Введение к работе
Актуальность темы исследований. Более 95% нефти в России добывается из механизированных скважин, оборудованных насосными установками. Важной задачей нефтедобывающей отрасли является обеспечение работы скважинного оборудования с высокими эксплуатационными показателями. Одним из направлений решения данной задачи является повышение эффективности эксплуатации добывающих скважин электроцентробежными насосами (ЭЦН), которое достигается оптимальным выбором ЭЦН для скважин с обоснованием технологических и энергетических показателей их работы в заданных условиях.
В настоящее время на месторождениях Верхнего Прикамья более 90% добывающих скважин эксплуатируется с помощью ЭЦН, при этом немногим более 15% скважин оснащены скважинными глубинными приборами для измерения давления и температуры. В результате по основному фонду скважин отсутствует достоверная информация о термодинамических условиях работы насосов, которая необходима для анализа и оптимизации показателей их эксплуатации. Математическое описание процессов газожидкостного потока в системе «скважина - насос» довольно сложно и требует больших затрат времени и ресурсов. Одним из возможных вариантов может быть создание корреляций, основанных на анализе глубинных и устьевых исследований скважин, оборудованных манометрами или системами телеметрии ниже уровня подвески ЭЦН, для оценки фактических показателей их работы. Полученные на основе анализа промысловых данных аналитические зависимости могут быть использованы при оптимизации выбора ЭЦН для скважин в заданных условиях и анализе показателей работы насосов.
Одним из осложняющих факторов при эксплуатации скважин ЭЦН является наличие свободного газа в откачиваемой жидкости, влияние которого на работу насосов при низких пено-образующих свойствах нефти усиливается. Приближенно это влияние может быть учтено на основе данных, полученных при экспериментальных стендовых исследованиях отдельных ступеней или секций насосов в лабораторных условиях. При этом сложно или практически невозможно моделировать в полном
объеме условия в скважине - свойства, структуру и термодинамические характеристики газожидкостного потока у приема насоса. Фактические показатели работы ЭЦН (развиваемый напор, коэффициент полезного действия) можно получить по данным измерений, выполненных в работающей скважине - с определением производительности (подачи), давлений у приема и на выкиде насоса, а также токовых измерений.
Большой вклад в развитие научных исследований и повышение эффективности эксплуатации скважин электроцентробежными насосами внесли А.А. Богданов, О.Г. Гафуров, В.Р. Да-рищев, А.Н. Дроздов, В.Н. Ивановский, Г.З. Ибрагимов, В.И. Игревский, Г.Н. Кнышенко, P.P. Камалов, П.Д Ляпков, В.П. Максимов, М.Г. Минигазимов, Ю.С. Миронов, И.Т. Мищенко, И.М. Муравьев, Н.Р. Рабинович, В.А. Сахаров, К.Р. Уразаков, А.Г. Шарипов, К. Aziz, A.R. Hasan, C.S. Kabir, J.N. Mc. Coy, R. Pessoa, A.L. Podio и др.
Целью диссертационной работы является повышение эффективности эксплуатации добывающих скважин погружными электроцентробежными насосами в условиях откачки маловязких низкопенистых газированных нефтей.
Идея работы заключается в оптимизации выбора для добывающих скважин погружных электроцентробежных насосов и их режимных параметров с учетом полученных эмпирических зависимостей, позволяющих оценивать технологические и энергетические показатели работы насосов при откачке маловязких низкопенистых газированных нефтей.
Задачи исследований:
-
Выполнить обзор и анализ известных способов определения технологических и энергетических показателей работы насосов при откачке газожидкостных смесей из добывающих скважин.
-
Исследовать влияние условий эксплуатации добывающих скважин нефтяных месторождений Верхнего Прикамья на рабочие характеристики электроцентробежных насосов.
-
Исследовать пенообразующие свойства нефтей Верхнего Прикамья, влияющие на процессы в затрубном пространстве добывающих скважин и на показатели работы электроцентробежных насосов.
-
Получить зависимости для оценки давления у приема скважинных насосов, основанные на анализе показателей работы добывающих скважин с ЭЦН, откачивающих маловязкую низкопенистую газированную нефть.
