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 метров, а в отдельных скважинах на 3200–3400 м.
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 спускоподъемных операциях.
Втулки-центраторы ШВН
Задача втулок-центраторов ШВН (рис. 2)– предотвратить силовое касание изгибающейся штанги, выполняющей функцию приводного вала винтового насоса, с НКТ.
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 валом, 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.
Существующие способы (рекомендации) установки втулок-центраторов насосных штанг 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;
– 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).
Втулки-центраторы многоразового использования были изготовлены специалистами «РЕАМ-РТИ» из специального композитного эластомерного материала РС-26-90-5. На основе полученного опыта наша компания усовершенствовала конструкцию втулки-центратора, которая минимизирует усилие сдвига втулки по штанге. (рис. 4).
Характеристики материала, используемого для изготовления втулок-центраторов (табл. 2).
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 2022–23 гг. 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 стенки 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):
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 в АО «Каражамбасмунайгаз» показала, что применение втулки ООО «РЕАМ-РТИ» в составе насосных штанг увеличило сроки МРП. Оказав положительные результаты применения на ранее использованные (б/у) колонны НКТ и насосные штанги. Тем не менее, к периоду наработки в 160-175 суток, был получен результат: б/у НКТ получили протирание в области резьбового соединения на одной НКТ от всей колонны и порядка 15 НКТ получили следы соприкосновения с насосными штангами. В связи с этим 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. МРП увеличен почти в два раза.
• Безотказная работа скважин по причинам «не герметичность НКТ» и «обрыва штанг» - достигнуто. Количество отказов по данному критерию снижено от 3 до 0.
• Отбраковка штанг не более 10 % по причине протирания муфты – достигнуто.
Ранее в нефтегазовом секторе Республики Казахстан проходили испытания втулки-центратора 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 имеющимся данным, идет подготовка процесса локализации производства втулок-центраторов на территории Республики Казахстан предприятием АО «Тыныс», тем самым расширяется партнерская и научная деятельность ООО «РЕАМ-РТИ» в Центральной Азии.
Подробнее о втулках-центраторах – на сайте www.ream-rti.ru и по телефону 8-495-149-00-90.
Использованная литература:
http://petrorubber.ru/catalog/vtulki-swab/
https://www.constanta-2.ru/tsentratory-shsnu
