Исследование и обеспечение надежности функционирования скважинного оборудования в осложненных условиях эксплуатации

Актуальность работы. На современном этапе развития нефтяной отрасли большинство крупных месторождений вступили на позднюю стадию разработки, которая характеризуется падением объемов добычи нефти, увеличением обводненности добываемой продукции, старением эксплуатационного фонда скважин и т. д. В связи с тем, что в настоящее время ввод новых месторождений не обеспечивает существенный прирост объемов добычи, а применяемые физико-химические методы интенсификации позволяют только стабилизировать объемы добычи нефти, то единственным альтернативным способом решения проблемы является ввод скважин в эксплуатацию из числа простаивающего фонда.

Для стабилизации добычи углеводородного сырья проводится большой объем геолого-технических мероприятий. Эти мероприятия проводятся при эксплуатации добывающих скважин в условиях, осложненных процессами отложения солей, парафина, кустования наклонно-направленных скважин, повышения депрессии на пласт и т. д. При эксплуатации усиливаются коррозийные процессы в связи с появлением в продукции скважин сероводорода и увеличением обводненности добываемой продукции. Все это диктует необходимость принятия срочных мер по повышению коррозийной стойкости и прочности подземного оборудования. Для поддержания добывающего фонда скважин в работоспособном состоянии требуется ежегодное увеличение затрат на их ремонт и направления на эти цели значительных материальных и трудовых ресурсов. Поэтому осложненные условия работы нефтепромыслового оборудования требуют решения проблемы оценки эффективности применяемых систем технического обслуживания и ремонта (ТОР).

Техническое перевооружение нефтегазовой отрасли на основе внедрения более совершенной техники и технологии добычи нефти и газа связано с настоятельной необходимостью обеспечить их эксплуатационную надежность, которая является функцией факторов производственно-технического и эксплуатационного характера. Состав каждой из групп факторов, их влияние на значение характеристик ремонтопригодности определяются назначением и конструктивными особенностями нефтегазопромыслового оборудования, условиями его эксплуатации, технического обслуживания и ремонта.

Цель работы. Моделирование основных показателей надежности глубинно-насосного оборудования в осложненных условиях разработки нефтяных месторождений.

Основные задачи исследований:

• обзор работ в области моделирования показателей надежности нефтепромысловых систем;

• сбор и обработка статистической информации об отказавших скважинах, оборудованных, глубинно-насосными установками, выявление основных причин отказов установок;

• моделирование средней наработки на отказ и вероятности безотказной работы при различных системах проведения ТОР, анализ результатов численного моделирования и оценка применения различных методов исследований;

• моделирование показателей экономической эффективности различных систем проведения ТОР;

• моделирование резервирования отдельных элементов установок ЭЦН и ШСН при ограничении. Резервирование скважин с использованием различных моделей и анализ результатов.

Методы решения задач. При решении поставленных задач использовались методы математической статистики и теории вероятностей, теории надежности и массового обслуживания сложных нефтепромысловых систем. Решение задач осуществлялось на базе фактических промысловых данных по функционированию скважин Тарасовского месторождения. Научная новизна.

1. Системный подход к решению проблемы моделирования показателей надежности глубинно-насосных установок в осложненных условиях .

2. Впервые проведена комплексная оценка показателей надежности и гамма-процентного ресурса глубинно-насосных установок непараметрическим и параметрическими методами, основанными, на информации о ресурсе, наработке на отказ и определяющем параметре, в осложненных условиях эксплуатации.

3. Выявлено, что наибольшим запасом надежности обладают установки ШСН, которые имеют запас остаточной наработки на отказ, а средняя наработка установок ЭЦН в условиях Тарасовского месторождения меньше нижней доверительной границы.

4. Моделирование технико-экономических показателей эффективности применения систем ТОР при различных подходах к выбору системы технического обслуживания скважин на Тарасовском месторождении.

5. Моделирование резервирования отдельных элементов установок ШСН и ЭЦН с использованием методов, основанных на ограничении показателя средней наработки на отказ, вероятности безотказной работы, максимально допустимого «веса» системы целиком и обеспечивающих требуемые уровни показателей надежности функционирования скважин при различных системах ТОР.

