Воробьева Л. В., Зимин Ю. А., Пятов И. С. (ООО «РЕАМ-РТИ), Шуранов П. А. (инженер конструктор АО «ТЫНЫС»)
Скважинная добыча жидких углеводородов основывается главным образом на механизированных способах, с применением глубинных насосов. Несмотря на ряд преимуществ насосов с погружным электроприводом, продолжается широкое использование глубинных насосов с поверхностным приводом, например, с помощью штанг.
Две трети фонда (66%) действующих скважин стран СНГ (примерно 16,3% всего объема добычи нефти) эксплуатируются штанговыми скважинными насосными установками (ШСНУ). Дебит скважин составляет от десятков килограммов в сутки до нескольких тонн. Насосы спускают на глубину от нескольких десятков метров до 3000 м., а в отдельных скважинах на 3200 ÷ 3400 м. При работе установок; колонна насосных штанг совершает циклические возвратно – поступательные или вращательные движения внутри колонны насосно-компрессорных труб (НКТ), сопровождающиеся износом труб и штанг. Наиболее интенсивный износ происходит в искривленных участках ствола скважины. На этих участках колонна насосных штанг прилегает к внутренней поверхности НКТ муфтовыми соединениями, расположенными через интервалы, соответствующие длине штанги. Для снижения скорости износа НКТ, штанг и штанговых муфт используют штанговые центраторы различных конструкций, которые центрируют колонну штанг внутри НКТ и принимают на себя основные контактные механические нагрузки
Кратко рассмотрим основные отличия скважинных насосов с силовым верхним приводом с помощью штанг (штоков) широко распространенных в механизированной добыче нефтяных ресурсов.
Прежде всего к ним относятся насосы, как с возвратно поступательным перемещением рабочих органов – штанговые насосы (ШГН), так и с вращательным, например, одновинтовые насосы (ШВН). Приводные штанги также служат для подвески самих насосных агрегатов внутри насосно-компрессорных труб (НКТ), что требует обеспечения соосности длинномерных штанг (штоков) для исключения их контакта с поверхностью НКТ, который может привести к их истиранию, усилению коррозии.
В связи с различием движения штанг (штоков) насосных агрегатов: возвратно-поступательное у ШГН и вращательное у ШВН, исполнения втулок-центраторов и их применение для них различаются.
Втулки-центраторы ШГН.
Задача втулок-центраторов ШГН – предотвратить обрыв длинномерных изгибающихся штанг из-за силового касания с НКТ и истирания их и НКТ за счет материала центрирующих втулок, при этом втулки-центраторы не должны снижать энергоэффективность привода, создавать течение жидкости в зазоре втулка-отверстие НКТ и существенное гидравлическое сопротивление.
Втулки-центраторы ШГН выполняются съемными (рис.1) с функцией неподвижной фиксации на теле насосной штанги (штока) за счет упругости. Лимитируется усилие их осевого сдвига по телу штанги с целью исключения потери втулки при трении об НКТ и выпадении в скважину при спускоподъёмных операциях.
Рис.1 Втулки-центраторы ШГН съемные
Втулки-центраторы ШВН.
Задача втулок-центраторов ШВН (рис.2)– предотвратить силовое касание изгибающейся штанги, выполняющей функцию приводного вала винтового насоса, с НКТ
Рис.2 Установка штангового винтового насоса с наземным приводом
Втулки-центраторы ШВН выполняются для исключения истирания НКТ путем центрирования приводного вала винтового насоса как подшипниковые втулки, притормаживаемые при касании с НКТ.
В связи с требованием конструктивного исполнения втулки-центратора ШВН быть подшипником, центрирующим вал, их применение требует наличие ограничителей осевого перемещения, каковыми могут быть торцы муфт вала, а также ограничители перемещения втулки-центратора (рис.3), монтируемые при сборке перед спусковыми операциями на скважине в случае съемных версий втулки-центратора.
Рис.3 Ограничители осевого перемещения втулки-центратора ШВН на полированном вращающемся штоке
Съёмные втулки-центраторы и ограничители осевого перемещения втулки, одеваются непосредственно на месте проведения добычи нефти штанговым насосом. Предназначены для снижения износа штанг, износа труб НКТ, снижение аварийности и эксплуатационных расходов.
СПОСОБЫ УСТАНОВКИ ВТУЛОК-ЦЕНТРАТОРОВ НАСОСНЫХ ШТАНГ
Существующие способы (рекомендации)
1-й пример (способ из руководств некоторых американских компаний):
- На первых двух штангах над насосом: две втулки, одну возле муфты, а другую в центре штанги.
