Методика расчета динамических нагрузок в плунжерных глубинных насосах для добычи нефти

Abstract

Актуальность. Плунжерные установки, в частности штанговые и бесштанговые плунжерные установки с наземным и погружным приводом, получили широкое распространение в нефтяной промышленности при добыче высоковязкой эмульсии из малодебитных скважин. Основное преимущество таких установок заключается в возможности работы в условиях высоковязких эмульсий при значениях вязкости до 200-300 сПз. Однако существуют особенности эксплуатации плунжерных установок, приводящие к некоторым осложнениям. Наиболее распространенное осложнение - высокое значение устьевого давления, при котором наблюдаются повышенные динамические нагрузки на узлы насоса и привода. Качественное и точное определение значения устьевого давления в зависимости от параметров скважины и установки поспособствует более эффективному проектированию, эксплуатации и оцениванию надежности плунжерных установок. Известные исследования и методики определения устьевого давления имеют ограничения, связанные с однофакторностью влияния некоторого параметра на значения устьевого давления. Такой подход не дает возможности учесть единовременное влияние нескольких параметров. Цель: разработка методики расчета, позволяющей учесть комплексное влияние параметров работы скважины на значение устьевого давления и динамических нагрузок на штанги плунжерных установок. Объекты: фонд скважин, оборудованных установками скважинных штанговых насосов. Методы: статистический и регрессионный анализ фонда скважин, оборудованных установками скважинных штанговых насосов, разработка нейронной сети. Результаты. Проведено исследование фонда скважин, оборудованных установками скважинных штанговых насосов, технологический режим которых предоставлен одной из компаний Приволжского федерального округа, в качестве примера на основании указанного фонда установлены факторы, влияющие на значение устьевого давления, и разработана методика по его прогнозированию. Предложен метод для отбраковки данных с широким разбросом значений при проведении анализа факторов, влияющих на устьевое давление, заключающийся в исключении значений вязкости жидкости, не ложащихся на «горбовую» характеристику функции «вязкость жидкости -обводненность». Разработана методика расчета, базирующаяся на регрессионных зависимостях и нейронной сети, позволяющая более точно спрогнозировать значение нагрузок на штанги насоса

Relevance. Plunger units, in particular rod and rodless ones with surface and submerged drive, are widely used in the oil industry for extraction of high-viscosity emulsion from marginal wells. The main advantage of such units is the possibility to operate in conditions of highly viscous emulsions with viscosity values up to 200-300 cPs. However, there are peculiarities of plunger unit operation, which lead to some complications. One of the most widespread complications is high wellhead pressure, which leads to increased dynamic loads on pump and drive units. Qualitative and precise definition of wellhead pressure value depending on well and unit parameters will contribute to more effective design, operation and evaluation of plunger unit reliability. Known studies and methods of wellhead pressure determination have limitations related to single-factor influence of some parameter on wellhead pressure values. This approach is not suitable for taking into account the simultaneous influence of several parameters. Aim. Development of calculation methodology, which allows taking into account complex influence of well operation parameters on wellhead pressure value and dynamic loads on plunger rods. Objects. Fund of wells equipped with borehole rod pump units. Methods. Statistical and regression analysis of the stock of wells equipped with downhole rod pumping units, development of a neural network. Results. A stock of wells equipped with downhole sucker-rod pumps, the technological mode of which is provided by one of the companies of Privolzhsky federal district, was investigated as an example, on the basis of the specified stock the factors influencing the value of wellhead pressure were established and the technique on its forecasting was developed. The authors have proposed the method for discarding the data with a wide range of values when analyzing the factors affecting the wellhead pressure. The method consists in excluding the values of fluid viscosity not lying on the "hump" characteristic of the function "fluid viscosity - watercut". The authors developed the calculation method based on regression dependences and neural network. It allows forecasting more accurately the value of loads on the pump rods