Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Исследование гидравлических сопротивлений в установках скважинных винтовых насосов при добыче высоковязкой нефти

Диссертация: Исследование гидравлических сопротивлений в установках скважинных винтовых насосов при добыче высоковязкой нефти
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Нефтедобывающая отрасль страны характеризуется в настоящее время резко возросшей долей так называемых трудно извлекаемых запасов нефти. Необходимость подъема неф-тей с повышенной вязкостью при сравнительно невысоких деби-тах скважин ставит ряд задач по созданию новых технических средств извлечения жидкостей, более эффективных в сравнении с традиционными штанговыми и электроцентробежными насосами… Читать ещё >

Исследование гидравлических сопротивлений в установках скважинных винтовых насосов при добыче высоковязкой нефти (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • 1. Установки скважинных винтовых насосов (УСВН), применяемые в нефтедобыче
    • 1. 1. Принципиальные схемы эксплуатации скважин и основные характеристики УСВН
    • 1. 2. Основные этапы развития винтового насосостроения и предварительные результаты их использования в мировой практике нефтедобычи
    • 1. 3. Сравнительный технико-экономический анализ эксплуатации скважин с различными видами глубинного оборудования
  • 2. Исследование коэффициента гидравлических сопро- -тивлений при движении вязкой жидкости в колонне на-сосно-компрессорных труб УСВН
    • 2. 1. Обзор исследовательских работ данной области
    • 2. 2. Моделирование течения жидкости, лабораторная установка и методика проведения экспериментов
    • 2. 3. Результаты исследования гидравлических сопротивлений в НКТ с вращающейся колонной штанг
    • 2. 4. Влияние вращения штанг на гидравлические сопротивления в муфтовых соединениях штанг
  • 3. Исследование касательных напряжений и крутящего момента в точке подвеса колонны штанг
    • 3. 1. Вывод выражения для коэффициента роторного сопротивления вращательного движения колонны штанг
    • 3. 2. Результаты исследования зависимости коэффициента роторного сопротивления от параметров Рейнольдса в осевом и вращательном движениях жидкости
  • 4. Промысловые исследования гидравлических сопротивлений в насосном подъемнике УСВН
    • 4. 1. Исследование свойств добываемой продукции на устье скважин, оборудованных УСВН
    • 4. 2. Методика замера гидродинамического давления в НКТ и крутящего момента на колонне штанг от вязкого трения
    • 4. 3. Результаты проведенных экспериментов на скв. 242 НГДУ «Краснохолмскнефть» АНК «Башнефть»
    • 4. 4. Методика расчета колонны штанг для УСВН

Нефтедобывающая отрасль страны характеризуется в настоящее время резко возросшей долей так называемых трудно извлекаемых запасов нефти [1, 26, 72]. Необходимость подъема неф-тей с повышенной вязкостью при сравнительно невысоких деби-тах скважин ставит ряд задач по созданию новых технических средств извлечения жидкостей, более эффективных в сравнении с традиционными штанговыми и электроцентробежными насосами. Современная экономика требует перехода на более дешевый и менее энергои металлоемкий способ добычи нефти.

Одним из таких средств, решающих проблему добычи высоковязкой нефти при сравнительно небольших энергозатратах на подъем единицы ее объема, является винтовой насос с приводом от вращающейся колонны насосных штанг [15, 17, 20, 21, 23, 24, 27, 32, 34, 42, 43, 44, 57, 60, 61, 63, 64, 75, 76, 77, 78, 81].

