Штанга насосная стеклопластиковая (ШНС)
АКТУАЛЬНОСТЬ
Для многих не секрет, что подавляющее большинство крупных месторождений эксплуатируются в режиме падающей добычи. Данному режиму характерно снижение дебита и повышение обводненности скважины. Снижается экономическая эффективность извлечения продуктов пласта. Актуальными направлениями можно выделить комплексы мер по снижению энергетических затрат на подъём продукции и увеличение МРП.
Изучая статистику отказов по узлам УШГН, видно что в среднем 20-30% отказов УШНГ происходит по вине обрыва штанг насосных. В 70-80% случаев обрыв колонны штанг проходи по телу штанги. Основными причинами является коррозия тела штанги и высокие нагрузки на штанговую колонну.
Компания "Промтехкомплект", в рамках производства и поставки нефтяного оборудования, в настоящее время осуществляет производство и поставку штанг насосных стеклопластиковых (ШНС) совместного производства с ООО "Бийский заводом стеклопластиков", предназначенных для передачи движения от станков-качалок к плунжерным скважинным насосам.
ОТЛИЧИЯ СТАЛИ И СТЕКЛОПЛАСТИКА
Физические отличия стеклопластикового стержня и условного стального стержня, применяемых для изготовления насосных штанг, указаны в Таблице №1.
|
Наименование показателя
|
Значение
|
|
|---|---|---|
|
|
Стеклопластик
|
Сталь
|
| Плотность, кг/м3 | 2000 | 7850 |
| Прочность на разрыв, МПа | 1600 | 900 |
| Модуль упругости, МПа | 50 000 | 210 000 |
| Теплопроводность, Вт/м×К | 0,15 | 50 |
| Коэффициент шероховатости, усл. ед. | 0,0015 | 0,03 |
| Рабочая температура, °С | до 130 | до 300 |
| Морозостойкость, °С | -60 | - |
| Коррозионная стойкость | очень высокая | низкая |
| Стойкость к кручению | низкая | высокая |
| Стойкость к истиранию | низкая | высокая |
| Характер деформации | упругая | упругая и пластическая |
ПРЕИМУЩЕСТВА ВНЕДРЕНИЯ СТЕКЛОПЛАСТИКОВЫХ ШТАНГ
Описанные выше физические отличия стеклопластикового стержня от стального, определяют основные преимущества и ограничения при внедрении стеклопластиковых насосных штанг.
- снижения максимальной нагрузки на головку балансира при ходе вверх штанговой колонны;
- возможность углубления подвески ШГН до 2500 метров;
- снижение амплитудных и динамических нагрузок;
- отсутствие влияния коррозийной среды;
- снижение влияния АСПО на штанговую колонну;
- уменьшение энергоемкости наземного оборудования;
В отличии от стальных насосных штанг (ШН) выполненных согласно ГОСТ Р 51161-2002, гарантийный срок эксплуатации штанг насосных стеклопластиковых (ШНС) в настоящее время увеличен в 2 раза (с 6 до 12 месяцев), а количество базовых циклов при вероятности безотказной работы не менее 0.995 - с 5 млн. до 7.5 млн.
Штанга насосная стеклопластиковая ТУ 3665‑023‑20994511‑2010 соответствуют (сертифицирована) требованиям:
- ГОСТ Р 51161-2002;
- ГОСТ 12.2.003-91;
- Технический регламент "О безопасности машин и оборудования";
- (требования ГОСТа и ТУ гармонизированы с API Specification 11 B).
Возможность снижения затрат при добычи нефти с применении ШНС.
Из российских и зарубежных источников известно, что основными преимуществами применения ШНС являются:
- снижение веса штанговой колонны;
- высокая коррозийная стойкость;
- увеличение срока эксплуатации в 5-6 раз;
- увеличение подачи, в среднем до 75%;
- снижение максимальной нагрузки на полированный шток, в среднем на 30%;
- возможность устанавливать ГШН на глубина 2000 м и более.
Предлагаем ШНС следующей конструкции.
Штанга насосная стеклопластиковая состоит из тела (стеклопластиковый стержень с центраторами), запрессованного в головку (стальная часть). Для соединения насосных штанг в колонну используется соединительная муфта (стальная). Металлическая головка может быть выполнена из материала по прочностным характеристикам соответствующего классу прочности — Д.
Основные преимущества применения штанг насосных стеклопластиковых (ШНС) в сравнении со стальным насосными штангами (ШН)
- увеличение добычи;
- уменьшение обрывности, за период проведенных ОПИ обрывов по вине ШНС не было;
- уменьшение отложений парафинов;
- экономии электроэнергии, по результатам прошедших ОПИ более 1кВт/ч на скважину;
- возможность применять стеклопластиковые НКТ;
По окончанию ОПИ предоставлен подробный отчет, срок окупаемости применения штанги стеклопластиковой составляет 0,96 года.
