Эксплуатация скважин с УШГН

Показатели работы механизированного фонда скважин ОАО «УДМУРТНЕФТЬ», оборудованных УШГН. Внедрение стеклопластиковых штанг.

Эксплуатируя самый многочисленный в ОАО «НК «Рос- нефть» фонд оборудованных УШГН скважин, специалисты ОАО «Удмуртнефть» удерживают ключевые показатели фонда выше плановых значений и средних показателей по всем дочерним обществам. Это напрямую связано с той работой, которую специалисты компании ведут с часто ремонтируемым и осложненным фондами скважин и, прежде всего, в части борьбы с коррозией внутри скважинного оборудования. С этой целью применяется весь комплекс методов защиты: химических, физических, механических и т.д.

Особая роль в последние годы отводится внедрению стеклопластиковых насосных штанг (ШНС) и НКТ, широкое применение которых должно существенно снизить число отказов, обусловленных коррозией, а также удельные расходы электроэнергии на добычу жидкости. Изложенный в настоящей статье положительный опыт ОАО «Удмуртнефть» в области применения комбинированных подвесок из ШНС и стальных НШ разного исполнения позволяет рассчитывать на высокую эффективность такого подхода.

На протяжении 2012-2013 годов средний показатель МРП по фонду УШГН ОАО «Удмуртнефть» планомерно рос, и на момент составления настоящего материала превышал 1200 суток (рис. 1). Средняя наработка на отказ за прошедший 2013 год также выросла по фонду более чем на 10%, до 405 суток. Оба показателя значительно превышают плановые цифры. И мы видим, что такая положительная динамика согласуется со статистикой отказов, число которых постоянно сокращается (рис. 2).

ПРИЧИНЫ ОТКАЗОВ СКВАЖИН С УШГН
Первое место в структуре отказов, к сожалению, закрепилось за обрывами штанг (рис. 3). Далее следуют утечки в НКТ и негерметичность клапанов. Очевидно, что основную роль среди причин отказов играет коррозия – порядка 27% от общего числа отказов (рис. 4). Меньшее число отказов приходится на выработку ресурса оборудования (12%) и засорение мехпримесями (10%). Что характерно, основной причинойобрыва штанг также остается коррозия (рис. 5). Мы склонны, впрочем, смотреть на такое распределение причин как на потенциал дальнейшего снижения количества отказов и увеличения среднего МРП.
На приведенных выше графиках можно увидеть увеличение числа затянувшихся ремонтов (ЗР) в некоторые периоды. Последний скачок был связан заводским браком, выявленным у ШГН производства ТОО «Шендзи» (Китай). Это стало основной причиной роста заводских браков в 2013 году. По результатам металлографического анализа части отказавших узлов были выявлены несоответствия марки стали и прочностных характеристик заявленным (рис. 6). Основная часть отказов была обусловлена поломкой автосцепов. Как выяснилось, твердость сплава, из которого изготавливался этот узел, была примерно в два раза ниже, чем у российских аналогов. В итоге происходил изгиб и разрушение лепестков цанги после первого же цикла работы насоса.

 

Рис. 1. Динамика МРП фонда скважин ОАО «Удмуртнефть», оборудованных УШГН

 

Рис. 2. Динамика отказов УШГН по наработкам за скользящий год

 

 

ЧАСТО РЕМОНТИРУЕМЫЙ И ОСЛОЖНЕННЫЙ ФОНДЫ


Вместе с ростом МРП на нашем фонде УШГН также наблюдается постепенное сокращение часто ремонтируемого фонда скважин (ЧРФ) и улучшение его структуры (рис. 7). По итогам февраля 2014 года в ЧРФ осталась всего одна скважина с четырьмя отказами. Как и по действующему фонду УШГН в целом, основная причина отказов скважин ЧРФ УШГН – коррозия (рис. 8). Это же относится и к оставшейся скважине с четырьмя отказами: мы провели на ней регламентные работы, и есть основания ожидать ее перевода в другую категорию. В зависимости от непосредственной причины отказа на таких скважинах могут проводиться замены ГНО или НКТ, очистки забоя и ЭК, а также бактерицидные и ингибиторные обработки.

