Научная статья на тему 'Разработка принципов центробежной сепарации механических примесей на приеме УЭЦН'

Разработка принципов центробежной сепарации механических примесей на приеме УЭЦН Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
689
33
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Деньгаев А. В., Вербицкий В. С., Дроздов А. Н., Петров Д. А., Здольник С. Е.

Важнейшей научно-технической проблемой при разработке нефтяных месторождений является одновременное обеспечение высоких уровней и темпов добычи углеводородного сырья при наиболее полном извлечении его из недр с высокими технико-экономическими показателями работы нефтегазодобывающих предприятий. Одной из причин, не позволяющих эффективно решить эту проблему, является пескопроявление и вынос мехпримесей при эксплуатации скважин.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Деньгаев А. В., Вербицкий В. С., Дроздов А. Н., Петров Д. А., Здольник С. Е.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Разработка принципов центробежной сепарации механических примесей на приеме УЭЦН»

ДОБЫЧА

А.В. деньгаев, В.С. Вербицкий, А.н. дроздов, д.А. Петров, РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина С.Е. здольник, ю.А. нишкевич, ОАО «НК «РОСНЕФТЬ»

разработка принципов центробежной сепарации механических примесей на приеме уэцн

Важнейшей научно-технической проблемой при разработке нефтяных месторождений является одновременное обеспечение высоких уровней и темпов добычи углеводородного сырья при наиболее полном извлечении его из недр с высокими технико-экономическими показателями работы нефтегазодобывающих предприятий. Одной из причин, не позволяющих эффективно решить эту проблему, является пескопроявление и вынос мехпримесей при эксплуатации скважин.

К примеру, более 40% всех продуктивных пластов в мире требует применения методов борьбы с влиянием механических примесей при эксплуатации скважин. В неконтролируемых условиях вынос механических примесей в скважину вызывает износ компонентов эксплуатационной колонны и требует частых и дорогостоящих ремонтных работ. В некоторых случаях выносимые механические примеси могут закупорить скважину. Возможность осложнений, связанных с влиянием механических примесей, значительно затрудняет выбор технологических режимов работы скважин, обеспечивающих рациональную эксплуатацию недр и удовлетворительные технико-экономические показатели. Кроме того, неправильный выбор метода борьбы с выносом механических примесей значительно снижает производительность скважины и экономическую эффективность ее эксплуатации. Основными составляющими механических примесей, содержащихся в добываемой жидкости, являются породообразующие компоненты, продукты коррозии металла, не закрепившийся в пласте проппант и др.

Если учитывать тот факт, что основная доля добычи нефти в России осуществляется установками электроцентробежных насосов, то решение проблемы защиты внутрискважинного насосного оборудования от механических примесей весьма актуально. В первую очередь оно скажется на повышении производительности скважин, уменьшении затрат на капитальный и текущий ремонт и в конечном итоге приведет к снижению себестоимости добычи нефти за счет увеличения наработки на отказ внутрискважинного оборудования. В компании ОАО «НК «Роснефть»

Рис. 1. Демонтаж УЭЦН на устье скважины Западной Сибири

(причина остановки - засорение ЭЦН механическими примесями)

основной причиной отказа установок ЭЦН является вредное влияние механических примесей (повышенный износ, закупоривание рабочих органов насоса и др.). В 2006 году доля отказов установок ЭЦН по причине повышенного содержания механических примесей в откачиваемой жидкости составило 33,0% от общего числа отказов. Сегодня на рынке погружного оборудования существуют различные устройства по борьбе с вредным влиянием механических примесей на работу УЭЦН. По принципу действия их можно разбить на три группы: гравитацион-

Рис. 2. Фильтрующий элемент УЭЦН с наработкой 4 суток (причина остановки - засорение ЭЦН механическими примесями)

26 \\ ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ \\

\\ № ТО \\ октябрь \ 2007

\\ ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ \\

№ 10 \\ октябрь \ 2007

О 10 20 30 40 50

Рис. 4. Зависимость длины сепарационной камеры от эквивалентного диаметра механических примесей в различных средах: 1 - смесь с г = 1000 кг/м3 и т = 1 мПа*с; 2 - смесь с г = 850 кг/м3 и т = 5 мПа*с; 3 - смесь с г = 850 кг/м3 и т = 10 мПа*с

ные, фильтрационные и комбинированные. К сожалению, промысловая практика показывает на недостаточную защиту этих устройств. Интерес представляет тот факт, что в 50-80-е годы прошлого века учеными и специалистами нефтегазовой промышленности решался вопрос о разработке методов и способов борьбы с вредным влиянием свободного газа на приеме погружного насосного оборудования. Широкое распространение в отечественной нефтянной промышленности получили погружные газосепараторы к УЭЦН. Погружные газосепараторы прошлого столетия прошли путь развития и совершенствования по принципу действия: от фильтрационного до центробежного. В настоящее время центробежные газосепараторы работают во многих нефтедобывающих скважинах, оборудованных установками ЭЦН, а газосепараторы гравитационного и фильтрационного принципов действия не востребованы из-за низкой сепарационной способности.

Современные устройства по защите УЭЦН от вредного влияния механических примесей имеют ряд существенных недостатков (высокая стоимость, значительно усложняется монтаж оборудования, металлоемкость, низкая се-парационная способность и др.), что в реальных технико-экономических условиях эксплуатации такого рода скважин ограничивает возможность их применения.

Становится актуальным вопрос повышения эффективности эксплуатации

Газ Чистая Суспензия \ жидкость ^

г = О К

Рис. 3. Схема процесса разделения фаз в центробежном поле

скважин, оборудованных ЭЦН при добыче скважинной продукции с высокой концентрацией механических примесей, путем использования высокотехнологичных и недорогих средств защиты ЭЦН.