Такие насосы достаточно быстро завоевывает рынок нефтяных компаний мира благодаря ряду своих несомненных достоинств. К таким достоинствам относятся прежде всего:

— минимальная стоимость монтажа установки благодаря отсутствию специального фундамента и размещению поверхностного оборудования на колонной головке;

— незначительные эксплуатационные расходы на электроэнергию, составляющие около 50% расходов, потребляемых на привод обычных станков-качалок той же производительности;

— более высокий в сравнении с УСШН коэффициент полезного действия благодаря отсутствию возвратно-поступательного движения колонны насосных штанг большой массы;

— малая металлоемкость, составляющая не более 10% от УСШН и незначительные транспортные расходы на перевозку и доставку оборудования;

— возможность откачки жидкостей с повышенным содержанием газа и механических примесей;

— широкий рабочий диапазон производительности насосов, обеспечиваемый изменением частоты вращения колонны штанг от 10 до 200 мин-1;

— высокий коэффициент подачи насосов и возможность откачки нефти повышенной вязкости.

Колонна насосных штанг в работе испытывает лишь постоянные нагрузки от кручения в отличие от УСШН, в которых знакопеременный характер приложения нагрузок сокращает срок их эксплуатации. Однако большое трение по всей длине колонны часто приводит к обрыву (срезу) штанги на устье скважины в месте ее крепления к приводу. Проблемой для УСВН так же являются утечки в паре «статор-ротор» вследствие неизбежного износа резиновой обоймы насоса абразивом. Причиной утечек также может явиться и повышение гидродинамического давления по стволу НКТ и в выкидной линии вследствие высокой вязкости или эмульгирования добываемой жидкости, отложения солей или парафина в полости НКТ. Однако, необходимость в удешевлении процесса подъема нефти на поверхность заставила потребителей склониться к применению винтовых насосов. Этот вид добычи нефти сегодня уже положительно зарекомендовал себя как в нашей стране так и за рубежом и имеет перспективу дальнейшего расширения области своего применения.

Однако для дальнейшего его применения необходимо провести большой комплекс исследовательских работ по выявлению влияния различных осложняющих факторов на работоспособность УСВН. Среди наиболее вероятных факторов осложнения можно выделить вязкость откачиваемой нефти и искривленность ствола скважины. Эти факторы могут явиться причиной отказа передающего звена УСВН — штанговой колонны. К факторам, влияющим на надежность работы винтовой пары, следует отнести наличие песка в жидкости, высокую температуру, агрессивность среды и др. [2, 37].

В силу того, что перспектива применения УСВН определяется прежде всего возможностью откачки высоковязкой нефти, данная диссертационная работа посвящена исследованию гидравлических сопротивлений в колонне насосно-компрессорных труб.

Эти сопротивления с одной стороны увеличивают давление в трубах и могут явиться причиной повышения утечек в винтовой паре и его износа. С другой стороны, гидравлические сопротивления увеличивают крутящий момент на валу привода и в совокупности с другими нагрузками могут явиться причиной среза штанги.

Поэтому в диссертационной работе ставятся задачи по изучению гидродинамического перепада давления по глубине насосного подъемника и крутящего момента, необходимого на преодоление вязкого сопротивления вращению колонны штанг.

Для получения расчетных зависимостей был создан лабораторный стенд, моделирующий движение жидкости в кольцевом пространстве с вращающимся цилиндром-ротором. Далее проводилась опытная проверка полученных зависимостей в промысловых условиях на реальной скважине.

Результаты позволили произвести прогноз гидравлических сопротивлений и оценить область применения УСВН для добычи высоковязкой нефти.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.

1. На основе выполненного анализа зарубежного и отечественного опытов эксплуатации скважин установлен ряд преимуществ винтовых насосов с приводом от колонны штанг, включающий малые в сравнении с традиционными способами металлоемкость и удельные затраты на подъем жидкости, возможность откачивать газированную, высоковязкую и пескосодержащую жидкости, а также обобщены и систематизированы диапазоны рабочих параметров и некоторые границы применения УСВН для эксплуатации осложненных скважин.

2. Разработан лабораторный стенд для изучения гидравлических сопротивлений в колонне НКТ, позволивший на базе критериев подобия получить экспериментальную зависимость для расчета гидродинамического перепада давления в трубах с вращающимися штангами. Установлены факт и степень увеличения гидравлических сопротивлений в концентрическом канале при вращении внутреннего цилиндра, обусловленный дополнительными потерями энергии на преодоление вязких сопротивлений.