Рис. 3. Динамика структуры отказов скважин с УШГН по узлам

 

Рис. 4. Динамика причин отказов скважин с УШГН, %

 

Основная доля скважин с УШГН, которых мы относим к осложненному фонду, испытывают на себе отрицательное воздействие двух и более осложняющих факторов. Отложение АСПВ на внутрискважинном оборудовании осложняет эксплуатацию почти 2000 скважин; коррозией и образованием высоковязких эмульсий осложнены порядка 1000 и 1150 скважин соответственно. Значительно меньшую проблему в количественном отношении составляют мехпримеси (330 скв.), солеотложения (160 скв.) и высокий газовый фактор (111 скв.). Применяемые методы противодействия осложнениям представлены в табл. 1.

В отношении коррозии как основной проблемы действующего фонда мы проводим постоянный мониторинг. И расчеты экономической эффективности, которые мы проводим с середины 2012 года, однозначно указывают на то, что в борьбу с коррозией следует вкладывать больше средств, чем это было ранее. Поэтому мы постепенно довели охват осложненного фонда ингибированием до 100%.

 

Рис. 5. Динамика причин обрывов штанг

 

Рис. 6. Причины отказов скважин с УШГН производства ТОО «Шендзи»

 

РЕЗУЛЬТАТЫ ВНЕДРЕНИЯ СТЕКЛОПЛАСТИКОВЫХ НАСОСНЫХ ШТАНГ


Актуальность внедрения на фонде ОАО «Удмуртнефть» стеклопластиковых штанг (ШНС) следует из всего упомянутого выше и, в особенности, из структуры отказов стандартного оборудования (рис. 9). Как мы видим, обрывы штанг составляют 70-80% всех отказов по насосным штангам. При этом порядка 40% обрывов обусловлены коррозией по причине высокой агрессивности добываемой жидкости и засорения ГНО продуктами коррозии. Комплексное решение данной проблемы мы видим в применении стеклопластиковых штанг на соответствующем фонде скважин (табл. 2). Основные преимущества – это инертность к коррозионно-активным веществам и очень низкий коэффициент шероховатости. ОПИ ШНС производства ООО «УК «ПромТехКомплект» и ООО «Бийский завод стеклопластиков» проводились в ОАО «Удмуртнефть» в 2010 году (табл. 3, рис. 10). Тогда мы внедряли подвески, состоящие из 50% ШНС и 50% стальных НШ диаметром 22 мм. Результаты ОПИ были признаны положительными: за период проведения испытаний отказов по причине обрыва ШНС не было. При этом следует отметить, что некоторые из этих подвесок на момент подготовки материала все еще оставались в работе (более 1200 сут) при очень высокой агрессивности среды. В рамках ОПИ также не было отмечено никаких проблем при СПО и вообще в процессе ТРС. При этом подтвердилось снижение максимальной нагрузки на полированный шток за счет меньшего, в среднем на 20%, удельного веса штанг. Последнее, в свою очередь, обусловило снижение удельных расходов электроэнергии на подъем добываемой продукции в среднем на 8%.

Рис. 7. Работа с часто ремонтируемым фондом УШГН

 

Рис. 8. Распределение причин отказов скважин ЧРФ УШГН

 

Рис. 9. Структура и причины отказов насосных штанг в ОАО «Удмуртнефть»

Положительные результаты ОПИ позволили нам приступить к промышленному внедрению ШНС. Наибольший объем внедрения пришелся на 2013 год (66 колонн) и на два месторождения – Листвинское и Мишкинское. Именно эти месторождения характеризуются самой высокой коррозионной активностью добываемой жидкости, и если средний МРП фонда УШГН по «Удмуртнефти» составляет порядка 1200 сут, то на данных месторождениях – около 850 суток.

В качестве основных критериев внедрения ШНС мы выделили четыре: во-первых, это высокая коррозионная агрессивность добываемой продукции; во-вторых, отсутствие эмульсии в скважинной продукции (обводненность более 75%) в связи с риском подвисания колонны насосных штанг; в-третьих, это средняя наработка новых стальных штанг не больше года; и, наконец, необходимость заглубления ШГН. В текущем году планируется внедрить еще ШНС.

