Файл: Выбор оборудования для нефтяных скважин, оборудованных шгн.docx

2.4 ШГН: достоинства, недостатки, сфера применения

ШГН используются для подъема жидких сред из скважин с больших глубин. Это объемные машины, что определяет их свойства — жесткость характеристики, относительно небольшие величины подачи, независимость от подачи давления.

Если говорить подробнее, глубинные штанговые насосы имеют достаточно длинный спектр преимуществ перед другими типами насосных устройств — это:

• 
  высокий КПД;
  
• 
  возможность использования двигателей разного типа;
  
• 
  простота техобслуживания и ремонта, в большинстве случаев обслуживающие и ремонтные работы возможны в полевых условиях. Особенно просты в обслуживании и ремонте вставные штанговые насосы, гильза и плунжер которых размещаются внутри колонны скважины — извлечь их можно без необходимости демонтажа колонны труб;
  
• 
  возможность обслуживать пескопроявляющие скважины, перекачивать нефть с газовой составляющей и большим количеством нефтяного воска.
  

Не обошлось и без минусов. Глубинные штанговые насосы не могут использоваться в искривленных, горизонтальных скважинах, с осторожностью их применяют в глубоких шахтах — чем более глубокой будет скважина, тем выше риск обрыва штанг.



Сфера применения — откачивание жидких сред из глубоких скважин. ШГН — наиболее востребованное оборудование при откачивании нефти: примерно 70% нефтеносных скважин, действующих сегодня, обслуживаются штанговыми насосами. Остальные 30% эксплуатируются через фонтанный подъем нефти за счет пластовой энергии (фонтанирование может быть естественными из-за давления в пласте или искусственным — за счет закачки жидкости или газа в скважину), или газлифтный подъем (если для подъема жидкости не хватает импульса, в скважину с поверхности закачивают недостающее количество газа).

2.5 Назначение и конструкция насосных штанг

Эксплуатация нефтяных скважин штанговыми насосами – наиболее распространенный способ добычи нефти, охватывающий более 65 % действующего фонда скважин. Современными штанговыми насосными установками можно добывать нефть из одного или двух пластов скважин глубиной до 3500 м., с дебитом жидкости от нескольких кубометров до нескольких сотен кубометров в сутки.

Колонна штанг – один из наиболее ответственных элементов установки, работающей в наиболее напряженных условиях. Прочность и долговечность штанг, как правило, обусловливает подачу, как всей установки, так и максимальную глубину спуска насоса.

---

Обрыв штанг вызывает простои и необходимость подземного ремонта. Разрушение колонны штанг происходит, как правило, либо при разрыве тела штанги, либо при разрушении резьбовых соединений.

Помимо штанг со сплошным сечением, применяют полые штанги для привода скважинного насоса с использованием внутрискважинной депарафинизации, деэмульсации, ингибирования – в этих случаях по внутренней полости штанг подается с поверхности к насосу соответствующий химический реагент.

Кроме того, их используют для отбора продукции при одновременно-раздельной эксплуатации пластов, а также при необходимости подъема пластовой жидкости с повышенной скоростью, например, для предотвращения образования песчаных пробок. За основу анализа была взята штанга для глубинного плунжерного насоса ШН19. Этими штангами в настоящее время оборудовано большинство скважин. Насосные штанги представляют собой стержень круглого поперечного сечения с высаженными концами, на которых располагается участок квадратного сечения и резьба.

Резьба служит для соединения штанг с муфтами, а участок квадратного сечения используется для захвата штанги ключом при свинчивании и развенчивании резьбового соединения. Насосные штанги предназначены для передачи возвратно-поступательного движения плунжеру насоса.



Шифр штанг – ШН-19 обозначает: штанга насосная диаметром 19 мм. Длина 7620 мм.

2.6 Как читать маркировку?