На рис. 3 представлена схема процесса разделения фаз в центробежном поле. Видно, что разделение фаз происходит от оси, где сосредоточена газовая фаза (газ, легкие фракции углеводородов и т.п.), до периферии, где сосредоточена жидкая фаза с твердыми частицами. Следовательно, зная закономерность распределения фаз в поле центробежных сил, можно спроектировать техническое устройство, которое способно будет отделять жидкость с механическими примесями от чистой жидкости с газовой фазой, и направлять механические примеси в специальный отсек-накопитель.

При проектировании сепаратора механических примесей проводился расчет основного элемента - сепарационной камеры.

Расчеты показывают, что на маловязкой жидкости для отделения механических примесей с эквивалентным диаметром 30 мкм достаточно всего

нескольких сантиметров длины сепарационной камеры,причем при увеличении вязкости перекачивающей смеси увеличивается длина сепарационной камеры. Так, например, для отделения механических примесей с диаметром частицы ^ч), равным 30 мкм, от жидкости с р = 5мПа*с и р = 850 кг/м3, потребуется длина сепарционной камеры - 0,6 м, а для р = 10 мПа*с и р = 850 кг/м3 - 1 м (рис. 4). Таким образом, в результате проведенных исследований была разработана методика определения эффективности отделения твердых частиц в жидкости в зависимости от плотности и вязкости перекачивающей среды. Повышение эффективности и надёжности эксплуатации скважин, оборудованных центробежным сепаратором механических примесей, достигается путем проведения центробежной сепарации перед обтеканием погружного электродвигателя откачиваемой жидкостью и размещения центробежного сепаратора под электродвигателем, что позволяет существенно увеличить диаметральный габарит сепаратора. Интенсивность выноса твердых частиц на участке «ПЗС1 - прием ПО2» харак-

WWW.NEFTEGAS.INFn

\\ ДОБЫЧА \\ 27

ДОБЫЧА

19

10 16 15

X 9

17 II

13

Ы

Рис. 5. Схема погружного сепаратора механических примесей (ПСМ)

теризуется резкими пиками (концентрация твёрдых частиц увеличивается в несколько раз) при изменении параметров эксплуатации (например, при запусках насосных установок или увеличениях частоты тока в процессе работы), но значительно снижается при стабильной долговременной работе

системы «пласт - скважина - ПО». Поэтому с практической точки зрения важно защитить насос именно от резких пиков уровня взвешенных частиц абразивов при запусках УЭЦН и выводе его на постоянный режим. Погружная насосная установка для добычи нефти в составе с центробежным сепаратором механических примесей (ПСМ) 3 (см. рис. 5) содержит насос 1 с погружным электродвигателем 2 и отстойник 4, спущенные в скважину 5, причем ПСМ расположен ниже погружного электродвигателя. Вал погружного электродвигателя 2 и вал 8 ротора 9 центробежного сепаратора 3 твёрдых частиц соединены посредством герметичной магнитной муфты 10 или дополнительной гидрозащитой специального исполнения. Внутри отстойника 4 размещена труба 11, верхний конец которой расположен ниже центробежного сепаратора 3 твёрдых частиц, а нижний конец сообщен с полостью скважины 5. Центробежный сепаратор 3 имеет входную 15 и выходную 16 линии, а также каналы 17 отвода части потока жидкости с повышенной концентрацией твёрдых частиц в отстойник 4. Внутри ротора 9 сепаратора 3 находится канал 18 для направления очищенной жидкости с газом в выкидную линию 16. Погружная насосная установка для добычи нефти с центробежным сепаратором в поле центробежных сил работает следующим образом. Поток добываемой продукции поступает из пласта 13 в скважину 5 и затем на прием центробежного сепаратора 3. Во вращающемся роторе 9 сепаратора 3 происходит отделение твёрдых частиц от жидкости в поле центробежных сил. Твёрдые частицы с частью жидкости направляются по каналам 17 в отстойник 4 и оседают на его дне. Очищенная жидкость направляется по каналу 18 в выкидную линию сепаратора 3 и далее поступает в приёмный модуль погруж-

ного насоса 1 или газосепаратора. При этом необходимо отметить, что ПСМ также играет роль газосепаратора, т.к. осуществляется предварительная сепарация газовой фазы в проточной части ПСМ за счет центробежных сил, следовательно, укрупненные газовые каверны на выходе из ПСМ, попадая на прием газосепаратора, способствуют более эффективному газоотделению в штатном газосепараторе. При переполнении отстойника 4 (это может произойти в случае длительной откачки продукции с очень высоким содержанием механических примесей) твёрдые частицы поступают по трубе 11 в зумпф 14 скважины 5, расположенный ниже интервала перфорации 12. В дополнение к вышеизложенному можно отметить, что, кроме решения основной проблемы - защиты УЭЦН от механических примесей, ПСМ можно оборудовать специальным контейнером с брикетами, содержащими ингибиторы солеотложений, расположенного ниже отстойника 4. Таким образом, предложенная технология позволяет защитить УЭЦН от засорения твёрдыми частицами и износа, от интенсивного отложения продуктов солеотложений и снижает вредное влияние свободного газа, что существенно повышает эффективность эксплуатации скважин в осложненных условиях. Область применения предлагаемого технического решения - эксплуатация погружными насосами скважин с концентрацией взвешенных твёрдых частиц в жидкости более 500 мг/л и с повышенным газосодержанием в откачиваемой продукции.

Примечания

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

1 - ПЗС - призабойная зона скважины;

2 - ПО - погружное оборудование (в данном случае ЭЦН).

28 \\ ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ \\

\\ № 10 \\ октябрь \ 2007

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.