В настоящее время, как и в процессе ОПИ, мы применяем комбинированную подвеску из ШНС и стальных штанг в процентном соотношении 50/50. Стальные штанги располагаются в нижней части колонны (рис. 11). Кроме того, мы применяем стальные оконцеватели ШНС с квадратом под стандартные ключи и резьбовые соединения, что позволяет работать со стандартным оборудованием при ТРС и КРС. Также для предотвращения истирания штанг в колонну включаются центраторы.

 

Рис. 11. Особенности компоновки колонн штанг с ШНС

 

Таблица 1

 

Проблема

Химические методы

Физические методы, объем внедрения

Термические методы, объем внедрения

Механические методы

Наименование

Объем внедрения

Наименование

Объем внедрения

 

 

 

 

АСПО

Механизированные обработки через затрубное пространство

10584 оп.

в 244 скв.

 

 

 

Нагревательные кабельные линии, 19 шт.

 

 

 

Горячие обработки нефтью, 1843 обр.,

510 скв.

 

 

Штанги со скребками

 

 

 

189 скв.

Термохимические обработки собственными силами

1479 оп.

в 257 скв.

Термохимические обработки силами подрядчика

3799 оп.

в 660 скв.

УДЭ

19 шт.

НКТ-89

10 скв.

 

 

ВНЭ

Механизированные обработки через затрубное пр-во

5092 оп.

в 513 скв.

 

 

 

НКТ-89

 

 

97 скв.

УДЭ

190 скв.

Ручные заливки

212 скв.

 

 

Соли

УДЭ

-

 

Обработки ПЗП при ТКРС

-

Обработки ПЗП без постановки бригад ТКРС

351 оп.

в 162 скв.

 

 

 

 

 

Коррозия

УДЭ

479 скв.

 

 

 

 

 

ПС-73 (протекторы), 18 шт.

 

Стеклопластиковые штанги

37 скв.

Механизированные обработки через затрубное пр-во

13 536 обр.,

564 скв.

 

 

 

Стеклопластиковые трубы

 

Обработки ПЗП бактерицидами при ТКРС

-

 

Ручные обработки

121 скв

 

Обработки ПЗП бактерицидами без ТКРС

36 обр.,

3 скв.

 

 

 

Мехпримеси

Механизированные обработки раствором деэмульгатора (500 г/м3, объем промывки 24 м3)

45 обр.,

40 скв.

 

 

ГПЯ

 

92 шт

Механизированные обработки водой без химии

435 обр.,

290 скв.

Фильтры ФРНП

112 шт.

 

 

Таблица 2

Технические характеристики ШНС

Показатель

Стальные штанги

Стеклопластиковые штанги*

Существенные преимущества ШНС

Масса одного п/м 22-мм штанги, кг

3,25

1,2

Легче стальной в три раза – снижение нагрузки на головку балансира – снижение потребления электроэнергии; возможность углубления подвески ШГН до 2500 м

Плотность, кг/м3

7800

1900

Наружный диаметр, мм

16,19, 22, 25, 29

19, 22, 25, 29

В ОАО «Удмуртнефть» применяются ШНС диаметром 22 и 25 мм

Коэффициент шероховатости, мм

0,03

0,0015

Гладкая, «зеркальная» поверхность – защита от парафино- и солеотложений – снижение гидравлического сопротивления

Длина штанги, мм

6000 - 9000

8000

 

Скорость коррозии, мм/год

 

0

 

Инертны к коррозионно-агрессивным веществам

Интервал рабочих температур, °С

 

-60…100

Срок службы, лет

2-10

8

 

 

Увеличение срока эксплуатации

Ресурс работы, млн циклов

5

5-7,5

Класс прочности, марка

D (15 т)

D

Модуль упругости при растяжении, МПа

210 000

53000

* Согласно ТУ 3665-023-20994511-2010 производителя ООО «Бийский завод стеклопластиков», г.Бийск

 

 

Таблица 3

ОПИ ШНС на месторождениях ОАО «Удмуртнефть»

Период: с октября 2010 г. по апрель 2011 г.

Производитель: ООО «УК «ПромТехКомплект» и ООО «Бийский завод стеклопластиков»

Компоновка: комбинированная - вверх ШНС 22 40 – 50%, низ - стальная штанга диаметром 22 мм

 

 

Показатели

Скв. №1 Чутырское м/р.

