НЕФТЕПРОМЫСЛОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
УДК 622.276.53.054.4 © В.А. Климов, В.М. Валовский, 2015
Об эффективности эксплуатации насосных штанг
В.А. Климов, к.т.н., В.М. Валовский, д.т.н. (ТатНИПИнефть)
Адрес для связи: klimov@tatnipi.ru
Ключевые слова: межремонтный период работы скважин, глубиннонасосное оборудование, насосная штанга, штанговая колонна, напряженно-деформированное состояние, остаточные напряжения, неразрушающий контроль, интенсивность отказов, интенсивность восстановления, наработка, долговечность.
On operational efficiency of sucker rods
V.A. Klimov, V.M. Valovsky (TatNIPIneft, RF, Bugulma)
E-mail: klimov@tatnipi.ru
Key words: overhaul period of wells, downhole pumping equipment, sucker rod, rod string, stress-strain conditions, residual stress, non-destructive inspection, diagnostics, defect, operational damage, reliability, rate of failure, repair rate, run time, service life.
The paper considers ways to improve efficiency of beam-pumping wells by means of enhanced reliability of sucker rods. The proposed method for operation of sucker rods relies on technical condition of pumping equipment rather than purpose of application. Achievement of the best economic balance between reliability of rod strings and service life of sucker rods combined with technical-condition evaluation maximizes efficiency of downhole pumping equipment. Besides, this method ensures the utmost overhaul period which is defined by natural physical constraints.
Совершенствование методов эксплуатации насосных штанговых колонн как одного из ключевых элементов установок скважинных штанговых насосов (УСШН) направлено в первую очередь на увеличение экономической эффективности добычи нефти, которая в значительной степени определяется эксплуатационными энергетическими затратами на подъем жидкости и связана с недобором нефти, зависящим от частоты и продолжительности текущих ремонтов скважин (ТРС).
Большая доля потерь от ТРС в составе эксплуатационных затрат вынуждает искать методы оптимизации последних. Современный подход к оптимизации эксплуатационных затрат включает, с одной стороны, снижение частоты ремонтов с целью обеспечения длительного и безаварийного функционирования УСШН, с другой -максимальное использование ресурса оборудования. Это обусловлено как существенными потерями при проведении ТРС по сравнению со стоимостью штанговой колонны, так и высокой стоимостью восполнения оборотного фонда насосных штанг в условиях увеличения цен на металл. Обязательным условием при этом являются сохранение добычи нефти и снижение темпов обновления основного нефтепромыслового оборудования. Необходимость применения системного подхода к решению задач увеличения экономической эффективности глубиннонасосного оборудования и снижения влияния отказов штанговых колонн на длительность ТРС приобретает решающее значение при оценке эффективности использования оборудования для разработки мероприятий по регулированию рентабельности добычи нефти. Вместо методов эксплуатации, основан-
ных на накоплении производственного опыта и его эмпирическом использовании, предложен метод эксплуатации насосных штанг с учетом их технического состояния [1, 2]. Данный метод должен быть направлен на увеличение полезной отдачи глубиннонасосного оборудования путем установления экономически оптимального соотношения параметров безотказности штанговых колонн и долговечности насосных штанг за счет достоверной оценки их технического состояния и прогноза его изменения в процессе эксплуатации.
Исследования [2] и практическое совершенствование [1] методов эксплуатации насосных штанг с учетом их технического состояния базируются на значительном производственном опыте, отраженном в монографиях, статьях и инструкциях многочисленных авторов. Как правило, скважины, оборудованные УСШН, эксплуатируют участки с трудноизвлекаемыми запасами. При этом на последней стадии разработки месторождений возникают осложнения [3], снижающие сроки безаварийной эксплуатации. В связи с отмеченным особого внимания заслуживают вопросы поиска и реализации новых технических и технологических решений повышения надежности штанговых колонн с целью увеличения сроков безаварийной эксплуатации скважины путем улучшения их конструкции и потребительских свойств.
Таким образом, современный подход к повышению эффективности эксплуатации скважин имеет два предмета исследования и поиска способов разрешения противоречия одновременного предъявления жестких требований к надежности и долговечности штанг в усложняющихся условиях эксплуатации скважин на последней стадии разработки месторождений:
1) эффективное использование имеющегося ресурса штанговой колонны и его оптимизация с учетом условий работы в добывающей скважине;
2) повышение ресурса штанговой колонны путем совершенствования ее характеристик и приспособленности к условиям работы в добывающей скважине.