- В нижней трети всей сборки штанг наиболее часто: По одной втулке-центратору на штангу, над муфтой на расстоянии от 30 до 50 см.
- В средней трети всей сборки штанг менее часто: По одной втулке-центратору на каждой второй штанге.
- В верхней трети всей сборки штанг наименее часто: По одной втулке-центратору на каждое место, где отмечается износ штанги.
2-й пример (взят из руководства компании «Петро Раббер»):
- От поверхности до 500 метров – установки втулки-центратора, как правило, не требуется, так как обычно сборка штанг прямолинейная (ставят лишь в места истирания, например, если там штанга 1 дюйм, то ставят центратор PRG2510).
- От 500 м до 800 м - устанавливаются втулки по одной на штанге (как правило, там есть штанги размером 7/8 дюйма, тогда ставят втулку-центратор PRG2578)
- От 800 м до 2000 м - устанавливаются втулки по одной на штанге (как правило, там есть штанги размером 3/4 дюйма, тогда ставят втулку-центратор PRG2534)
- От 2000 м до 3000 м - устанавливаются втулки по две на штанге (как правило, там есть штанги размером 3/4 дюйма, то ставят втулку-центратор PRG2534)
Аналогично в НКТ 2 дюйма ставят втулки-центраторы PRG2078, PRG2034 и PRG2058.
Плюс дополнительная установка втулки-центратора на каждое место, где есть потертость.
В связи с задачей эффективной локализации востребованных нефтедобывающей промышленностью компонентов, повышающих эксплуатационную надежность и ресурс, НК «Роснефть» обратилась к ООО «РЕАМ-РТИ» с заданием создать и освоить в производстве аналоги, не уступающие закупаемым по импорту.
В качестве размерности была задана ориентация на изделия компании «Петро Раббер»:
- PRG 2078, под наружный диаметр штанги 22 мм, и
- PRG – 2034, под наружный диаметр штанги 19 мм.
Исходя из анализа работоспособности зарубежных втулок-центраторов в отечественных скважинах с внутренним диаметром НКТ 73 мм был выбран уникальный абразивостойкий эластомер и разработана оригинальная технология изготовления съемных втулок-центраторов.
Для целей подтверждения работоспособности съемных втулок-центраторов из отечественных материалов ООО «РЕАМ-РТИ» разработала и изготовила для промысловых скважинных испытаний образцы (табл.1).
Табл. 1
Втулки-центраторы многоразового использования, были изготовлены специалистами РЕАМ-РТИ из специального композитного эластомерного материала РС-26-90-5 (рис.4).
Рис.4 Съемная втулка-центратор ШГН по технологии ООО «РЕАМ-РТИ»
Характеристики материала, используемого для изготовления втулок-центраторов (Табл.2)
Табл.2
Условия применения РТИ
| Обозначение | Абразивостойкий эластомерный материал РС-26-90-5 на основе бутадиен-нитрильного каучука (NBR) |
| Минеральные и полусинтетические масла, пластовые жидкости, топлива, вода, литол, амортизационные жидкости, температуры применения от -50..+170С | |
| Свойства резиновой смеси | - Антифрикционные свойства, -стойкость к «сухому» трению, -маслобензостойкость, - морозостойкость, - стойкость к сероводороду -до 6%, к кислотам - до 10% - кессонная стойкость 1-2 класса по NACETM 0192-98 |
| Коэффициент трения материала | Статический коэффициент трения (60 мин) определен по «Методике Госстандарта ВНИИ по нормализации в машиностроении» и составляет 0,2-0,3 |
Данная разработка запатентована (патент на изобретение РФ №2796002)
При разработке изделия втулок-центраторов должна быть обеспечена их функциональная надежность при монтаже и эксплуатации, а именно:
- не сдвигаются, не разрушаются, не дают обломков – не засоряют камеру насоса.
- устраняют резкие знакопеременные (реверсивные) нагрузки на полированную штангу и всю подвеску, за счет уменьшения трения.
- не создают заторов скважинной среде, не снижают пропускную способность НКТ, так как конусность концов центратора обеспечивает очистку втулки при ходе вверх/вниз и облегчает движение скважинных жидкостей.
Втулки-центраторы производства ООО «РЕАМ-РТИ» прошли опытно промысловые испытания (ОПИ) в ПАО «Варьеганнефтегаз», в результате которых доказана эффективность их применения на скважинах, подверженных истиранию насосных штанг и НКТ.
С 2018 г. втулки центраторы ШГН успешно эксплуатируются на месторождениях ПАО «Самотлорнефтегаз» в промышленных объемах.