-
Исследовать напорно-расходные и КПД-характеристики электроцентробежных насосов при откачке маловязких низкопенистых газированных нефтей по промысловым данным;
-
Оптимизировать выбор электроцентробежных насосов для скважин с учетом технологических и энергетических показателей их работы при откачке маловязких низкопенистых газированных нефтей, полученных на основе анализа промысловых данных.
Методика исследований включала в себя обобщение промысловых данных по эксплуатации электроцентробежных насосов в скважинах, лабораторные исследования по определению пенообразующих свойств маловязких нефтей, обработку данных промысловых исследований скважин с определением давления у приема насосов, а также статистический анализ и оценку достоверности результатов проведенных исследований.
Научная новизна работы:
-
Установлена зависимость относительной плотности газожидкостной смеси в затрубном пространстве добывающих скважин от глубины погружения электроцентробежных насосов под динамический уровень при откачке маловязких низкопенистых газированных нефтей.
-
Получены зависимости технологических и энергетических характеристик работы электроцентробежных насосов на маловязких низкопенистых газированных нефтях от параметров газожидкостного потока на их приеме.
Защищаемое научное положение:
Использование зависимости относительной плотности газожидкостной смеси в затрубном пространстве от глубины погружения насосов под динамический уровень и зависимостей технологических и энергетических характеристик насосов от параметров газожидкостного потока позволяет оптимизировать выбор ЭЦН и повысить эффективность их эксплуатации в добывающих скважинах при откачке маловязких низкопенистых газированных нефтей.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций определяется современным уровнем теоретических и лабораторных исследований и подтверждается достаточной воспроизводимостью полученных результатов промысловых исследований, выполненных с использованием современного оборудования и компьютерных технологий.
Практическая значимость работы сформулирована следующим образом:
-
Предложена и обоснована методика определения давления у приема ЭЦН по данным промысловых исследований скважин при откачке маловязкой низкопенистой газированной нефти.
-
Полученные статистические зависимости для определения давления у приема ЭЦН повышают качество принимаемых решений при выборе насосного оборудования для скважин Верхнего Прикамья.
-
Предложена и апробирована методика определения технологических и энергетических показателей работы ЭЦН при откачке маловязких низкопенистых газированных нефтей с учетом изменения удельного газосодержания у приема насоса, основанный на промысловых данных и позволяющий оптимизировать выбор насосов для добывающих скважинах нефтяных месторождений Верхнего Прикамья.
-
Материалы исследований используются при чтении лекций по дисциплинам «Эксплуатация нефтяных и газовых скважин» в ПНИПУ.
-
Результаты работы использованы при выполнении научно-исследовательских работ по Государственным контрактам № 14.740.11.0746 от 12.10.2010 г., №14.740.11.1090/705 от 24.05.2011 г. и№ 14.740.11.1280 от 17.06.2011 г.
Апробация работы. Основные положения и результаты выполненной диссертационной работы, выводы и рекомендации докладывались на научных семинарах кафедры разработки нефтяных и газовых месторождений Пермского национального исследовательского политехнического университета (2010-2012 гг.); Всероссийской научно-технической конференции «Нефтегазовое и горное дело» (г. Пермь, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, в 2010-2012 г.); Конференции молодых ученых и специалистов ООО «ЛУКОЙЛ-
Инжиниринг» (г. Москва, май 2011 г., г. Пермь, апрель 2013 г.); IV Международной научно-практической конференции молодых ученых «Актуальные проблемы науки и техники-2011» (г. Уфа, ноябрь 2011 г.); Международной научно-практической конференции «Современные направления теоретических и прикладных исследовании" '2012» (г. Одесса, 20-31 марта 2012 г.); Международном форуме-конкурсе молодых учёных «Проблемы недропользования» (г. Санкт-Петербург, Национальный минерально-сырьевой университет «Горный» в 2011-2012 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 научных работ, в том числе 9 статей в изданиях, входящих в перечень ВАК Минобрнауки России.
Структура и объём диссертационной работы. Диссертационная работа изложена на 120 страницах машинописного текста, состоит из введения, четырех глав, списка литературы, включающего 98 наименований. Включает 47 рисунка и 31 таблицу.