3. На основе анализа размерностей получена универсальная зависимость, аналогичная зависимости Дарси — Вейсбаха, для расчета крутящего момента на вращение колонны штанг в вязкой жидкости. Для ламинарной области течения получена эмпирическая зависимость коэффициента сопротивления от параметров Рейнольдса в осевом и вращательном движениях жидкости.

4. Разработаны методика, техника и проведены промысловые исследования гидравлических сопротивлений в колонне НКТ действующей скважины, показавшие удовлетворительную сходимость расчетных и фактических величин гидродинамического перепада давления в трубах и крутящего момента на вращение штанг в вязкой нефти.

Показать весь текст

Список литературы

  1. С.Х., Муслимов Р. Х., Касимов P.C. и др. О классификации и рациональном использовании высоковязкой нефти Татарии / Нефтепромысловое дело: Научн, — техн. иформ. сб.- М: ВНИИОЭНГ 1980 № 2 с. 13−14.
  2. А.Н. О рациональных методах откачки нефти из «песочных» скважин. Азерб. нефт. хоз., 1952, № 4.
  3. М.М. Характер вращения бурильной колонны, — Нефть и газ. 1968 № 4, с. 33−36.
  4. М.М. Определение сил сопротивления при бурении скважин.-М.: Недра, 1965.
  5. М.М. Взаимодействие колонны труб со стенками скважины.- М.: Недра, 1982.- 144 с.
  6. ДА. Некоторые вопросы добычи высоковязкой нефти на месторождении Кенкияк // Нефтепромысловое дело: Науч.- технич. информ. сб.- М.:ВНИИОЭНГ. 1981 № 6 с. 19−20.
  7. К.Г., Дашаев Н. Г. Влияние вращения бурильной колонны на потери давления при промывке скважины.- Нефтяное хозяйство 1970, № 2 с. 32−35.
  8. И.М., Шерстнев Н. М. Применение композитных систем в технологических операциях эксплуатации скважин, — М: Недра, 1989.- 213 е.: ил.
  9. Ю.В., Валеев М. Д., Сыртланов А. Ш. Предупреждение осложнений при добыче обводненной нефти.- Уфа: Башкнигоиздат, 1987. 167 с.
  10. A.C. 1 387 568 СССР, МКИ F04B 47/02. Скважинный штанговый насос / Г. В. Пантелеев, С. Н. Закиров, Р. З. Ахмадишин и др. (не подлежит опубликованию).
  11. A.C. 1 555 530 СССР, МКИ F04B 47/02 Скважинная штанговая насосная установка / Р. З. Ахмадишин, P.A. Фасхутдинов, М. Д. Валеев и др. (не подлежит опубликованию).
  12. A.C. 1 500 032 СССР, МКИ F04B 47/02 Скважинный штанговый насос / Г. В. Пантелеев, Р. З. Ахмадишин, С. Н. Закиров и др. (не подлежит опубликованию).
  13. A.C. 1 686 141 СССР, МКИ Е21 В 47/00 Способ определения вязкости нефти в глубиннонасосных скважинах / Н. Г. Галимов, М. Д. Валеев, Р. З. Ахмадишин и др.
  14. P.P. Теоретическое исследование мощности, затрачиваемой на холостое вращение колонны бурильных труб при бурении искривленных нефтяных скважин.- Изв.вузов. Сер. Нефть и газ, 1971, № 8, с. 17−21.
  15. JI.H., Горбатов B.C. Проблемы и перспективы внедрения погружных винтовых насосов при добыче высоковязкой нефти. Нефтяное хозяйство, 1987, № 2.
  16. Ю.А., Гегельская Н. В., Слепян Е. А. и др. Добыча высоковязких нефтей скважинными штанговыми насосами.- Нефтяное хозяйство, 1981, № 7, с.64−66.