Скв. №2 Чутырское м/р

Скв. №3 Мишкинское м/р

Скв. №4 Мишкинское м/р

Скв. №5 Мишкинское м/р

До внедрения

После внедрения

До внедрения

После внедрения

До внедрения

После внедрения

До внедрения

После внедрения

До внедрения

После внедрения

Дата внедрения

14.10.2010 г.

03.11.2010 г.

22.10.2010 г.

05.12.2010 г.

18.12.2010 г.

Нагрузка на балансир, т: Max/Min

5,5/1,5

5,0/1,4

5,76/1,9

4,2/0,9

5,8/1,6

3,0/1,2

4,6/1,5

3,8/1,0

4,6/1,2

3,1/1,0

- 22 мм (металл или стеклопл.)

ШН 55

ШНС 49+

ШН 72

ШН 118

ШНС 50+

ШН 67

ШН 69

ШНС 48+

ШН 74

ШН 106

ШНС 53+

ШН 52

ШН 45

ШНС 73+

ШН 49

- 19 мм (металл или стеклопл.)

ШН 72

 

 

 

ШН 69

 

 

 

ШН 80

 

Штанговый насос, тип

57

57

57

57

57

44

57

57

44

44

Глубина погружения насоса, м.

1029

1029

1042

1042

995

995

858

858

1042

1005

Потребление электроэнергии, кВт/ч

 

11,6

 

10,6

 

10,3

 

9,1

 

16,1

 

14,7

 

18,7

 

15,8

 

19,5

 

18,9

Дебит, м3/сут

40

31

21

33

39

29

35

37

20

19

Коэффициент подачи насоса, д.ед.

0,65

0,63

0,70

0,65

0,81

0,70

0,74

0,73

0,7

0,66

 

 

Количество отказов за отчетный период (365 сут)

 

 

 

3

 

 

не было отказов

 

 

 

2

 

 

1 отказ (утечки в НКТ)

 

 

 

2

 

 

не было отказов

 

 

 

2

 

 

не было отказов

 

 

 

3

2 отказа (засорение ШГН,

обрыв подвески патрубка)

 

Наработка на конец ОПИ, сут

 

105

168 в

работе

 

98

78 в работе нараб.СПШ 136 сут

 

50

132

Остановле на по В/О

 

216

73

Остановле на по В/О

 

105

90 в работе нараб.СПШ 109 сут

Наработка ШНС, сут (текущая ситуация)

 

1175 (перевод в б/д)

 

714 (обрыв СП штанги)

 

1245 (в работе)

 

114 (перевод в б/д)

 

1187 (в работе)

Количество СПО

3,0

3,0

1,5

1,0

4,5

Коррозионно- агрессивные показатели среды

Н2S, мг/дм3 СВБ, кл./см3

 

 

 

90,0

 

 

 

225,0

 

 

 

264,9

10000

 

 

 

122,7

 

 

 

44,3

 

При всех плюсах данного подхода в ходе эксплуатации колонн штанг с ШНС мы наблюдаем отказы по причине обрыва подвергающейся коррозии нижней, стальной части подвески. В этой связи мы сочли целесообразным проработать возможность применения максимального количества ШНС (до 90%) в компоновке со стальной утяжеленной штангой в коррозионностойком исполнении. И уже в конце 2013 – начале 2014 года мы спустили две колонны штанг в такой компоновке (рис. 12). Первые результаты эксплуатации ожидаемо показали некоторое снижение коэффициента подачи – приблизительно на 13%.

В целом по фонду, на котором внедрялись ШНС в компоновках 50/50 до сентября 2013 года, мы наблюдаем увеличение СНО в два и более раз (табл. 4). Также следует отметить, что за все три года эксплуатации ШНС произошло всего два обрыва ШНС. Первый обрыв произошел в 2013 году – это была одна из тех штанг, которые спускались при ОПИ. Как показало совместное расследование, причиной был технический сбой при испытаниях штанги на заводе, в результате которого было превышено допустимое растяжение.

Второй обрыв произошел в самом конце 2013 года, и на момент подготовки материала его расследование еще не было завершено.

Поскольку коэффициент растяжения у ШНС выше, чем у стандартной штанги, важно было определить, насколько изменится коэффициент подачи с переходом на комбинированную колонну. Как показала практика, коэффициент уменьшился в среднем всего на 5% (табл. 5).

