конический насос, диспергатор, газосепаратор и их комбинации. Вычисляется оптимальное положение струйного насоса .

6. Рассчитывается структура газожидкостного потока, обтекающего ПЭД с целью выявления режимов сопровождающихся вибрацией, при которых максимальна вероятность полетов установки .

Известные программы либо не решают эти задачи либо решают не в полной мере .

Программный комплекс NeoSel-Pro был впервые опробован на скважинах месторождения Белые ночи (Западная Сибирь) с тяжелыми условиями эксплуатации (высокий газовый фактор, низкий дебит, сильно искривленные скважины, большое содержание механических примесей). Благодаря правильному подбору погружного оборудования, удалось увеличить среднюю наработку установок с 70 до 300 суток .

В настоящее время компания Новомет использует NeoSel-Pro при запуске своего оборудования на месторождениях нефтяных компаний Сургутнефтегаз, Юганскнефтегаз, Белые ночи, ТНК-ВР, Белоруссии, Казахстана и Дагестана .

Примеры использования насосно-эжекторных установок. Погружные насосноэжекторные установки позволили перевести на механизированный способ эксплуатации в непрерывном режиме скважины 762 и 841 Гаршинского нефтегазоконденсатного месторождения в Оренбургской области (Россия). Ранее в этих скважинах запустить ЭЦН не удавалось. Причиной этому был газовый фактор порядка 300 м3/м3 при давлении насыщения 29.7 МПа и пластовом давлении 28 – 29.1 МПа. Скважины фонтанировали в нестабильном периодическом режиме через сбитые сливные клапаны .

В таблице 1 представлены параметры эксплуатации скважин до и после внедрения насосно-эжекторных установок, а на рис. 7 – динамика вывода на режим скважины 762 .

Как видно из рисунка, скважина заработала 12.07.03 в 21 час. В это время происходило интенсивное пенообразование в затрубном пространстве. Эхолот начал фиксировать не границу раздела газ-жидкость, а уровень пены. Заработал и струйный насос. Не смотря на появление почти 2-х километрового столба пены, давление в закрытом затрубном пространстве уменьшилось .

Выпускаемые погружные насосно-эжекторные системы нового поколения успешно применяются в самых суровых условиях эксплуатации скважин: при высоких входных газосодержаниях, нестационарных режимах работы и освоении бездействующих скважин, в частности, на нефтегазоконденсатных месторождениях компании «ТНК-ВР» на юге Оренбургской области с низкими для таких глубин пластовыми давлениями в диапазоне газовых факторов 300-400 мЗ/мЗ. Внедрение погружных насосно-эжекторных систем позволило освоить и успешно эксплуатировать такие «невозможные» для обычного оборудования скважины. Дополнительная добыча нефти по 13 скважинам составляет 350 т/сут .

–  –  –

Проведенные работы позволили разработать несколько комплектаций насосных систем для добычи жидкости с различным содержанием свободного газа, см. рис. 8 .

Выводы

1. Разработаны эффективные узлы погружных установок для добычи газонасыщенных сред: центробежно-вихревые и центробежно-осевые ступени, газосепараторы, диспергаторы, струйные насосы .

2. Создана программа подбора УЭЦН к скважинам с переменным значением коэффициента продуктивности и методика подбора оптимальной комплектации и расположения элементов насосно-эжекторных установок .

3. Полученные результаты позволили вести добычу пластовой жидкости центробежными насосами с содержанием свободного газа на входе в УЭЦН до 70% и более 75% – насосно-эжекторными установками .

4. Отработана технология эксплуатации скважин с высоким газовым фактором и отношением забойного давления к давлению насыщения менее 0.7 насосноэжекторными установками .

Литература

1. Дроздов А.Н. Разработка методики расчета характеристики погружного центробежного насоса при эксплуатации скважин с низкими давлениями у входа в насос: Автореф.дис. канд. техн. наук. М., 1982 .

2. Патент 2133878 РФ, МКИ6 F04 D 13/06. Погружной многоступенчатый насос / И.В .

Выдрина, Г.А.Штенникова, Ю.Л.Семенов и др. №97119549/06; Заявл. 25.11.97;

Опубл. 27.07.99. Бюл. №21. 4с.:ил .