Основными известными направлениями повышения работоспособности штанговых колонн следует признать конструктивные методы, такие как, например, резервирование [4], применение в составе штанговых колонн специальных элементов, снижающих напряжения [5], использование специальных сталей и методов обработки при изготовлении насосных штанг, повышающих их надежность в условиях эксплуатации, в частности увеличения стойкости к сероводородному коррозионному растрескиванию [6].
В работе [2] предложены единичные показатели надежности, которые можно использовать для разработки комплексных показателей. Следует отменить, что показатель надежности должен выполнять регулятивную роль при эксплуатации для выбора и правильного использования облегчающих условия добычи нефти ранее разработанных многообразных технических решений. С точки зрения теории надежности скважина является ре-конфигурируемой средой, в которой работает оборудование. Совместно они образуют также реконфигурируе-мую технологическую систему. Поэтому введение научно обоснованной совокупности критериев отказа для элементов штанговой колонны на различных этапах ее работы в составе системы невозможно без экспериментального обоснования полноты оценки надежности, определения функции распределения статистическими методами, наглядности, непротиворечивости установленных критериев иным критериям качества системы, возможности применения для оценки надежности других более общих показателей. Задача обеспечения надежности на основе показателей значительно упрощается, если перечисленные выше требования учесть при проектировании штанги [4].
Частота обрывов насосных штанг существенно зависит от их технического состояния, что подтверждается исследованиями [2, 7] и результатами комплексных испытаний средств диагностики [8]. Более того, невозможно использовать критерии надежности для управления эффективностью добычи без регламентированного уровня технического состояния штанг. В связи с этим значимую роль в обеспечении безаварийной работы УСШН играют методы технического обслуживания и ремонта насосных штанг. Высокий уровень качества системы технического обслуживания и ремонта [1] является необходимым условием поддержания работоспособного технического состояния насосных штанг и сохранения рентабельности добычи нефти на поздней стадии разработки [9].
В настоящее время для оценки технического состояния в комплексах средств технического диагностирования (СТД) используются разные методы неразрушаю-щего контроля, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки, что обусловлено недостаточной степенью унификации диагностического обеспечения в части приспособленности штанг к методам диагности-
рования, достоверности, точности и затрат на диагностирование, но самое главное - отсутствием унифицированной диагностической модели. Результаты комплексных исследований, восполняющих знания об эффективности тех или иных методов и технологий технического обслуживания, приведены в работах [2, 7, 8]. Оценка технического состояния штанг при техническом обслуживании и ремонте предполагает обязательное использование средств неразрушающего контроля. Неправильные определение структурных параметров диагностирования и выбор диагностической модели, неверная интерпретация связи структурных и диагностических параметров могут привести не только к значительному увеличению экономического риска при эксплуатации штанговых колонн из-за неоправданного повышения частоты ТРС, но и к прямым потерям от неиспользования оборотного фонда [8].
Интересным направлением исследований по оценке надежности работы штанг является их диагностика в полевых условиях. В частности, в работе [10] показана применимость метода виброакустической эмиссии для диагностики штанг на устье скважины. К сожалению, опубликованы лишь результаты лабораторных исследований. Наиболее эффективное диагностическое обеспечение, а также наилучшие приспособленность к условиям использования и надежность штанг можно обеспечить при их разработке, задавая параметры возможных технических состояний при эксплуатации.
При разработке трудноизвлекаемых запасов, значительную часть которых составляют высоковязкие нефти, рациональными являются поиск и реализация в промышленных масштабах мероприятий, направленных не только на борьбу с осложнениями при добыче нефти, но в первую очередь на предотвращение их появления или повышение стойкости оборудования к влиянию осложнений [9]. Один из эффективных способов снижения обрывности штанговых колонн - уменьшение частоты качаний привода, что без потери добычи нефти достигается применением длин-ноходовых приводов скважинного штангового насоса [11]. Однако повсеместное внедрение приводов может быть экономически оправдано и эффективно после расходования парка станков-качалок, имеющих продолжительный ресурс долговечности. Кроме того, внедрение приводов не решает в полной мере проблемы надежности работы штанг в глубоких, искривленных скважинах и при добыче высоковязкой нефти.
Недооценка технического состояния штанг перед применением в скважине приводит к риску необоснованных затрат на ТРС и значительным потерям от недобора нефти. В то же время одновременное предъявление более жестких т
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.