Для того чтобы определить, к какой категории относится глубинный штанговый насос, а также узнать, какими характеристиками обладает такое устройство, достаточно расшифровать его маркировку. Такая маркировка, расшифровка которой не представляет больших сложностей, выглядит следующим образом:

XХХ Х – ХX – ХХ – ХX – Х

Буквы и цифры, присутствующие в такой маркировке, последовательно обозначают следующие параметры:

• 
  тип штангового насоса, который, как уже говорилось выше, может относиться к одной из следующих категорий: HB1, НВ2, НН, HH1, НН2;
  
• 
  тип конструктивного исполнения цилиндра и конструктивные особенности устройства в целом;
  
• 
  условный диаметр плунжера, измеряемый в мм (современные модели штанговых глубинных насосов по данному параметру могут относиться к устройствам следующих категорий: 29, 32, 38, 44, 57, 70, 95 и 102 мм);
  
• 
  максимальный ход, который может совершать плунжер (для того чтобы узнать, на какое расстояние в мм перемещается плунжер, значение в маркировке необходимо разделить на сто);
  
• 
  напор в м вод. ст., который способен обеспечить представленный глубинный насос (это значение в маркировке также необходимо разделить на сто);
  
• 
  группа посадки (по степени увеличения расстояния, имеющегося между плунжером и внутренними стенками цилиндра, рассматриваемые устройства могут соответствовать одной из следующих групп посадки: 0, 1, 2, 3).
  

---

ГЛАВА 3. ВЫБОР ОБОРУДОВАНИИЯ ДЛЯ НЕФТЯНЫХ СКВАЖИН, ОБОРУДОВАННЫХ УСТАНОВКАМИ ШГН

3.1 Компания «Нафтаматика»

Основной миссией компании «Нафтаматика» остается повышение эффективности работы нефтедобывающих компаний за счет использования инновационных технологий, автоматизации добычи нефти и метрологического обеспечения, а также сервиса наилучшего качества по подбору и анализу работы скважинного оборудования, что призвано обеспечить рост прибыли и долгосрочное устойчивое развитие предприятий нефтегазодобывающей отрасли за счет трех основных направлений деятельности.

Первое – это анализ работы нефтяных скважин, подбор и оптимизация наземного и глубинного оборудования.

Второе направление – это производство интеллектуальных станций и контроллерного оборудования.

Третье – пусконаладочные работы, техническое обслуживание, регламентные работы, гарантийное и постгарантийное обслуживание, метрологическое обеспечение и обучение персонала.

Из линейки продукции компания готова предложить спектр оборудования для полной интеллектуализации скважин с ШГН:

• 
  станция управления любого типа и исполнения, с частотным преобразователем или без него;
  
• 
  датчики динамометрирования;
  
• 
  кабельная продукция;
  
• 
  программно-определяемый радиомодем;
  
• 
  симулятор скважины – средство проверки работы интеллектуальных контроллеров без установки на скважину в лабораторных условиях;
  
• 
  система диспетчерского управления NaftaSCADA для сбора данных, анализа и диагностики фонда УШГН.
  

Программно-технический комплекс компании состоит из локального, то есть установленного на скважине оборудования, работающего в автоматическом и ручном режиме, имеющего доступ, подключение к локальному интерфейсу по Wi-Fi модулю. И диспетчерского, удаленного – для хранения, обработки и анализа данных, получаемых с объекта, то есть с локального уровня. При этом поддерживаемый канал передачи данных может быть любого типа, в зависимости от требований заказчика.

Основным показателем при внедрении подобной системы принимается экономический эффект. Среди основных показателей экономической эффективности данной системы можно выделить:

---

• 
  увеличение межремонтного периода, повышение добычи за счет работы в зоне оптимальной депрессии;
  
• 
  снижение простоев;
  
• 
  снижение роли человеческого фактора;
  
• 
  снижение затрат на ремонт и обслуживание оборудования;
  
• 
  экономия электроэнергии до 67% благодаря алгоритму управления преобразователем частоты внутри одного хода УШГН;
  
• 
  автоматический вывод скважины на режим;
  
• 
  снижение затрат на закупку расходомеров.
  
• 
  Из основного функционала контроллера WellSim можно выделить ряд возможностей, таких как:
  
• 
  автономное управление скважиной в ручном и автоматическом режиме;
  
• 
  удаленное управление.
  
• 
  контроль параметров, снятие и анализ динамограмм;
  
• 
  диагностика состояния скважины как автономно, так и удаленно;
  
• 
  защита электродвигателя поверхностного и глубинного оборудования на скважине;
  
• 
  запуск и остановка, плавный разгон, торможение, динамическое регулирование частоты вращения двигателя;
  
• 
  измерение количества добываемой жидкости, давления на приеме насоса;
  
• 
  учет и индикация потребляемой электроэнергии.
  