3. Заявка №99/27257 РСТ, МКИ6 F04 D 5/00. Stage in a submerged multiple-stage pump/ А.I.Rabinovich, O.M. Perelman, P.B.Kuprin etc.; Zakrytoe Aksionernoe Obschestvo “Novomet-Perm” (РФ). №98/00396; Заяв. 24.11.98; Опубл. 03.06.99; Приоритет 25.11.97, № 97120198 (РФ) .

4. Заявка № 2003126094/06 РФ, МКИ7 F04 D 13/10. Ступень погружного многоступенчатого насоса / Н.В.Гусин, А.И.Рабинович, Перельман О.М. и др. Заявл .

25.08.2003; Решение о выдаче патента от 11.01.2005 .

5. ссылка на автореферат Игревского

6. Агеев Ш.Р., Куприн П.Б., Маслов В.Н., Мельников М.Ю., Перельман О.М., Пещеренко С.Н., Рабинович А.И. Надежные центробежные установки с малой подачей для добычи нефти в осложненных условиях// ESP Workshop 2005

7. Богданов А. А. Погружные центробежные электронасосы. Гостоптехиздат, 1957 .

8. Патент №2027912 РФ, МКИ6 F04 D 13/10. Способ откачивания жидкости скважинным насосом и сепаратор скважинного центробежного насоса / П.Д.Ляпков, А. Н. Дроздов, В. И. Игревский и др. № 4915192/29; Заявл. 28.02.91;

Опубл. 27.01.1995. Бюл. №3 .

9. А. с. 494536 СССР, МКИ5 F04 D 13/06. Погружной центробежный насос / О.Г.Гафуров, И.Г.Хангильдин, Л.С.Каплан. №2004810/24-6; Заявл. 11.03.74; Опубл .

05.12.75. Бюл. №45. 2 с.: ил .

10. Афанасьев В.А. и др. Внедрение электропогружных центробежных насосных установок с диспергирующими устройствами на месторождениях Западной Сибири // Нефтепромысловое дело. 1979. №12 .

11. Аксенов Г. И., Елизаров А. В., Максимов В. П., Перминев А. Д. Работа погружного центробежного насоса с предвключенным диспергатором на газожидкостных эмульсиях // Труды Гипротюменнефтегаза. Вып. 36. Добыча нефти на месторождениях Западной Сибири. Тюмень, 1973 .

12. Свид-во на ПМ 19105 РФ, МКИ7 F04 D 13/10. Погружной центробежный насос для добычи нефти из скважин / А.А.Зимин, А.Н.Фофанов. № 2001101330/20; Заявл .

19.01.2001. Опубл. 08.10.2001. 2 с.: ил .

13. Пат. 6,726,449 США, НКИ 415-199.2. Pump diffuser anti-spin device/ M.James, T .

Shafer, Baker Hugnes Inc. №10/100,544. Заяв. 18.05.2002; Опубл. 27.04/2004. 8 c., 4 л .

ил .

14. Патент № 2232302 РФ, МКИ7 F04 D 13/10. Способ откачки газожидкостной смеси из скважины и погружная насосная установка для его осуществления / А. Н .

Дроздов, Ш.Р.Агеев, А.В.Деньгаев и др. № 2003111947/06; Заявл. 24.04.2003; Опубл .

10.07.2004. Бюл.19. ил .

15. Патент № 2232301 РФ, МКИ7 F04 D 13/10. Погружная насосная установка / А. Н .

Дроздов, Ш.Р.Агеев, А.В.Деньгаев и др. № 2003111919/06; Заявл. 24.04.2003; Опубл .

10.07.2004. Бюл.19. ил .

16. Ас. СССР № 188424 Спорышев В.С .

17. А. с. 1749556 СССР, МКИ5 F04 D 5/54. Насосно-эжекторная установка / А.Н.Дроздов, В.И.Игревский, С.Г. Бажайкин, Р.Г. Ганеев. №4803082/29; Заявл .

21.03.90; Опубл. 23.07.92. Бюл. №27. 3 с.: ил .