 

Таблица 4

Эффективность внедрения ШНС (компоновка 50/50)

 

Месторождение

СНО до внедрения, сут

Текущая наработка скважины после внедрения, сут

Удельное увеличение наработки скв.

 

Дата внедрения

СНО ШНС,

сут

 

Число СПО

Гремихинское

63

164 (в работе)

2,6

Октябрь 2013

164

Внедрение, без подъема

 

Ижевское

46

285 (1 отказ, коррозия ШСНУ)

6,2

Апрель 2013

338

1,5

124

345 (в работе)

2,8

Апрель 2013

345

Внедрение, без подъема

Мещеряковское

148

326 (в работе)

2,2

Апрель 2013

326

Внедрение, без подъема

 

 

Лиственское

274

488 (в работе)

1,8

Ноябрь 2012

488

1,5

41

105 (в работе)

2,6

Декабрь 2013

105

Внедрение, без подъема

74

89 (1 отказ, коррозия штанг)

1,2

Декабрь 2012

437

2,0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Мишкинское

199

139 (2 отказа-НКТ и ЭЦН, орг.причины)

0,7

Декабрь 2012

470

2,5

106

445 (в работе)

4,2

Декабрь 2012

445

1,5

100

218 (в работе)

2,2

Август 2013

218

Внедрение, без подъема

24

200 (в работе)

8,3

Август 2013

200

Внедрение, без подъема

138

122 (1 отказ коррозия НКТ)

0,9

Ноябрь 2012

495

1,5

25

201 (в работе)

8,0

Август 2013

201

Внедрение, без подъема

74

242 (1 отказ обрыв СП штанги)

3,3

Май 2013

242

1,0

104

222 (в работе)

2,1

Август 2013

222

Внедрение, без подъема

36

194 (в работе)

5,4

Сентябрь 2013

194

Внедрение, без подъема

85

174 (в работе)

2,0

Сентябрь 2013

174

1,5

193

172 (в работе)

0,9

Сентябрь 2013

172

1,5

150

209 (1 отказ коррозия НКТ)

1,4

Январь 2013

412

1,5

140

476 (в работе)

3,4

Ноябрь 2012

476

Внедрение, без подъема

130

385 (в работе)

3,0

Февраль 2013

385

Внедрение, без подъема

В.-Красногорское

173

124 (2 отказа: коррозия НКТ, засорение насоса ШГН)

2,1

Ноябрь 2012

480

1,5

Лозолюкско- Зуринское

266

427 (в работе)

1,6

Январь 2013

427

1,5

297

419 (в работе)

1,4

Январь 2013

419

Внедрение, без подъема

 

Чутырское

436

416 (в работе)

1,0

Январь 2013

416

Внедрение, без подъема

98

225(3 отказа: один по причине обрыва СП штанги)

2,3

Ноябрь 2010

714

3,0

 

ВЫДЕРЖКИ ИЗ ОБСУЖДЕНИЯ

 

Рис. 12. ОПИ колонны штанг с соотношением ШНС и утяжеленных стальных штанг в коррозионно-стойком исполнении 90/10

 

В 2014 году мы предполагаем провести ОПИ ШНС производства Группы предприятий «Редуктор» (г. Ижевск). ШНС также производят и зарубежные компании, в том числе американские John Crane Production Solutions и TRC Services, Inc. Однако их продукция, будучи почти полным аналогом ШНС российского производства, оказывается дороже в несколько раз.

 

