Анализу работы установок "Тандем" в скважинах Покамасовского месторождения

      В настоящее время основной прирост  добычи нефти в стране идет за счет восточных и северных районов, характеризующихся  сложными природно-климатическими условиями. Совершенно естественно, что при этом существенно повышаются требования к надежности погружного оборудования для эксплуатации добывающих скважин, к увеличению его межремонтного периода. Кроме того, погружное оборудование должно работать в области повышенных температур, в условиях откачки жидкостей с высоким содержанием свободного газа, а зачастую и механических примесей, откачивать из скважин вязкую и сверхвысоковязкую жидкость. Использовать в этих условиях существующее оборудование не всегда представляется возможным.

      При  разработке конструкции установки "ЭЦН-СН" исходили из следующих  основных требований:

1. Возможность увеличения отбора продукции из добывающих скважин.
2. Максимальное использование сепарирующегося на приеме насоса свободного газа для подъема жидкости из скважины.
3. Повышение КПД установки за счет исключения трубопровода для силовой жидкости (снижение гидравлических потерь).
4. Упрощение конструкции установки со струйным насосом, повышение надежности ее работы и снижение металлоемкости (исключается вариант двухрядного подъемника или отпадает необходимость использования пакера, отпадает необходимость специальной подготовки рабочей жидкости и обслуживания всего поверхностного оборудования.

      Указанным требованиям отвечают установки ''ЭЦН-СН '', схема которых представлена на рис.5.1.  

      

        

      Рис.5.1. Принципиальные схемы установок "ЭЦН-СН":

      а - без диффузора с воронкой для сепарирующегося газа и обратным клапаном; б - с камерон смешения и диффузором; I - установка ЭЦН; 2 - камера НКТ;       3 - муфта; 4 - сопло; 5 - приемная камера; 6 -камера смешения; 7 - диффузор;     8 - обратный клапан; 9 – воронка

      Ю. А. Цепляевым доказано, что по энергетическим характеристикам установка "ЭЦН-СН" может не уступать УЭЦН. В ряде случаев КПД установки "ЭЦН-СН" может быть даже выше, чем КПД только УЭЦН. Это принципиально важное положение связано с тем, что повышается гидравлический КПД установки за счет устранения гидравлических потерь при транспорте жидкости с поверхности (от силового поверхностного привода), а также за счет более полного и эффективного использования в процессе подъема жидкости природной энергии свободного газа, как проходящего через насос, так и сепарирующегося у приема насоса (объемы сепарирующегося у приема насоса газа иногда могут быть значительными), ликвидации нестабильного состояния раствора при прохождении через струйный насос и создания мелкодисперсной эмульсионной структуры газожидкостной смеси в камере смешения. Добавка определенного количества поверхностно-активных веществ (через затрубное пространство) в этом случае позволяет сохранить эмульсионную структуру газожидкостного потока на всей длине подъемника и существенно повысить КПД процесса подъема смеси. Кроме того, КПД установки "ЭЦН-СН" может быть повышен за счет работы ЭЦН на оптимальном режиме (максимальный КПД насоса), если при расчете расход рабочей жидкости для струйного насоса принят равным подаче ЭЦН на оптимальном режиме. В данном случае струйный насос используется и как средство регулирования работы УЭЦН.

      Отличительной особенностью установки на рис.5.1а является то, что струйный аппарат выполнен без диффузора, а роль камеры смешения играет сам подъемник (колонна насосно-компрессорных труб). Преимуществом этой схемы является наличие обратного клапана, предотвращающего слив жидкости из подъемника при кратковременных отключениях установки установки ЭЦН, что благоприятно сказывается на пусковом режиме погружной установки при последующих включениях ее.

5. СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

      5.1. Насосно-эжекторная система и технология "Тандем"

      5.1.1. Устройство и применение

 

      Технология "Тандем" предназначена для  повышения надежности и эффективности работы системы "УЭЦН-скважина-пласт". Для ее реализации в состав установки погружного центробежного насоса включаются модуль насосный газосепаратор МН-ГСЛ5 и струйный насос   СН-73, в приемной камере которого имеется обратный клапан. Компоновка установки представлена на рис.5.2. Система "Тандем" позволяет расширить диапазоны подач УЭЦН в достаточно широких пределах, привести работу насоса к оптимальному режиму, повышать устойчивость работы насоса в режимах подач менее оптимального режима.

      5.1.2. Устройство и принцип действия

 

      Устройство  для подъема газированной жидкости из скважины (рис.4.2) содержит установленные на насосно-компрессорных трубах 1 погружной насос 2, нагнетательный патрубок 3 которого подключен к активному рабочему соплу 4 струйного аппарата с приемной камерой 5, камерой смешения 6 с диффузором 7, сепаратор 8 с входным окном 9, каналами 10 отвода газообразной среды, сообщенными с приемной камерой 5 и входным жидкостным патрубком 11, подключенным к всасывающему патрубку насоса 2. С целью повышения надежности работы за счет предотвращения затрубного фонтанирования скважин, каналы 10 отвода газообразной среды сепаратора 8 и приемная камера 5 струйного аппарата сообщены с затрубным пространством скважин, при этом сепаратор 8 выполнен центробежного типа.