18. Патент 2264147 Великобритании, МКИ5 F 04 D 31/00. Multi – phase Pumping Arrangement / J. Allen. Заявл. 12.02.92; Опубл. 18.08.93 .

19. Патент №2238443 РФ, МКИ7 F04 D 5/54. Способ добычи нефти и насосноэжекторная система для его осуществления / А. Н. Дроздов, В.В.Монахов, И.В.Цыкин и др. № 2003137737/06; Заявл. 30.12.2003; Опубл. 20.10.2004 .

–  –  –

20% 0.4 0.4 25% 0.2 0.2

–  –  –

Рис. 4. Зависимости максимального газосодержания на входе от подачи жидкости при остаточном газосодержании 25% для газосепараторов Новомет. (убрать МН-ГСЛ5) Рис. 5. Зависимости максимального газосодержания на входе от подачи жидкости при остаточном газосодержании 25% для газосепаратора-диспергатора ГДНК5А и газосепараторов зарубежных фирм, широко представленных в России (А и В) .

–  –  –

ГЗ ГЗ ГЗ ГЗ ГЗ ГЗ

ПЭД ПЭД ПЭД ПЭД ПЭД ПЭД






Похожие работы:

«1.1 Феноменологическая теория диффузии 1.1.1 Основные законы Перенос вещества через однородную мембрану без крупных дефектов осуществляется через следующие стадии: растворение (конденсация, затем смешение) газа в поверхностных слоях, миграция через объемную фазу за счет активированной...»

«ПРОБЛЕМЫ АРКТИКИ И АНТАРКТИКИ Вып. 28 1968 УДК 551.35(268) Н.А. БЕЛОВ, В.Д. ДИБНЕР РЕЗУЛЬТАТЫ ГЕОЛОГО-ГЕОМОРФОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ АРКТИЧЕСКОГО БАССЕЙНА Почти вся сумма знаний, которой м...»

«ИНТЕГРИРОВАННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОМЫШЛЕННОСТИ _ УДК 623.438 Смоляков В.А., Кудров В.М., Михедькин Н.В., Переяслов А.С., Ревенко Г.В., Климов В.Ф.ПРИМЕНЕНИЕ МОЛЕКУЛЯРНЫХ ЕМКОСТНЫХ НАКОПИТЕЛЕЙ ЭНЕРГИИ В СОСТАВЕ ВГМ Ак...»

«Договор № 11-54 управления многоквартирным домом г. Щелково "01" июля 2016г. Собственники помещений многоквартирного дома, действующие на основании решений общего собрания, оформленных Протоколом №1 внеочередного общего собрания собственников помещений в многоквартирном доме, расположенном по адресу: Московская...»

«восток ЖУРНАЛ ЛИТЕРАТУРЫ, НАУКИ И ИСКУССТВА КНИГА ЧЕТВЕРТАЯ "В С Е М И РН А Я Л И ТЕРАТУРА" ГОСУДАРСТВЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО М О СК ВА 1924 г. — Л Е Н И Н Г Р А Д РАСКОПКИ В ФИВАХ Нам уже приходилось говорить на страницах "Востока" о раскопках нью-йорк­ ского музея изящных, искусств в Египте, — в тот...»

«1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ДИЭЛЕКТРИКОВ Цель работы: экспериментальное определение относительной диэлектрической проницаемости различных диэлектриков. Продолжительность работы: 2 час...»

«Ю. М. Балагула канд. техн. наук, старший преподаватель Европейского университета в Санкт-Петербурге ФРАКТАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДЛИННОЙ ПАМЯТИ В ЦЕНАХ НА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЮ Введение Определяющими тенденциям...»

«СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ Обращение Генерального директора ООО "НПФ "РАСКО" Золотаревского С. А.. 5 ПРЕДОСТАВЛЯЕМЫЕ УСЛУГИ ПРИБОРЫ УЧЕТА ГАЗА, ЖИДКОСТИ И ТЕПЛА Счетчики газа и расходомеры ультразвуковые Q.SONI...»




 
2019 www.mash.dobrota.biz - «Бесплатная электронная библиотека - онлайн публикации»

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.