Если на скважине уже установлена станция управления, ее функционал может быть дополнен системой интеллектуального управления с помощью контроллера WellSim. В России и странах СНГ наиболее нашел свое применение антивандальный корпус, как в цельном исполнении, так и в модульном, внутри которого располагаются все элементы на съемной панели. В странах Запада и Восточной Европы наиболее актуальным считается более компактный вариант исполнения контроллера в пластиковом корпусе с экраном.

«Нафтаматика» поставляет контроллер для станций в любом исполнении и комплектации. Наиболее экономичным решением считается модернизация существующей станции управления. При этом минимальный комплект оборудования будет состоять из непосредственно платы контроллера с адаптером, переходником для проводов, датчика нагрузка межтраверсного, устанавливаемого в межтраверсное пространство подвески ШГН, кабеля и датчика положения.



К основным режимам управления по контрольным параметрам контроллера WellSim можно отнести управление скважиной в автоматическом режиме. В этом случае имеется ряд режимов:

• 
  по степени заполнения насоса,
  
• 
  по давлению на приеме насоса (как расчетная величина, так физическая с ГИК);
  
• 
  по таймеру и по недельному расписанию;
  
• 
  управление скважиной в ручном режиме или с помощью системы телемеханики непосредственно командой от диспетчера;
  
• 
  работа через частотный преобразователь в ручном и автоматическом режиме по соответствующему алгоритму.
  

---

3.2 Основные критерии выбора

1. 
   Методика предназначена для выбора типоразмеров станка-качалки и электродвигателя, диаметра и глубины спуска скважинного штангового насоса, определения конструкции колонны насосных штанг и труб, а также параметров режима откачки для заданного режима эксплуатации скважины.
   
2. 
   Критерием оптимальности при сопоставлении различных вариантов компоновки оборудования является достижение минимума условных приведенных затрат на подъем нефти из скважины, в части, зависящей от типоразмера и режима работы штанговой глубинно-насосной установки (ШГНУ), при обеспечении планового отбора нефти по скважине.
   
3. 
   Проект настоящего руководящего документа разработан согласно "Инструкции о порядке разработки, изложения и утверждения нормативно-технической документации в системе Министерства, нефтяной промышленности’' РД 39-3-С 4-73.
   
4. 
   Методика оптимального подбора разработана в соответствии с отраслевыми требованиями, обоснованными головным институтом.
   

3.3 Принцип действия штангового глубинного насоса

Обычные глубинные насосы по принципу действия относятся к плунжерным насосам простого действия. Исходная ситуация: насос и насосно- компрессорная труба заполнены жидкостью. Плунжер находится в верхней мертвой точке ; нагнетательный клапан закрыт. Нагрузку столба жидкости над насосом принимают на себя насосные штанги. При прекращении потока жидкости снизу через всасывающий клапан данный клапан закрывается под действием силы тяжести. Цилиндр полностью или частично заполнен жидкостью. При погружении плунжера в эту жидкость нагнетательный клапан открывается и вся нагрузка жидкости падает на всасывающий клапан и, следовательно, на НКТ. При дальнейшем ходе плунжера вниз верхняя штанга погружается в столб жидкости, вытесняя соответствующий ее объем, который подается в насосно-компрессорные трубы. В случае применения плунжеров, диаметр которых равен диаметру верхней штанги или меньше его, подача жидкости в трубопровод производится только во время хода плунжера вниз, в то время как при ходе плунжера вверх вновь набирается столб жидкости. Как только плунжер начинает двигаться вверх, плунжерный клапан закрывается; нагрузка жидкости снова передается на насосные штанги, при этом давление на приеме насоса превышает давление в цилиндре, всасывающий клапан открывается в момент отхода плунжера от нижней мертвой точки. Поступление жидкости из пласта в освобожденный от давления цилиндр продолжается, пока ход плунжера вверх не закончится в позиции. Одновременно с поднятием столба жидкости над плунжером происходит всасывание равного количества жидкости. На практике, однако, рабочий цикл насоса обычно сложнее. Работа насоса зависит в значительной мере от размера вредного пространства, содержания газа в жидкости и от вязкости откачиваемой среды. Кроме того, вибрации колонны насосно-компрессорных труб и насосных штанг, возникающие в результате непрерывной перемены нагрузки столба жидкости, и вибрации клапанов также влияют на цикл откачки.

---