В период 2022-23гг. втулки-центраторы ШГН завершили ОПИ на ряде скважин фонда нефтедобывающих компаний Казахстана.
Оценка результатов ОПИ и практики эксплуатации ШГН в ПАО Варьеганнефтегаз со съемными втулками-центраторами ООО «РЕАМ-РТИ»:
-Допущена возможность в повторном применении насосных штанг со съемными втулками-центраторами ООО «РЕАМ-РТИ» из-за снижения трения и сопротивления муфты штанг и скребков центраторов о внутренние стеки НКТ;
-Подтверждено отсутствие осложнений при спуско-подъемных операциях при текущих ремонтах скважин (ТРС);
- Уменьшилось количество обрывов по причине истирания насосных штанг за счет имеющейся информации по конструкции скважины и выбора мест установки съемных втулок-центраторов ООО «РЕАМ-РТИ» дополнительно к заводским скребкам-центраторам;
- Удалось снизить резкие знакопеременные (реверсивные) нагрузки на полированную штангу, как следствие уменьшились остановки станка качалки для проведения ППР уравновешиванию и т. п.
Оценка технико-экономической эффективности применения съемных втулок-центраторов ШГН производства ООО «РЕАМ-РТИ» в ПАО Варьеганнефтегаз (рис.5):
Рис.5 Оценка технико-экономической эффективности применения съемных втулок-центраторов ШГН производства ООО «РЕАМ-РТИ»
Заключение по технико-экономической эффективности применения съемных втулок-центраторов ШГН производства ООО «РЕАМ-РТИ» в ПАО Варьеганнефтегаз:
- По результатам испытаний подконтрольного оборудования, определена, и доказана эффективность применения втулок-центраторов производства ООО «РЕАМ-РТИ» на скважинах подверженных истиранию насосных штанг и НКТ;
- Увеличился межремонтный период, т.е. сократились вынужденные простои;
- Значительно снизился износ НКТ, штанг, муфт.
В целях увеличения наработки на отказ фонда скважин эксплуатируемого УШГН, рекомендовано дальнейшее применение втулок-центраторов штанговых на постоянной основе.
Оценка результатов ОПИ применения съемных втулок-центраторов ШГН производства ООО «РЕАМ-РТИ» в Республике Казахстан:
АО «Каражамбасмунайгаз»
Оценка эффективности вАО «Каражамбасмунайгаз» показала, что применение втулки ООО «РЕАМ-РТИ» в составе насосных штанг увеличило сроки МРП. Оказав положительные результаты применения на ранее использованные (б/у) колоны НКТ и насосные штанги. Тем не менее, к периоду наработки в 160-175 суток, был получен результат, что- б/у НКТ получили протирание в области резьбового соединения на одной НКТ от всей колоны и порядка 15 НКТ получили следы соприкосновения с насосными штангами. В связи с чем было прекращено ОПИ. Но в ходе предоставления рекомендаций, было принято решение установки по три втулки на каждую насосную штангу, расположив одну в центральной части штанги и по одной с каждой стороны у резьбового соединения.
АО «МангистауМунайГаз»
АО «МангистауМунайГаз» ПУ «Каламкас»был пройден срок всего ПИ в период 180 суток. По результатам комиссионного подъема и осмотра втулок-центраторов колонны НКТ и насосных штанг, дефектов не обнаружено. За период ПИ, скважины были остановлены по причинам износа насосов.
Достигнуты критерии ПИ:
- Увеличение межремонтного периода скважин (МРП) - достигнуто. Увеличив МРП почти в два раза.
- Безотказная работа скважин по причинам «не герметичность НКТ» и «обрыва штанг» - достигнуто. Количество отказов по данному критерию снижены от 3 до 0.
- Отбраковка штанг не более 10% по причине протирания муфты – достигнуто.
Ранее в нефтегазовом секторе Республики Казахстан проходили испытания втулки-центраторы из пластика, которые не дали каких либо положительных результатов, и только усложняли СПО при ремонте скважин из-за своих разрушительных способностей. Втулки РЕАМ-РТИ дали обратный эффект, что делает их перспективными для использования в нефтедобывающих компаниях.
Ссылаясь на вышесказанное, по данным втулки-центраторы подготавливается процесс локализации на территории Республики Казахстан предприятием АО «Тыныс», расширяя партнёрскую и научную деятельность ООО «РЕАМ-РТИ» в Центральной Азии.
Подробнее о втулках-центраторах вы можете ознакомиться на сайте www.ream-rti.ru и по телефону 8-495-149-00-90.
Использованная литература: