Повышение эффективности работы скважин, оборудованных УЭЦН на Южно-Покачевском месторождении

Контроль за технологическими параметрами  работы нефтяных скважин производится с целью решения одних из основных задач — учета добываемых объемов  нефти, воды, газа и закачиваемой в  продуктивные пласты воды.

С этой целью делают анализ закачиваемой воды и содержание процента обводненности  в добываемой продукции.

Контроль за энергетическим состоянием объектов разработки и гидродинамическими параметрами пласта производится для  изучения динамики пластового и забойного  давления в зонах отбора, закачки, коэффициентов продуктивности и  приемистости скважин, гидропроводности и пьезопроводности пласта с целью  получения информации, необходимой  для регулирования процесса разработки.

3. ТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

3.1. Конструкция скважины

Конструкция скважины на месторождении:

- направление - интервал установки по стволу от 0 до 45 метров, наружный диаметр колонны 324 мм;

- кондуктор - интервал установки  по стволу от 0 до 1025 метров, наружный диаметр колонны 245 мм, цементирование колонны до устья;

- эксплуатационная колонна - интервал установки по стволу до пробуренного забоя, наружный диаметр колонны 146 или 168 мм, испытание    обсадной колонны на герметичность проводится давлением 15 МПа.

Рисунок 3.1. Конструкция скважины

1 - Направление - 30м  Ø-324мм

2 - Кондуктор до 450 м., Ø-245мм

3 - Эксплуатационная колонна-до проектной глубины, т.е. ниже подошвы продуктивного пласта Ø-146 или 168 мм. 
3.2. Конструкция и принцип действия УЭЦН

Установка скважинных центробежных электронасосов (УЭЦН) в модульном исполнении предназначена  для откачки пластовой жидкости (смеси нефти, попутной воды и нефтяного  газа) из нефтяных скважин.

Установка скважинных центробежных насосов в модульном исполнении (Рисунок 3.2) состоит из погружного насосного агрегата, кабельной линии 12 и наземного оборудования: станции управления 13 и трансформатора 14.

Насосный агрегат включает в  себя погружной центробежный модульный  насос 5, электродвигатель унифицированный  ПЭД и гидрозащиту. Гидрозащита  состоит из компенсатора 2 и протектора 4.

Насосный агрегат в собранном  виде спускается в скважину на колонне  НКТ 9, которая подвешивается с  помощью устьевого оборудования 11, устанавливаемого на колонной головке  эксплуатационной колонны 1. Электроэнергия от промысловой сети через трансформатор  и станцию управления по кабелю, прикрепленному  к  наружной  поверхности  НКТ крепежными поясами 8, подается на двигатель, с ротором которого связан вал электроцентробежного насоса (ЭЦН). ЭЦН подает жидкость по НКТ  на поверхность. Выше насоса установлен обратный шаровой клапан 6, облегчающий  пуск установки после ее простоя, а над обратным клапаном - сливной  клапан 7 для слива жидкости из НКТ  при их подъеме.

Установки ЭЦН выпускают в двух исполнениях: обычная, обозначение  УЭЦНМ и коррозионно-стойкая - УЭЦНМК. В установках коррозионно-стойкого исполнения для изготовления основных деталей (вал, рабочие колеса, направляющие аппараты) применены материалы, устойчивые к коррозионному действию пластовой  жидкости.

Обозначение установки состоит  из букв и цифр. Буквы УЭЦНМ означают: У - установка, Э - привод от погружного двигателя, Ц - центробежный, Н - насос, М - модульный. Цифры стоящие после  букв обозначают группу насосов, подачу и напор. Например в обозначении УЭЦНМ5-125-1200, 5 - группа насоса, 125 - подача (м³/сут), 1200 - напор (м).

 

Рисунок 3.2 Скважина оборудованная  УЭЦН

Насосы в зависимости от поперечного  габарита изготовляются трех групп: 5, 5А и 6. Группа условно определяет минимальный внутренний диаметр  эксплуатационной колонны: группа 5 - 123,7 мм, группа 5А - 130 мм, группа 6 - 148,3 мм.

Жидкость, откачиваемая УЭЦНМ и  УЭЦНМК, имеет следующую характеристику:

• максимальная кинематическая вязкость однофазной жидкости, при которой обеспечивается работа насоса без изменения напора и КПД - 1мм²/с;
• водородный показатель попутной воды - 6-8,5;
• максимальная массовая концентрация твердых частиц - не более 0,1г/л;
• микротвердость частиц по Моссу - не более 5 баллов;
• максимальное содержание попутной воды - не более 99%;
• максимальное содержание свободного газа у основания двигателя, % (по объему) - 25%;
• максимальная концентрация сероводорода, г/л:
• для установок обычного исполнения - 0,01;
• для установок коррозионно-стойкого исполнения - 1,25;
• температура перекачиваемой жидкости - не более 90 °С.

Параметры насосов: подача, напор, потребляемая мощность, КПД соответствуют работе модуль-секции на воде плотностью 1000 кг/м³ с номинальной подачей. Номинальная частота вращения вала секций - 2910 об/мин. Направление вращения вала - по часовой стрелке.

Принцип действия центробежного насоса основан на силовом взаимодействии лопасти насоса с обтекающим её потоком  жидкости, при этом в межлопастных каналах рабочего колеса посредством  лопастей жидкость раз гоняется и  её скорость и, следовательно, кинетическая энергия увеличивается, а в отводе (на выходе насоса) тормозится, преодолевая  давление, действующее навстречу  потоку жидкости. Направление потока жидкости в области лопастей радиальное и вследствие действия центробежных сил вокруг оси     вращения     происходит     понижение     давления,     благодаря     чему обеспечивается постоянный приток жидкости из подводящего патрубка.

В многоступенчатых центробежных насосах  на общем валу устанавливается несколько  рабочих колёс. Поток жидкости перетекает от одного  рабочего  колеса  к  другому,  при  этом  происходит постепенное увеличение её кинетической энергии в направлении от подвода  к отводу. Переток жидкости между рабочими колёсами обеспечивается при помощи направляющих аппаратов (лопаточных отводов), которые состоят из нескольких каналов со спиральными и диффузорными участками. Направляющие аппараты закреплены неподвижно в корпусе насоса. Рабочее колесо и направляющий аппарат составляют одну ступень насоса. Общий напор насоса складывается из напоров каждой ступени. Изменяя количество ступеней можно изменять напор насоса.

В УЭЦНМ насос может состоять из одной или нескольких модуль -секций, каждая из которых имеет определённое число ступеней. Изменение напора достигается изменением количества и состава модулей - секций. Так  как электроцентробежный насос  имеет малый диаметр, и рабочее  колесо малого диаметра развивает сравнительно небольшой напор, то для достижения необходимого напора приходится использовать большое количество ступеней, которое  может достигать 424 (ЭЦНМ5-80-2000).

В процессе эксплуатации погружные  электронасосы требуют периодического ухода и постоянного наблюдения за ними. Устройство станции управления позволяет контролировать его работу на заданном режиме. Наблюдение за работой  погружного агрегата состоит в следующем:

1. Замер подачи насоса не реже 1 раза в неделю.
2. Замер напряжения и силы тока электродвигателя при спуске установки, а также еженедельно.
3. Подбор ответвлений трансформатора (автотрансформатора)    для установки минимального тока, потребляемого двигателем.
4. Подъем агрегата при снижении сопротивления изоляции до 0,05 МОм и ниже.
5. Подъем агрегата при отключении устройства контроля за изоляцией (УКИ) после предварительного замера мегомметром сопротивления изоляции системы кабель – двигатель.
6. Повторный спуск при отключении установки только после измерения сопротивления изоляции системы кабель - двигатель.
7. Периодическая очистка аппаратуры станции управления от пыли и грязи, подтягивание ослабевших и зачистка подгоревших контактов, проверка затяжки болтов на вводе, выводе и перемычках трансформатора или автотрансформатора (обесточенных).
8. Устранение    всех    других    неисправностей    аппаратуры    согласно инструкции по эксплуатации.

В процессе эксплуатации при включении  установки в работу после двух пусков необходима проверка сопротивления  изоляции системы кабель - дви-гатель.

При невозможности ликвидировать  неполадки установки в процессе эксплуатации необходимо поднять погружной  агрегат в соответствии с инструкцией  по ее демонтажу.

3.3. Погружные электроцентробежные насосы

В настоящее время полезная мощность ЭЦН составляет от 14 до 120 кВт против 40 кВт у штанговых насосов. Промышленностью  выпускаются насосы для отбора до 1000 мЗ/сут жидкости при напоре 900 м (табл. 4.1 и 4.2). Содержание в добываемой жидкости сероводорода до 0,01 г/л, для  установок коррозионно-стойкого исполнения - 1,25 г/л; максимальное содержание попутной воды - 99%, свободного газа на входе в  насос не более 25% (по объему), а для  установок с модулями-газосепараторами - 55%. Максимальное содержание твердых  частиц - 0,1 г/л, а для насосов в  износостойком исполнении - до 5 г/л.

Шифр: ЭЦН-5А-360-600 - электроцентробежный  насос для обсадной колонны 5" (диаметром 146 мм) подача 360 м^З/сут, напор - 600 м водяного столба (ρ=1000 кг/мЗ). Диаметры эксплуатационных колонн в обозначении группы ЭЦН соответствуют:

5-обсадная колонна диаметром  140 мм с внутренним диаметром  121,7мм;

5А-обсадная колонна диаметром  146 мм с внутренним диаметром  130мм; 6 и 6А - обсадная колонна диаметром 168 мм с внутренним диаметром 
144,3 мм и 148,3 мм соответственно.

В соответствии с группами ЭЦН диаметры корпусов насосов составляют 92 мм, 103 мм, 114 мм и 137 мм. Внутренний диаметр корпусов насосов соответственно равен 80 мм, 90 мм, 100 мм и 120 мм.

В последнее время промышленностью освоен выпуск насосов в модульном исполнении, что позволяет более точно подобрать насос для широкого диапазона параметров скважин. В этом случае в обозначение насоса вводится буква «М». Предусмотрено изготовление 55 типоразмеров ЭЦНМ (Таблица 3.1).

Таблица 3.1

Характеристики погружных центробежных насосов

Шифр насоса	Номинальные		Рабочая область		КПД %	число ступеней	масса, кг
	подача, м3/сут	напор, м	подача, м3/сут	напор, м
ЭЦНИ5 - 40 - 850	40	940	25-70	960 - 690	37,8	191	185
ЭЦН5 - 40 - 1400		1475		1510-1100	38,0	229	313
ЭЦНИ5 - 40 - 950		860		890 - 650	38,0	174	170
ЭЦН5 - 80 - 850	80	850	60-115	910 - 490	49,8	195	205
ЭЦН5 – 80 - 1200		1195		1280 - 695	48,0	273	286
ЭЦНИ5 - 80 - 1550		1500		1520-1100		332	312
ЭЦН5 - 130 - 600	130	675	85 -160	765 - 500	40,0	164	190
ЭЦН5 - 130 – 1200		1160		1320 - 860		282	318
ЭЦНИ5 - 130 -1200		1165		1300 - 830		260	280
ЭЦНИ5А-100-1350	100	1300	80-180	1360 - 800	49,0	248	288

 

 

 

 

 

 

 

Продолжение таблицы 3.1

ЭЦН5А-160 - 1100	160	1080	125-205	1225 - 710	57,5	226	313
ЗЦН5А-160 - 1400		1400		1520-1000	50,0	275	355
ЭЦН5А - 250 - 800	250	800	190-330	900 - 490	59,5	160	375
ЭЦН5А- 250 - 1000		1010	190-350	1110 625		187	432
ЭЦН5А - 360 - 600	360	570	290 - 430	670 - 440	59,3	150	360
ЭЦН5А - 360 - 700		660		760- 500		162	386
ЭЦН5А - 360 - 850		850		950 - 680		186	456
ЭЦН6 - 100 - 900	100	865	75 - 145	940 - 560	48,0	125	220
ЭЦНИ6 - 100 - 900		900	75 - 140	995 - 610	51,2	123	195
ЭЦН6 - 100 - 1500		1480	80-165	1580 - 780	41,1	212	335
ЭЦНИ6 - 100 -1500		1460	75 - 140	1560 - 950	51,3	192	300
ЭЦН6 – 160 - 850	160	855	130-185	930 - 750	56,5	125	198
ЭЦНИ6 - 160 -750		740		830-605	57,0	109	182
ЭЦН6 - 160 - 1100		1150		1260 - 980	56,5	177	275
ЭЦНИ6 - 160-1100		1060		1195 - 875	57,8	158	242
ЭЦН6 - 160 - 1450		1580		1740 - 1380	56,5	247	382
ЭЦНИ6 - 160 - 1450		1385		1550 - 1140	57,8	222	338
ЭЦН6 - 250 - 800	250	785	200-330	850 - 550	62,0	125	240
ЭЦНИ6 - 250 - 800		850	190-320	920- 615	61,0	133	238
ЭЦН6 - 250 - 1050		1140	200-330	1230 - 820	62,0	183	386
ЭЦНИ6 - 250-1050		1080	190-320	1175 - 815	61,0	170	333
ЭЦН6 - 250 - 1400		1385	200-330	1490 - 960	62,0	229	424
ЭЦН6 - 350 – 650	350	620	280-440	685 - 400	64,0	90	280
ЭЦН6 - 350 – 850		840	280-440	925- 510	64,0	125	390
ЭЦНИ6 - 350-850		850	230-430	1000 - 530	49,6	149	371
ЭЦНИ6 - 350-1100		1000	260-430	1170 - 710	61,5	154	455
ЭЦН6 - 500 - 450	500	445	350-680	530 - 260	62,5	84	286
ЭЦНИ6 - 500 - 450		415	300-600	558 - 328	50,0	93	250