  17. Ф.Д. Одновинтовые насосы и гидродвигатели. О.И. На-сосостроение, сер. ХМ-Ч.М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1987, 40 с.
  18. Ф.Д. Повышение эффективности одновинтовых гидравлических машин на основе исследований рабочего процесса и оптимизации геометрических параметров, — Дисс. канд. техн. наук, — М., 1988, 171 с.
  19. Х.М. Применение штанговых глубинных насосов для добычи высоковязкой нефти // Нефтепромысловое дело: Научн, — техн.информ. сб.- М.: ВНИИОЭНГ, 1981. Вып. 9, с. 24−28.
  20. М.Г., Кантовский В. К. Определение оптимальных соотношений размеров рабочих органов одновинтовых насосов.- В кн.: Труды ВНИИгидромаша. М. Энергия, 1971, с. 131−145.
  21. М.Г. К расчету энергетических потерь в одновинтовых насосах. Труды ВНИИгидромаша, вып. 42, 1971.
  22. Г. И. Определение области возможного применения штанговых глубинных насосов для добычи высоковязких жидкостей // Техника и технология добычи высоковязкой нефти: Тр. Ин-та МИНХ и ГП им. И. М. Губкина.- 1982. Вып. 165. с. 107−121.
  23. А.Р. Влияние вязкости перекачиваемой среды на объемный коэффициент многозаходного винтового насоса. Тезисы докладов республиканской научно-технической конференции молодых ученых и аспирантов, г. Уфа, 1991.
  24. М.Д., Хасанов М. М. Глубиннонасосная добыча вязкой нефти. Уфа: Башкнигоиздат. 1991.
  25. Г. Г., Морозов В. Д., Сафиуллин Р. Х. Проблемы скважин-ной разработки месторождений высоковязких нефтей и природных битумов за рубежом // Тематич. научн, — техн. обзор: Сер. Нефтепромысловое дело. М.: ВНИИОЭНГ. 1986. Вып. 19 (126). 49 с.
  26. Винтовые насосы / Д. Ф. Балденко, М. Г. Бидман, В.Л. Калишев-ский, В. К. Кантовский, В. М. Рязанцев.- М.: Машиностроение, 1982.224 с.
  27. Л.В. Анализ работы установок для подъема высоковязких нефтей при термических методах воздействия на пласт // Тематич. научн.-техн. обзор: Сер. Нефтепромысловое дело. М.: ВНИИОЭНГ. 1988. 33 с.
  28. В.И., Шерстнев Н. М., Полубоярцев Е. Л. Методы совершенствования технологии эксплуатации скважин при добыче вязких нефтей // Нефтяное хозяйство. 1981. № 4. с. 40−43.
  29. Добыча тяжелых и высоковязких нефтей / Аметов И. М., Байдиков Ю. Н., Рузин Л. М. и др. М.: Недра. 1985. 240 с.
  30. Забойные винтовые двигатели для бурения скважин / М. Т. Гусман, Д. Ф. Балденко, A.M. Кочнев, С. С. Никомаров.- М.: Недра, 1981, 232 с.
  31. A.A. Исследование кинематики и рабочего процесса одновинтовых насосов. Отчет по теме № 525, ВИГМ, 1956, — 61с.
  32. В.П., Пенкевич C.B., Калинин И. С. О характере вращения бурильной колонны при малых зазорах между трубами и стенками скважины, — Геология и разведка, 1971, № 8, с. 134−137.
  33. A.C. Новые направления в технике и технологии добычи тяжелых углеводородов за рубежом // Тематич. научн.- техн. обзор: Сер. Нефтепромысловое дело. М.: ВНИИОЭНГ. 1989. 47 с.
  34. A.C. Технология и техника эксплуатации скважин с тяжелой высоковязкой нефтью // Тематич. научн.- техн. обзор: Сер. Нефтепромысловое дело. М.: ВНИИОЭНГ. 1989. 47 с.
