Research & Production Company Chelninsky Pumping Plant, OOO (Ltd.)
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ТИХОХОДНЫЙ ПРИВОД НОВОГО ОБРАЗЦА ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ ДОБЫЧИ НЕФТИ
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ТИХОХОДНЫЙ ПРИВОД НОВОГО ОБРАЗЦА ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ ДОБЫЧИ НЕФТИ
С целью оптимизации добычи нефти установками скважинных штанговых насосов (УСШН), работающими в периодическом режиме, специалисты ООО «НПО «ЧНЗ» разработали тихоходный дифференциальный привод (ДП).
Применение ДП в качестве привода станков-качалок (СК) позволяет уменьшить частоту качаний до минимальных значений (до 0,2 мин-1), обеспечить более низкую скорость хода штанг вверх по сравнению с ходом вниз (в 1,5-2 раза), что дает возможность снизить нагрузки на насосные штанги, уменьшить вероятность обрыва штанг, повысить коэффициент наполнения насоса, перевести СК в постоянный режим работы, увеличить добычу нефти, снизить удельное электропотребление УСШН и увеличить межремонтный период (МРП) работы скважин.
Эффективность ДП, доказанная в ходе опытно-промысловых испытаний (ОПИ), его надежность, удобство применения и простота обслуживания делают данный привод перспективным для эксплуатации на скважинах нефтяных компаний России.
Многие месторождения России в настоящее время находятся на поздних стадиях разработки, что сопровождается ростом доли малодебитного и, в частности, периодического фондов скважин. Недоборы нефти по периодическому фонду, по оценкам нефтяных компаний, составляют от 60 до 170 т нефти на скважину в год. Кроме недополучения продукции, частые запуски СК в работу отрицательно влияют на работоспособность электродвигателя, форсируют процессы запарафинивания глубинно-насосного оборудования (ГНО), в итоге происходит рост эксплуатационных затрат на добычу нефти.
Для решения вышеперечисленных проблем ООО «НПО ЧНЗ» предлагает в качестве привода СК применять ДП.
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
Опытная эксплуатация ДП эффективно зарекомендовала себя на скважинах с периодическим режимом работы, малодебитных скважинах (до 5 м3/сут) и скважинах с высоковязкой нефтью.
ДП можно применять вместо штатного редуктора как в составе СК, находящихся в эксплуатации без изменений их конструкции, так и на вновь изготавливаемых СК.
Для повышения эффективности работы ДП была изготовлена пилотная станция управления (СУ) со следующими функциональными возможностями:
- запись и передача динамограммы с СУ на верхний уровень (компьютер, планшет, смартфон и др.);
- дистанционное изменение числа качаний (актуально для скважин с периодическим режимом работы и неустойчивым режимом поддержания пластового давления);
Данная СУ обеспечивает получение информации от межтраверсного динамографа, устьевых электронных манометров (на манифольдной линии и устьевой арматуре), различных контроллеров (например, УБАЗПШСН-мини-М) и др.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ ПРИВОДА
ОПИ с использованием ДП производились с 2010 года на скважинах двух нефтяных компаний России.
В первой компании максимальная наработка двух приводов, установленных в 2010 году, по состоянию на июнь 2020 года составила 10 лет, наработка четырех приводов, установленных в 2013 году – 7 лет. Поломок в работе приводов в течение всего периода эксплуатации отмечено не было.
По состоянию на июнь 2020 года приводы продолжают работать на шести скважинах компании.
В процессе эксплуатации и проведенных замеров ни на одной из скважин с тихоходным приводом ПД8 технические отказы и инциденты не были выявлены.
Получен положительный результат по переводу скважины из периодического в постоянный режим работы, при этом значительно (на 76%) увеличился коэффициент эксплуатации скважины (Кэксп) – от 0,562 до 0,987 (табл. 1).
Табл. 1. Результаты испытаний ДП на скв. №2 первой нефтяной компании
Улучшился ряд показателей работы скважины:
- дебит жидкости вырос от 3,6 до 4,1 м3/сут (рост на 14%), но при этом незначительно (на 7%) уменьшился дебит нефти – с 2,22 до 2,06 т/сут из-за роста обводненности продукции от 30 до 42%;
среднемесячная добыча нефти выросла на 58% – от 38 до 60 т.