6. Моделирование показателей надежности с использованием схем резервирования скважин с «быстрым» восстановлением и «гибели и размножения».

На защиту выносятся результаты научных исследований по моделированию основных показателей надежности, эффективности и резервирования элементов глубинно-насосных установок в осложненных условиях Западной Сибири.

Достоверность научных результатов. Сформулированные в диссертационной работе положения, выводы и рекомендации обоснованы корректным применением методов математической статистики, теории вероятности и теории надежности на основе обработки большого количества фактического промыслового материала с широким применением ПЭВМ и наличием положительного эффекта от промышленного внедрения.

Практическая ценность работы. Результаты исследования позволяют значительно повысить степень достоверности и надежности анализа, обоснования и прогнозирования эффективности мероприятий ТОР на скважинах, оборудованных насосными установками различных типов.

Разработаны и внедрены стандарты предприятия «Методика моделирования показателей эффективности системы технического обслуживания и ремонта глубинно-насосных установок в часто ремонтируемых наклонно направленных скважинах» (СТП 39−1−00) и «Методика моделирования экономических показателей эффективности технического обслуживания и ремонта глубинно-насосных установок в часто ремонтируемых наклонно направленных скважинах» (СТП 39−0−002−00).

Реализация результатов работы. На основе материалов исследований внедрен комплекс мероприятий по управлению ремонтными работами на скважинах с применением системы ТОР для нефтяных промыслов ОАО «Тюменнефтегаз». 9.

Экономический эффект от внедрения комплекса мероприятий составляет 3616,4 тыс. руб. в ценах на 01.03.2000 г., дополнительно получено 155 тыс. тонн нефти.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на Всероссийской научно-технической конференции «Научные проблемы Западно-Сибирского нефтегазового региона: гуманитарные, естественные и технические аспекты», г. Тюмень 1999 г.- Второй Всероссийской научно-технической конференции по моделированию технологических процессов бурения, добычи и транспортировки нефти и газа на основе современных информационных технологий, г. Тюмень 2000 г. и на научно-методических семинарах кафедры «Моделирование и управление процессами нефтегазодобычи» ТюмГНГУ, 1999;2001 гг.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 28 печатных работ, в том числе 16 статей, 10 тезисов докладов и 2 стандарта предприятия.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 разделов, основных выводов и рекомендаций, списка использованной литературы, включающего 72 наименований, и приложения. Работа изложена на 202 страницах, в том числе содержит 34 таблицы и 159 рисунков.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. На основании результатов обработки статистических данных о наработке до отказа скважин Тарасовского месторождения ОАО «Пурнефтегаз» построены законы распределения отказов для насосных установок ШСН и ЭЦН и выявлены основные причины их отказов.

2. Произведено моделирование наработки на отказ и вероятности безотказной работы с использованием различных методов расчетов при заданных планах ТОР. Также был оценен остаточный ресурс насосных установок. Проанализированы и сравнены между собой результаты, полученные с использованием непараметрического и параметрических методов оценки, также было произведено сравнение результатов, полученных различными параметрическими методами.

3. Произведена оценка эксплуатационной и экономической эффективности ввода различных планов ТОР при разных подходах к организации профилактических и аварийных ремонтов на скважинах.

4. Выяснено, что на основании сравнения результатов оценок ээфективности введения того или иного плана ТОР по различным методикам предприятие может определить оптимальные подходы к организации обслуживания и ремонта скважин для разных типов насосных установок.

5. В результате исследований проведена оценка потребностей предприятия в резервных элементах оборудования, необходимых для реализации того или иного предлагаемого плана ТОР различными методами, основанными на использовании в качестве определяющего критерия показателя надежности или экономической эффективности. Произведено сравнение результатов, полученных по этим методам.

6. Произведена оценка средних складских запасов, необходимых для обеспечения непрерывного обслуживания установок ШСН и ЭЦН.

7. Произведено моделирование и сравнение основных показателей надежности насосных установок при различных схемах резервирования скважин методами «гибели и размножения» и «быстрого» восстановления.

8. Произведена оценка надежности скважин, оборудованных установками ЭЦН, с учетом коэффициента осложненности — комплексной величины, учитывающей с помощью параметров распределения Вейбулла условия эксплуатации установок.