  35. A.C. Добыча нефти глубинными винтовыми насосами. Нефтяное хозяйство. № 12, 1991 г.
  36. К вопросу о выборе способа добычи высоковязкой нефти / Чиче-ров Л.Г., Ивановский В. Н., Дарищев В. И. и др. // Машины и нефтяное оборудование: Отечеств, произв. опыт: Экспресс-информ. М.: ВНИИОЭНГ. 1984. № 16. с. 4−6.
  37. И.С. О затратах мощности на халостое вращение колонны бурильных труб, — Разведка и охрана недр, 1970, № 10, с. 30−33.
  38. В.Г., Окмянский A.C. Новые данные о затратах мощности при высокооборотном алмазном бурении.- Техника и технология геологоразведочных пород, организация производства. М., ВИЭМС, 1975, № 12, с. 1−24.
  39. И.Н. и др. Винтовой насос. A.C. № 1 580 053 СССР, МКИ Г04 В 47/00- Приоритет 21.06.1983. Опубл. 27.07.90. Б.И. № 27.
  40. А.И. и др. Глубиннонасосная установка с винтовым насосом. A.C. № 1 542 159 СССР, МКИ Г04С 5/00- Приоритет 23.06.1988.
  41. A.B. Одновинтовые насосы.- М.: Гостоптехиздат, 1962 г.
  42. Н. Гидравлика бурения. Пер. с рум, — М.: Недра 1986- 536 с.
  43. В.И. К вопросу вращения бурильной колонны.- Нефть и газ. 1970. № 12, с. 39−41.
  44. М.Г. Экспериментальное исследование ламинарного движения жидкости в кольцевом трубопроводе.- Нефтяное хозяйство, 1971, № 4, с. 62−64.
  45. А.Х. Гидравлика глинистых и цементных растворов.- М.: Недра, 1966.
  46. А.Х., Мирзоян A.A., Гевинян Г. М., Сеид-Рза М.К. Гидравлика глинистых и цементных растворов, — М.: Недра, 1966.
  47. И.Т., Исмаилов A.M., Мамедов Т. М. Модель нестационарного взаимодействия вязкой жидкости со штангами и трубами в скважинной штанговой насосной установке // Нефтяное хозяйство.1990. № 7 с. 71−72.
  48. М.В. Орпеделение рентабельности эксплуатации малоде-битных скважин. Новости нефт. техн., сер.: Нефтепромысловое дело. № 1,ГОСИНТИ, М&bdquo- 1960.
  49. Ф.М. Некоторые вопросы аварийности колонны штанг при добыче высоковязкой нефти // Нефтепромысловое дело: отечеств. опыт: Экспресс- информ./ ВНИИОЭНГ. 1976. Вып. 24. с. 8−11.
  50. A.C. Исследование затрат мощности на вращение бурильных труб в скважинах при больших числах оборотов (до 3000 об/мин). Дис. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. Томск, ТПИ, 1974.
  51. Оценка эксплуатационной надежности установок погружных и электродиафрагменных насосов и разработка мероприятий по увеличению эффективности их работы // Отчет о научно- исследовательской работе,-Уфа: БашНИПИнефть, 1998.
  52. Определение затрат мощности на холостое вращение бурильной колонны в наклонной скважине. / М. П. Гулизаде, Л. Я. Сушон, Л. Я. Кауфман и др. Изв. вузов. Сер. нефть и газ, 1971, № 5, с. 25.
  53. Пат. США № 3 380 531, НКИ 166−45. Способ откачки сырой вязкой нефти. Заявл. 18.05.67- Опубл. 30.04.68.
  54. A.M. Гидродинамика глубиннонасосной эксплуатации. М.: ВНИИОЭНГ. 1972. № 11. с. 25−27.
  55. С.М., Сельский A.A., Чириков Л. И. Анализ результатов опытной эксплуатации скважин штанговыми глубиннонасос-ными установками на Русском месторождении // Тр. ин- та / Сиб-НИИНП. 1981. Вып. 22. с. 21−25.