      Приемная  камера 5 струйного аппарата снабжена обратным клапаном.

      Устройство  содержит также двигатель 13 (с протектором и компенсатором), кабель 14 и спускается в обсадную колонну скважин 15. 

        
 

      Рис. 5.2.Схема установки «Тандем» 

      При работе устройства газированная жидкость из скважины поступает в кольцевое пространство вокруг устройства. Часть жидкости через входное окно 9 поступает в центробежный сепаратор 8. Отсепарированный газ через каналы 10 отвода газообразной среды поступает в кольцевое пространство, а жидкость через жидкостной патрубок 11 – во всасывающий патрубок насоса 2. Другая часть газированной жидкости. Минуя сепаратор 8 и насос 2, поступает по затрубному пространству в приемную камеру 5 струйного аппарата через обратный клапан 6. При этом туда же поступает отсепарированный сепаратором  8 газ. Жидкость, нагнетаемая насосом 2 поступает по нагнетательному патрубку 3 в активное сопло 4 и, истекая из него, увлекает из приемной камеры 5 перекачиваемую газированную жидкость в камеру смешения 6. Из камеры смешения 6 смесь сред поступает в диффузор и далее по НКТ  1 на поверхность.

      5.1.3. Характеристика системы

 

      Сопоставление характеристик серийного ЭЦН  и погружной насосно- эжекторной системы "Тандем" в координатах  подача Q - давление Р представлено на рис 5.3.

      Вид рабочей характеристики ЭЦН широко известен и коментариев не требует. При снабжении системы струйным аппаратом характеристика системы меняется, и на новой характеристике можно выделить две области: левую и правую. Если погружная насосно-эжекторная система работает в левой области характеристики при высоких значениях развиваемого давления Р, струйный аппарат выполняет роль забойного штуцера, а дебит скважины равен подаче ЭЦН. При небольших значениях Р насосно- эжекторная система эксплуатируется в правой части характеристики, а дебит скважины складывается из подачи ЭЦН  Q и подачи струйного аппарата  Q . При рациональном проектировании геометрии проточной части эжектора можно добиться того, что граница между левой и правой областями характеристики системы "Тандем" будет соответствовать подаче ЭЦН в оптимальном режиме Q . В этом случае при работе системы в право части характеристики режим эксплуатации ЭЦН будет неизменным и соответствующим оптимальному, а все изменения подачи при различных противодавлениях Р возьмет на себя струйный аппарат.

        

      Рис. 5.3. Характеристики ЭЦН и системы «Тандем» 

      Дополнительным  преимуществом при работе в правой части характеристики установки "Тандем" является улучшение условий охлаждения погружного электродвигателя и кабельного удлинителя в следствие повышения общего дебита системы по сравнению с подачей ЭЦН.

      Погружная насосно-эжекторная система, таким  образом, является в левой части  характеристики высоконапорной низкодебитной  установкой, а в правой – высокопроизводительной низконапорной системой, причем в этом случае погружной центробежный насос работает в оптимальном режиме вне зависимости от колебаний противодавления.

      Такая форма характеристики позволяет  системе подстраиваться к изменяющимся в широком диапазоне режимов работы добывающих скважин, а также успешно проходить этап освоения скважин после глушения при подземных ремонтах.

      5.1.4. Технология вывода на режим

 

      Технология  вывода на режим трудно осваиваемых  скважин с помощью установки "Тандем" следующая. При высоком статическом уровне ЭНЦ является насосом, обеспечивающим работу струйного аппарата, который обеспечивает высокую подачу жидкости, "посасывая" ее из своей приемной камеры за счет эффекта эжекции. Таким образом, за короткий срок создается высокая депрессия на призабойную зону скважины. Если приток из пласта все еще недостаточен для стабилизации динамического уровня, то, после его дальнейшего падения, происходит закрывание обратного клапана в приемной камере струйного насоса. После этого он начинает работать как забойный штуцер (диаметр сопла несколько миллиметров), ограничивая подачу установки и снижая тем самым скорость падения уровня.                     

      В большинстве случаев нет необходимости  отключать установку, опасаясь срыва подачи, и, продолжая работать, она длительное время поддерживает депрессию, что способствует появлению притока. В случае достаточной очистки призабойной зоны приток улучшается, динамический уровень поднимается, и установка "Тандем" снова подает жидкость за счет действия струйного аппарата.

      Таким образом, установка "Тандем" автоматически  адаптирует режимы работы оборудования под изменение внешних условий (изменение пластового давления, газового фактора скважин, обводненности  и др.); оптимизирует и стабилизирует работу ЭЦН, в том числе в области малых подач насоса; повышает наработку УЭЦН на отказ, ускоряет вывод скважины на режим после глушения и облегчает работу УЭЦН в этот период.

      Также технология позволяет обеспечить отбор  жидкости из скважины при отсутствии необходимых типоразмеров ЭЦН, эффективно использовать отсепарированный свободный газ для подачи жидкости из скважины, увеличить коэффициент продуктивности скважины путем очистки призабойной зоны скважины от фильтрата технологической жидкости и механических примесей за  счет создания больших депрессий.

