CC BY
45
© А.Е. Кучурин, С.Б. Бекетов, 2012
УДК 622.245+622.279.7
А.Е. Кучурин, С.Б. Бекетов
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ СКВАЖИННОГО ШТАНГОВОГО НАСОСА ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ ИЗ СКВАЖИН СОДЕРЖАЩИХ ЗНАЧИТЕЛЬНОЕ КОЛИЧЕСТВО ПЕСКА В ПРОДУКЦИИ
Приведено описание конструкции скважинного штангового насоса для добычи нефти из скважин, Насос разработан для условий работ в скважинах, содержащих значительное количество песка в продукции. Ключевые слова: нефть, скважина, штанговый насос, песок.
ООО «РН-Краснодарнефтегаз» ведет разработку нефтяных месторождений на юге России. Основная часть месторождений находится на поздней стадии разработки. К таким относится и Анастасиевско-Троицкое месторождение (и его спутники), эксплуатация которого начата в 1954 год.
Продуктивные пласты рассматриваемого месторождения представлены слабосцементированными песчаниками. В 1976 году на Анаста-сиевско-Троицком месторождении впервые были применены способы защиты скважинного оборудования от песка [1, 2]. Как показывает опыт — песок, асфальто-смолистые парафи-нистые отложения (АСПО), свободный газ в насосе, являются основными причинами, по которым происходит отказ скважин оборудованных скважинными штанговыми насосами (СШН) на юге России [3].
В настоящее время крепление призабойной зоны пласта (ПЗП) является основным способом защиты скважинного оборудования от песка на месторождениях Общества. Данный способ крепления основан на создании в ПЗП фильтра путем намыва проппанта. В зависимости от
размера проппанта, создаваемый фильтр будет иметь различную тонкость фильтрации. В идеальном случае, выбор фильтра, для защиты скважинного оборудования, осуществляется на основе лабораторных исследований керна и образцов фильтров, на предмет фильтрации флюидов через фильтр и стойкости фильт-роэлемента к засорению песком того месторождения, к условиям которого он подбираются. Такие эксперименты трудоемки и требуют значительных финансовых затрат. Для снижения затрат используют методики и матрицы по выбору фильтров [4, 5], которые обеспечивает получение приемлемого результата. Выбор фильтра зависит от гранулометрического состава коллектора, коэффициентов однородности и отсортированности.
С целью оптимизации процесса выбора фильтров были проведены гранулометрические исследования керна Анастасиевско-Троицкого месторождения IV горизонта и построена карта медианных диаметров, представленная на рис. 1.
Распределение размера зерен керна, в среднем по IV горизонту Ана-стасиевско-Троицкого месторождения представлено на рис. 2.
Рис. 1. Распределение медианного диаметра зерен по данным гранулометрического анализа керна скважин IV горизонта Анастасиевско-Троицкого месторождения
%
■то
90
ею
70 60 50 40 30 20 10
1
г
1 1 1 1
1
1 1 ■
1 1 1
1 1 1 1 г 1 1 Ив
1
... -------т . ■ 1 7 1-1 1 1 1 1 1 111-1-1 1 1 1 III -1—гТ\ 1мм— Н§§и
0 0.1
10 100 Размер, мкм
1,000
10,000
Рис. 2. Распределение зерен керна по размеру в среднем по IV горизонту Ана-стасиевско-Троицкого месторождения
Также проведен гранулометрический анализ механических примесей отобранных с забоев некоторых скважин месторождений Дыш, Хом-ское, Северо-нефтяное и Троицкое. Результаты распределения мехприме-сей по размеру, на этих месторождениях, сопоставимы с результатами по
IV горизонту Анастасиевско-Троиц-кого месторождения.
Эффективный фильтр выбирается из условия — оптимальный размер частиц проппанта, из которого намывают фильтр, должен быть в 5—7 раз больше, чем медианный размер частиц породы коллектора.
Для условий юга России, оптимальный типоразмер проппанта 16/30 (589-1190 мм). Такой фильтр, позволяет задерживать крупные механические примеси, выносимые из пласта, но в тоже время пропускает мелкие частицы для предотвращения заиливания, которые в дальнейшем, попадая в зазор плунжер-цилиндр при работе СШН, производят абразивный износ, а при остановках скважины, могут осаждаться на верхнем торце плунжера с образованием песчаной пробки высотой до нескольких метров и при последующем запуске скважины в работу могут привести к заклиниванию плунжера в цилиндре [6].
