Исследование влияния осложняющих факторов на эффективность винтовых штанговых насосов

Abstract

Актуальность. В Российской Федерации наибольшее распространение штанговые винтовые насосные установки получили в Урало-Поволжье и, прежде всего, в Республике Татарстан, поскольку они позволяют добывать пластовую жидкость повышенной вязкости с содержанием механических примесей и газа. Цель исследования: установить влияние осложняющих факторов, таких как наличие механических примесей, повышенная вязкость, обводненность пластовой жидкости, на эффективность эксплуатации установок штанговых винтовых насосов; определить закономерности снижения наработки колонны штанг и эластомера насоса. Объекты. Большинство установок штанговых винтовых насосов эксплуатируются в скважинах, вскрывших пласты башкирского яруса и верейского горизонта. Они отличаются высокой вязкостью нефти и наличием водонефтяной эмульсии. Проведенный анализ химических свойств проб нефти из 188 скважин ОАО «Шешмаойл», ОАО «Кондурчанефть» и ОАО «Иделойл», показал, что средняя вязкость добываемой жидкости составляет 610 мПа с. При этом значительная доля приходится на скважины, добывающие пластовую жидкость вязкостью более 500 мПа с. Методы. Накопленный объем эксплуатационных данных на скважинах башкирского яруса и верейского горизонта, оборудованных штанговыми винтовыми насосными установками, позволяет установить снижение наработки насосных штанг при росте вязкости откачиваемой жидкости, что обусловлено существенным ростом гидравлических сопротивлений вращательному движению колонны штанг. Статистика ремонтов штанговых винтовых установок выявила закономерность степени износа эластомера в зависимости от количества накопленных оборотов ротора, обводнённости продукции, содержания механических примесей в добываемой жидкости, давления насыщения, уровня жидкости в скважине. Результаты. Определены основные осложняющие факторы, снижающие эффективность работы штангового насоса. Установлены основные причины отказов штанговых винтовых насосных установок. Выявлено, что причинами обрывов являются: низкое качеств о изготовления полированных штоков, отклонение штанг от геометрических параметров различной структуры, твердости, химического состава штанг (заводской брак). Обрыв по резьбе штанги или полированных штоков обусловлен недостаточным моментом свинчивания резьбового соединения или изгибом в области головки штанги. Обрывы полированных штоков, происходящие в месте расположения устьевого сальника, связаны с усталостным напряжением. Усталостный излом возникает в результате постоянно действующих деформационных усилий. Основной причиной, вызывающей набухание эластомера, является эксплуатация насоса с давлением на приёме ниже давления насыщения. Данный фактор вызывает насыщение материала эластомера газами, заклинивание ротора в статоре, и, как следствие, обрыв колонны штанг или полированного штока.

Relevance. In the Russian Federation rod screw pumps installations are widely used in the Ural-Volga region and first of all in the Republic of Tatarstan as they allow extracting reservoir liquid of the increased viscosity with the content of mechanical impurity and gas. The main aim of the research is to determine the effect of complicating factors, such as the presence of mechanical impurities, increased viscosity, water cut of formation fluid, on operational efficiency of rod screw pumps; determine the regularities in reducing the operating time of the rod column and the elastomer of the pump. Objects. The main number of rod screw pumps is in wells, which have opened the layers of the Bashkirian stage and the Verean horizon. They are distinguished by high viscosity of oil and presence of water-oil emulsion. The analysis of the chemical properties of oil samples from 188 wells in Sheshmaoyl, Kondurchaneft and Ideoloyl, operated by rod screw pumps, showed that the average viscosity of oil wells is 610 mPas. At the same time, a significant proportion falls on the wells producing reservoir fluid with a viscosity of more than 500 mPass. Methods. The accumulated volume of operational data on Bashkirian and Vereisk horizon wells equipped with rod screw pumps allows determining the operating time of the rod pumps reduction with an increase in viscosity of the fluid caused by a significant growth in hydraulic resistance to rotary motion of the rod string. The carried out statistical analysis of the rod screw pumps repair determined the regularity of wearout degree of the elastomer depending on a number of accumulated rotor speed, water content, content of mechanical impurities in the produced fluid, saturation pressure, fluid level in the well and with favorable conditions. Results. We defined the main complicating factors which influence the efficiency of rod pump operation. The analysis of the rod screw pumps repair causes shown that low quality of polished rods produced by the manufacturer, rod deviation from geometric parameters of different structures, hardness, chemical composition of rods (factory defect) are often the causes of breaks. Open threaded rod or polished rod was primarily due to insufficient torque screwing the threaded connection or a bend in the rod head. The breackage of polished rods mainly occur in the oil seal and due to fatigue voltage. The fatigue fracture occurs as a result of permanent deformation forces and temperature action. One of the main causes of the elastomer swelling is the maintenance with pressure at the reception of rod screw pumps below the saturation pressure. It leads to saturation of elastomer material with gases and rotor jamming in the stator which can turn into breakages of the rod string and polished rod.