Таблица 5

Сравнение коэффициентов подачи УШГН до и после внедрения стеклопластиковых штанг

Параметры до внедрения

Параметры после внедрения

Диаметр плунжера, мм

Длина хода, м

Число качаний, мин-1

Ндин, м

Qж, м3/сут

Коэффициент подачи

Диаметр плунжера, мм

Длина хода, м

Число качаний, мин-1

Ндин, м

Qж, м3/сут

Коэффициент подачи

44

2

4,8

1190

8

0,40

44

2

4,8

1170

7

0,35

44

1,6

3,5

1093

8

0,68

44

1,6

3,5

1095

7

0,60

44

2,5

3,5

1066

17

0,93

44

2,5

3,4

1030

15

0,84

44

2,5

5

1101

15

0,57

44

2,5

5

1122

15

0,57

57

3

5

868

47

0,92

57

3

5

834

40

0,78

57

3

6

921

30

0,49

57

3

6

923

30

0,49

44

2,5

6

1040

15

0,48

44

2,5

6

1070

14

0,45

44

2,5

5

1074

20

0,77

44

2,5

5,5

1068

18

0,63

57

2,5

4,2

891

25

0,70

44

2,5

5,5

856

23

0,80

44

3

5,5

1154

22

0,64

44

3

5,5

1154

22

0,64

44

2,5

6

1178

18

0,57

44

2,5

6

1182

17

0,54

57

2

6

875

23

0,56

57

2

5,5

861

22

0,58

57

2,5

4,4

893

18

0,48

57

2,36

6

745

26

0,54

57

3

5,5

615

40

0,71

57

3

5,5

583

40

0,71

57

3

4

717

38

0,93

57

3

4

743

36

0,88

57

3

4,5

965

27

0,58

57

3

4,5

925

24

0,52

57

2,5

5,7

925

34

0,70

57

2,5

5,7

865

25

0,51

44

3

5,5

964

23

0,67

44

3

5,5

954

19

0,55

44

2

5,3

1031

18

0,81

44

2

5,3

1045

16

0,72

57

2,5

5,5

770

38

0,81

44

2,4

7,7

503

27

0,70

44

2,5

5,2

995

19

0,70

44

2,5

5,2

985

18

0,66

Среднее значение

0,62

Среднее значение

0,67

 

Штанга насосная стеклопластиковая

Обрывы насосных штанг (ШН) становятся причиной 18-28% отказов УШГН в осложненных условиях, что связано с высокими амплитудными нагрузками, коррозией, постоянно растущими глубинами спуска насосов и другими факторами. Более того, с целью увеличения глубины спуска ШГН со стальными ШН предприятия вынуждены закупать приводы повышенной грузоподъемности с более высоким энергопотреблением. Очевидно, закупка ШН из высоколегированных сталей может избавить лишь от части актуальных проблем эксплуатации фонда УШГН

 

Штанга насосная стеклопластиковая (ШНС) совместного производства ООО «Бийский  завод  стеклопластиков» (г. Бийск) и ООО «УК «Промтехкомплект» (г. Ижевск) состоит из стеклопластикового стержня (тело штанги), вклеенного в металлические головки-оконцеватели. ШНС выгодно отличается от стальных НШ в четыре раза меньшими плотностью и модулем упругости, несравнимо более высокой коррозионной стойкостью, а также в 20 раз меньшей шероховатостью. Благодаря этим отличиям применение ШНС на практике обеспечило в среднем 20%-ное снижение максимальной нагрузки на головку балансира при ходе вверх; возможность заглубления ГНО без замены привода УШГН; снижение амплитудных нагрузок; увеличение МРП на коррозионном фонде в среднем в 2,5 раза; снижение удельного энергопотребления УШГН в среднем на 8%; а также снижение интенсивности отложения АСПВ. Указанные данные получены по результатам ОПИ в ОАО «Удмуртнефть», в ходе которых отказов ШНС зафикси- ровано не было.

 

 

В настоящее время ШНС оборудовано более 90 скважин в нефтегазодобывающих предприятиях на территории России, Казахстана, Азербайджана (в компоновке верх 50% ШНС, низ 50% ШН).
В ОАО «НК «Роснефть» и АО «РД «КазМунайГаз» введены в эксплуатацию ШНС в компоновке «верх (90%) – ШНС, низ (10%) - ШУТ», которая была разработана с целью сокращения использования стальных штанг.
ШНС изготавливается длиной до 15 м и диаметрами стерж- ня 22, 25, 29 мм, класс прочности «Д», рабочая температура до 130°С, морозостойкость до -60°С.
ООО «Бийский завод стеклопластиков» (г. Бийск) и ООО «УК «Промтехкомплект» (г. Ижевск) готовы рассмотреть любые взаимовыгодные предложения по сотрудничеству (продажа, прокат, аренда) и внедрению стеклопластиковых насосных штанг.

 

 

Опыт применения стеклопластиковых насосных штанг