Опытно-промысловые испытания штанги насосной стеклопластиковой на месторождениях ОАО "Удмуртнефть"
Критерии оценки эффективности.
- Увеличение наработки на отказ скважины по причине обрыва насосных штанг в сравнение с ранее применяемыми стандартными металлическими штангами;
- Уменьшение нагрузки на головку балансира станка-качалки;
- Возможность увеличения глубины спуска насоса ШГН, в пределах допустимых приведенных напряжений на колонну ШСН, в сравнении с ранее применяемыми стандартными металлическими штангами;
- Отсутствие отказов по причине обрыва ШСН в течении срока опытно-промысловых испытаний.
Меньший в 3 раза вес стеклопластиковой насосной штанги в сравнении со стальной насосной штангой и проработанная упаковка позволяют перевезти в стандартной «еврофуре» до 1000 штанг ШНС 25-8000 (диаметр тела штанги 25мм, длинной штанги 8 метров). Грузоподъемные операции не требуют специального оборудования или приспособлений.
| Размеры | Условный размер штанги | |
|---|---|---|
|
19 22 25 29
|
||
| Длина штанги L±50, мм | 8000; 6200 (6100*); 7620 (7518*); 9140 (9042*) | |
| Длина укороченной штанги L±50, мм | 450; 610; 915; 1220 (1118*); 1500; 1830 (1727*); 2440 (2337*); 3050 (2946*); 3660 | |
Масса штанг насосных стеклопластиковых;
в сравнении со стальными штангами.
|
Условный размер
|
Масса штанга, кг. при длине, мм.
|
|||
|
7620
|
8000
|
9140
|
11000
|
|
| 19
|
7,1/17,9
|
7,3/18,7
|
7,9/21,3
|
9,0/-
|
| 22
|
9,0/24,4
|
9,3/25,3
|
10,2/29,0 | 11,8/- |
| 25 | 10,6/32,1 | 11,0/33,1 | 12,1/38,0 | 14,2/- |
| 29 | 13,2/41,3 | 13,7/43,2 | 15,2/49,0 | 17,8/- |
Числитель- масса штанги насосной стеклопластиковой, кг.
Знаменатель- масса штанги насосной стальной, кг.
Характеристики штанг насосных стеклопластиковых по ТУ 3665‑023‑20994511‑2010;
| Класс прочности | Предел текучести
σT, МПа, не менее. |
Временное сопротивление
σB, МПа. |
|---|---|---|
| Классы и прочностные характеристики материала головок штанг | ||
| К | 414 | 620...793 |
| С | 414 | 620...793 |
| Д | 586 | 793...965 |
| Предел прочности
при растяжении σВ, МПа, не менее. |
Модуль упругости
Е, МПа, не менее. |
Рабочая
температура, °С |
Морозостойкость, °С |
|---|---|---|---|
| Механические характеристики стержней штанг | |||
| 800 | 48000...53000 | 100...130 | -60 |
Видео материал внедрения штанг насосных стеклопластиковых.
Согласно договора ООО «УК «Промтехкомплект» (производитель) с ОАО «Удмуртнефть» о сопровождении поставки стеклопластиковых штанг (ШНС), представители предприятия-изготовителя должны присутствовать при подъеме колонны оборудованной стеклопластиковыми штангами (ШНС). Таким образом специалисты нашего предприятия присутствовали 14 июня 2011г при ремонтном подъеме колонны насосных штанг на скважине №1205. В ходе расследования после визуального осмотра было выявлено, что обрыв колонны произошел по стальной насосной штанге ШН22, возможной причиной обрыва послужила сильная коррозия тела штанги. Место обрыва и состояние тела штанги стальной ШН22, см. рис. 1. Дата производства и класс прочности, см. рис. 6-7.
Стеклопластиковые штанги эксплуатировавшиеся на данной скважине более 220 суток совместно со стальными (одинаковый период времени) в компоновке (50/50), остались без видимых изменений. Осмотр показал отсутствие АСПО, а также отсутствие видимого износа составных частей ШНС (оконцеватель, тело, центратор), см. рис. 2-5. Обслуживающий персонал КРС выразил желание поставок ШНС.
28 Марта 2012 года представители нашего предприятия присутствовали на аварийном подъеме колонны насосных штанг на скважине оборудованной стеклопластиковыми и стальными насосными штангами в компоновке 50/50. При подъеме глубинно-насосного оборудования было установлено и заактировано отсутствие повреждений и нарушений целостности стеклопластиковых насосных штанга в отличие от стальных насосных штанг имеющие значительные повреждения коррозионного характера.