      5.2. Практика эксплуатации скважин оборудованных серийными УЭЦН

 

      Практика  показывает, что переход скважин  в категорию бездействующих имеет  кроме объективных и субъективные  причины. Существуют определенные закономерности, понять которые нам поможет анализ наработок серийных УЭЦН, на Покамасовском месторождении. В качестве примера можно проанализировать типовую, попавшую в категорию бездействующих скважину № 959 (куст 69).   

      Динамика  наработок серийных УЭЦН в скв.959  убедительно подтверждает крайне отрицательное влияние глушения на проницаемость призабойной зоны пласта и продолжительность безотказной работы установок.

      

      Рис.5.4.Наработки УЭЦН и системы “ТАНДЕМ” в скв.959 

        Так, если первая установка ЭЦН-80-1200, спущенная в скважину на глубину 1431 м, отработала 248 сут. (15.08.88 г.-19.04.89 г.), то вторая ЭЦН-40-1400 (глубина спуска 1520 м) проэксплуатировала 154 сут. Затем в скважине была проведена дополнительная перфорация в кислоте, что сразу же существенно увеличило наработку третьей установки ЭЦН-50-1700 (глубина спуска1850 м) до 508 сут. (1.03.91 г.-6.07.92 г.). После этого наработки УЭЦН резко упали, поскольку перед спуском в скважину четвертой, пятой и шестой установок обработки призабойной зоны не проводили. В результате наработка четвертой установки ЭЦН-50-1700 (глубина спуска 1750 м) составила 10 сут. (9-19.08.92 г.), пятой ЭЦН-50-1700 (глубина спуска 1750 м) – 6 сут. (28.08-2.09.92 г.), а шестой ЭЦН-50-1700 (глубина 1750 м) – 5 сут.(19-24.09.92 г.).

      Продуктивность скв.959 вследствие частых глушений и текущих ремонтов снизилась настолько, что серийные УЭЦН не могли пройти этап освоения скважины и преждевременно выходили из строя.

      Скважина 959 попала в категорию часто ремонтируемых трудновыводимых на режим. В ноябре 1992 г. в ней провели дополнительную перфорацию и поставили цементный мост для изоляции нижнего обводнившегося прослоя. В результате увеличилась наработка седьмой установки ЭЦН-50-1700 (глубина спуска 1830 м) до 385 сут. (19.11.92 г.-1.12.93 г.). Таким образом, для скв.959 наблюдается четкая закономерность: серийные установки ЭЦН могли эксплуатироваться в ней достаточно долго лишь в том случае, если при смене оборудования в скважине проводили ОПЗ. Это увеличивало коэффициент продуктивности и компенсировало вредное влияние глушения. Без ОПЗ серийные установки выходили из строя в процессе вывода скважины на режим.

      После отказа седьмой УЭЦН в конце 1993 г. выполнить ОПЗ в скв.959 не удалось. Поскольку опыт предшествующей эксплуатации убедительно доказал, что без ОПЗ пытаться эксплуатировать скважину серийными УЭЦН бесполезно, смену оборудования отложили на будущее. Скв.959 перешла в категорию бездействующих.

      Такова  была ситуация перед внедрением в  скв.959 технологии “Тандем”.

      5.3. Анализ результатов работы скважин в которых серийные установки заменены на ”Тандем”

 

      Более подробно, в качестве примера, проанализируем рассмотренную ранее скв.959.  

      УстановкаЭЦН-50-1550 с газосепаратором и струйным аппаратом была спущена в скв.959 на глубину 1660 м 31.03.94 г. Обработку призабойной зоны при смене оборудования не проводили.

      Статический уровень в скважине, заглушенной  соленой водой, находился на глубине 114 м. Дебит жидкости уменьшался с 144 м /сут при запуске в 10 ч 30 мин 1.04.94 г. до 38 м /сут через 5,5 ч работы. Динамический уровень за это время снизился до 897 м и продолжал падать, поэтому погружная система была остановлена ручным отключением в 16 ч.

      Второй  запуск проводили 2.04.94 г. в 9 ч. Через 9 ч работы дебит жидкости составил 40 м /сут, а динамический уровень – 856 м, причем снижение уровня с 15 ч 30 мин до 18 ч составило всего 52 м, дебит жидкости практически не изменился. Насосно-эжекторная система была оставлена в работе. На следующее утро в 10 ч 30 мин 3.04.94 г. дебит жидкости снизился до 30 м /сут, а динамический уровень – до 1206 м.

      Таким образом, уровень в скв.959 медленно, но неуклонно снижался и в 12 ч 45 мин  составил уже 1243 м. Ввиду продолжающегося снижения динамического уровня установка была отключена при подаче 28 м /сут в 15 ч промысловым оператором, опасавшимся, что УЭЦН “сгорит”, не выдержав таких режимов работы. Последующее развитие событий однако показало, что подобное опасение применительно к погружной насосно-эжекторной системе “Тандем” совершенно напрасно.