Авторами разработана конструкция СШН, которая решает эти проблемы. Насос работает следующим образом: после спуска насоса в скважину его узлы занимают положение, показанное на рис. 3.
После включения привода насоса колонна штанг 16 с соединительной муфтой 5 снабженной наружным кольцевым выступом 6, упорным кольцом 9, гайкой 10, плунжером 3 и клеткой клапана 11 с нагнетательным клапаном 12 поднимаются вверх. Нагнетательный клапан 12 закрыт. Всасывающий клапан 2 цилиндра 1 открывается и жидкость, содержащая механические примеси, заполняет объем всасывающей полости 14. Под действием веса жидкости над нагнетательным клапаном 12 стенки плунжера 3 распираются в стороны, а верхняя коническая поверхность 7 кольцевого выступа 6 оказывает давление на упорное кольцо 9, которое дополнительно прижимает стенки плунжера 3 к стенкам цилиндра 1, что способствует еще большему уменьшению зазора между плунжером 3 и цилиндром 1, и препятствует попаданию механических примесей в зазор между цилиндром 1 и плунже-
Рис. 3. Скважинный штанговый насос
ром 3. При ходе колонны штанг 16 с соединительной муфтой 5 с кольцевым выступом 6, упорным кольцом 9, гайкой 10, плунжером 3 и клеткой клапана 11 с нагнетательным клапаном 12 вниз, всасывающий клапан 2 закрывается, а нагнетательный клапан
12 открывается и жидкость из всасывающей полости 14 вытесняется в полость 13 плунжера 3 и далее в нагнетательную полость 15 цилиндра 1.
Под действием веса колонны штанг 16 нижняя коническая поверхность 8 кольцевого выступа 6 оказывает давление на гайку 10 и прижимает ее к стенке цилиндра 1 , способствуя уменьшению зазора между плунжером 3 и цилиндром 1, что препятствует попаданию механических примесей в зазор между цилиндром 1 и плунжером 3 и исключает заклинивание плунжера 3 в цилиндре 1.
Верхний конец плунжера 3 сделан заостренным, для уменьшения вероятностей оседания механических частиц на торце при остановке скважин-ного насоса и исключения их попаданий в зазор между плунжером 3 и ци-
1. Эволюция методов крепления приза-бойной зоны скважин IV горизонта Анаста-сиевско-Троицкого месторождения / П.С. Жихор, Г.Т. Вартумян, А.Т. Кошелев и др. / Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. М. 2010. № 6. 4749 с.
2. Аржанов Ф.Г., Маслов И.И., Репин В.И., Свиридов B.C. Применение противо-песочных фильтров в скважинах IV горизонта Анастасиевско-Троицкого месторождения. М. Нефтепромысловое дело. 1981. № 10. 35-39 с.
3. Кучурин А.Е., Бекетов С.Б. Пути повышения надежности скважинных штанговых насосов на нефтяных месторождениях со слабосцементированными
линдром 1 при запусках скважинного штангового насоса.
Соединительная муфта 5 не имеет жесткого соединения со стенкой плунжера 3, что позволяет прижимать стенки плунжера 3 к стенкам цилиндра 1 под действием веса жидкости над нагнетательным клапаном 12, при ходе скважинного штангового насоса вверх и под действием веса колонны штанг 16, при ходе скважинного штангового насоса вниз.
Как, показывают расчеты, проведенные авторами, данная конструкция СШН, позволяет сократить зазор плунжер-цилиндр и поддерживать это значение зазора на протяжении всего цикла работы насоса. Это предотвращает попадание песка в зазор плунжен-цилиндр и увеличить межремонтный период работы СШН.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
коллекторами. - Горный информационно-аналитический бюллетень. М. 2011. № 10. 380-383 с.
4. Tiffin, D.L., King, G.E., Larese, R.E., Britt, L.K. New Criteria for Gravel and Screen Selection for Sand Control. SPE 39437. 1998.
5. Saucier. R.J. Considerations in gravel pack design. SPE 4030, 1974.
6. Власов B.B. Повышение работоспособности штанговых скважинных насосных установок путем компоновки колонны штанг усовершенствованными нагнетателями жидкости. - Автореферет диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Уфа. 2004. 9 с. ПТШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Бекетов Сергей Борисович - доктор технических наук, профессор, почетный работник науки и техники РФ, Северо-Кавказский Государственный технический университет, Кубанский государственный технологический университет, Кучурин Алексей Евгеньевич - зав. сектором ООО «НК «Роснефть»-НТЦ».