Улучшился ряд показателей работы подземного и наземного оборудования: - максимальные нагрузки в ТПШ снизились на 6% – с 5,3 до 5,0 т;
- увеличились коэффициенты наполнения (Кнап) и подачи насоса (Кпод) на 26% (от 0,72 до 0,91) и 21% (от 0,55 до 0,67) соответственно.
Кроме того, ДП был внедрен на скважине другой крупной российской нефтяной компании. За счет снижения частоты качаний до минимальных значений (0,5 мин-1) СК были переведены из периодического в постоянный режим работы.
В целом эксплуатация СК с ДП на скважинах обеих нефтяных компаний дала следующие положительные результаты (рис. 1, 2):
- увеличение добычи нефти (на 20-100%);
- увеличение коэффициента наполнения насоса;
- значимое замедление скорости хода штанг вверх по сравнению с ходом вниз (в 1,5-2 раза), в результате чего получили снижение нагрузок на колонну штанг (на 25-30%), электродвигатель (снижение номинальной мощности с 15 до 3-5 кВт) и редуктор (на 25-30%);
- снижение удельного электропотребления УСШН (на 39 % и более).
- значимое кратное снижение частоты качаний СК (в два раза и более), что однозначно увеличивает МРП скважины ввиду увеличения ресурса штанг и плунжерного насоса;
- возможность применения насосных штанг меньших диаметров;
- обеспечение более равномерной выработки нефтяного пласта.
- стоимость обслуживания ДП складывается из стандартных процедур, таких как замена масла (в два раза меньше), подтяжка и т.д.
Рис. 1. Результаты оптимизации работы скв. №1, работающей в периодическом режиме, путем применения ДП
Рис. 2. Результаты оптимизации работы скв. №2, работающей в периодическом режиме, путем применения ДП
ТРЕБОВАНИЯ К ТЕХНИЧЕСКОМУ ОБСЛУЖИВАНИЮ ДП
Обслуживание ДП не требует дополнительного обучения персонала, а расходы на ТО в два раза меньше, чем у стандартных приводов. Стоимость обслуживания ДП складывается из стандартных процедур, таких как замена масла (в два раза меньше), подтяжка и т.д.
ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ ДП
ДП устанавливается в составе УСШН, включающей стойку, балансир, насосные штанги, привод с электродвигателем, редуктором и дифференциальными механизмами, генерирующий возвратно-поступательные движения с разной скоростью противоположных ходов (рис. 3А).
Основой дифференциального механизма служат внешнее и внутреннее центральные колеса и сателлиты.
Рис. 3. УСШН с установленным ДП и схема дифференциального механизма ДП
Существуют различные варианты исполнения дифференциального привода. Кроме того, возможен вариант исполнения привода с одинаковой скоростью движения колонны штанг вверх и вниз, без дополнительных кривошипов и шатунов.
ПРИНЦИП РАБОТЫ ДП
Принцип работы ДП показан на рис. 3 (на условно упрощенной схеме кривошипы не показаны): электродвигатель (5) через редуктор (6) вращает внутреннее центральное колесо (9), которое, в свою очередь, вращает вокруг собственной оси сателлит (10). Сателлит при движении вниз, когда шатуны (11 и 12) находятся по разные стороны от внутреннего центрально колеса (9), увлекает за собой шатуны. При этом шатун (11) заставляет вращаться внешнее центральное колесо (8).
Далее при достижении нижней точки вращения сателлит начинает двигаться вверх, шатуны также перемещаются вверх. Шатун (11) при этом заставляет вращаться внешнее центральное колесо (8) в другую сторону от первоначального направления вращения.
Так как сателлит получает вращательное движение вокруг внутреннего центрального колеса (9) из-за контакта с внешним центральным колесом (8), при движении сателлита вниз происходит снижение, а при движении вверх – увеличение скорости вращения сателлита из-за колебательного вращения внешнего центрального колеса (8).
Таким образом, скорость вращения сателлита вокруг центрального колеса (9) при его движении вниз будет меньше, чем при движении вверх. Поскольку шатуны (11 и 12) противоположными концами соединены с балансиром (2), то и балансир выполняет колебательные разнонаправленные движения с различной скоростью. Непроизводительное подготовительное движение насосных штанг (3) вниз будет происходить быстрее, а их движение вверх – медленнее.