  56. В.Г., Мухина Т. И. Лабораторные исследования зависимости объемного к.п.д. винтового насоса типа УЭВН 5 от геометрии рабочих органов. Научно- технический сборник «Насосное оборудование для добычи нефти «№ 3. 1990.
  57. Пыж С.А., Харитонов Е. С., Егоров П. Б. Судовые винтовые насосы.- Л.: Судостроение, 1969.
  58. Е.З. Гидравлика. М.: Недра, 1978, 304 с.
  59. Разработка модели энергетической характеристики винтового забойного двигателя для использования ее на стадии проектирования: Отчет о НИР- № Г. Р. 1 880 078 319, — Кировоград, 1989, — 179 с.
  60. A.M. О работе погружных винтовых насосов при добыче высоковязкой или с повышенным газосодержанием нефти. М.: ВНИИОЭНГ, «Нефтепромысловое дело «1976, № 2.
  61. В.Н., Валеев М. Д. Добыча тяжелой нефти Шафра-новского месторождения // Нефтепромысловое дело и транспорт нефти: Научн.- техн. информ. сб. М.: ВНИИОЭНГ. 1985. № 3. с. 1516.
  62. Ю.Г., Терехин Г. Д. Оптимизация работы насосных подъемников при добыче высоковязкой нефти Бугреватовского месторождения // Проблемы изучения залежей высоковязких нефтей: Сб. научн. тр. / Укрниинефть. 1989. с. 121−126.
  63. В.А. Новые направления в технике и технологии добычи высоковязких нефтей. Нефтяное хозяйство, № 5, 1990.
  64. .З. Управление устойчивостью и динамикой бурильной колонны.- М.: Недра, 1991.
  65. Технология подъема высоковязкой нефти на месторождениях Республики Куба / Ю. А. Балакиров, Ю. Д. Абрамов, Ю. Г. Рядов и др. Проблемы изучения залежей высоковязкой нефти: Сб. научн. тр. / Укрниинефть. 1989. с. 103−113.
  66. Трубы нефтяного сортамента. Справочник. Под ред. А.Е. Сароя-на.- М.: Недра, 1987.
  67. Э.М., Климушин И. М., Фердман Л. И. Геология месторождений высоковязких нефтей // Справочное пособие. М.: Недра. 1987. 174 с.
  68. Н.Н. Эксплуатация насосных скважин, содержащих большое количество песка. Азерб. нефт. хоз., № 7, 1953.
  69. Р.И., Есьман Б. И., Кондратенко П. И. Гидравлика промывочных жидкостей. М., Недра, 1976. 294 с.
  70. Эксцентриковые винтовые погружные насосы с приводом на поверхности. Техника и технология добычи нефти и обустройство нефтяных месторождений.- 1988.-Вып. 1.-е. 18−21.
  71. Briggs P.J., Baron R.P., Fulleylove R.J., Wright M.S. Development of heavy- oil reserves // J. Petrol. Technol.- 1988.- Vol.- 40, numb. 2.- p. 206 214.
  72. Byramjee R.J. Heavy crudes and bitumen categoried to help assess resources, technigues // Oil and Gas J.- 1983.- Vol.- 81, numb. 27.- p. 78−82.
  73. Cowlagi C.S. Single screwpumps for oil Industry // Chemistry Engeneering World.- 1989.- 24, numb. 9.- p. 47−48.
  74. Gadelle C.P., Burger J.G., Bardon C.P., Machedon V. Heavy- oil Recovery by in- situ Combustion- Two Field Cases in Romania // J. of Petrol Technol., 1981,-Vol. 33, numb. 11.-p. 2057−2066.
  75. Keelan R.F. How to analyse rod pumps perfomans // World Oil.- 1984, —. Vol. 199.-numb. 4,-p. 95−98.
  76. Rodemip Oil Well Pumps / Institut Francais Du Petrole.- 1989.- sempt-p. 36.
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!