автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.06, диссертация на тему:Исследование сил механического трения штанговой колонны о насосно-компрессорные трубы в искривленных скважинах

.юсиоис&ы ордена октябрьской разошли а

ордена. трудового красного зшш1и институт ¡еш и газа ялени и.xгубкина

На правах рукописи УДК 622.276.5.001

622.276.006:62-19

_/

Хаигзльдин Ирек Ильдусович 1

ИССЛЕДОВАНИЕ СИД .ШАНЙЧЕСКОГО ТР2НИЯ ШТАНГОВОЙ КОЛОННЫ О НАСОСНО-КО./ПРЕССОРНЫЕ ТРУБЫ В ИСКРИВЛЕННЫХ СКВАЖИНАХ

Специальность 05.15.06 - "Разработка и эксплуатация нефтяных

и газовых жстороздений"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой.степени кандидата технических наук

Москва 1990

Работа выполнена в Московском ордена Октябрьской Революции и

ордена Трудового Красного Знамени институте нефти и газа имени И.М.Губкина.

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор И.Т.Мищенко Официальные оппоненты:

доктор технических наук О.В.Чубанов

кандидат технических наук Э.С.Гинзбург Ведущая организация - ПО "Башнефгь"

Защита диссертации состоится " Я " ÜKMJiSflJL 1990 г.

iroo

в часов яа заседании специализированного Совета К 053.27.08 •

по защите диссертаций на соискание ученой степени' кандидата технических наук при Московском институте нефти и газа им. И.М.Губкина по адресу: II79I7, ГСП-I, Москва, Ленинский проспакт, д. 65, ауд.

С диссертацией мояно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослал " 3 " бёНШЯё'р.Л 1990 г/

Ученый секретарь специализированного Совета К 053.27.08 кандидат технических наук, доцент А.О.Палий

ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ

Актуальность проблегдк Эксплуатация нефтяных месторокдений осущестшшется во все ослояняэдихся геолого-технических н шзико-хиадических условиях. Основным способом добычи не'бти продолжает оставаться глубиянонасосгош, на долю которого приходится большая часть эксплуатационного фовда скважин. Одним из Факторов, значительно осложняющих эффективность использования скваяинннх штанговых насосных установок /СШНУ/, является повышенная кривизна скважин.

В искривленных скважинах происходит интенсивное трение зтаи-говой колонны о насосяо-кошрессорные трубы /НЕСТ/. Трение Еызнвает истирание поверхностей колонны труб и штанг, увеличивает в штангах амплитудные напряжения и, в итоге, приводит к снякению надежности глубиннонасосного оборудования из-за обрыва штанговой колонны.

Обеспечение большей продолжительности межремонтного периода работы глубиннонасосяых установок может быть достигнуто благодаря правильному подбору оборудования. Основным критерием подбора оборудования при глубиннонасосяой эксплуатации является расчет экстремальных нагрузок. В искривленных скваяинах на силы механического трения может приходится доминирующая часть в экстремальных нагрузках, поэтому необходима их точная количиствеяная оценка.

Помимо сил механического трения в искривленных скваяинах на штанговуи колонну действуют: статические, инерционные я вибрационные нагрузки, а такхе силы гидродинамического сопротивления. Традиционные методы оценки ..эактичесхях значений сил механического трения исходят из интегральной нагрузки и, тем самым, делают невозможным определение их истинных величин . Поэтому исследование сил

механического трения штанговой колонны о НХГ в искривленных сква-зшах к создание методики их. количественной оценки в зависимости от параметров, характеризующих профиль ".скривленных скважин, является актуальной народно-хозяйственной задачей.

Работа выполнялась в соответствии с целевой комплексной на-учно-техническо" программой О.Ц.ОО! "Создание и широкое применение комплекса методов и технических средств для повышения нефтеотда- \ чи пластов до 55-60% и интенсификации разработки нефтяных месторождений" по постановлении Государственного Комитета СССР и Академии наук СССР от 12 декабря 1980 г. В 474/250/132 с полностью соответствует профилю и тематике научных исследований ка$едрн "Разработка и эксплуатация нефтяных.местороццекпй" Московского института нефти и газа им. И.ХЕубклна.

Нельа диссертапконной т?аботн является доследование сил механического трения итакговоЗ: колонна о насосяо-ког.арессорные трубы в искривленных схванияах, вкллчаащее разработку метода определения фактических значений сел механического трения, а такяе их-количественную оценку в зависимости от совокупности параметров кривизны для использования при оптимизации работы СШНУ.

Для достижения поставленной цели решены следующие основные задачи:

- экспериментальное исследование влияния профиля искривленных скваяпн на величину сил механического трзяия птанговой колонны о внутреннюю поверхность ЖТ в промысловых условиях;

- создаше прибора для проведения указанных исследований;

- разработка методики разбиения профиля искривленных скваиин на основные интервалы /вертикальны;'!, набора кривизны, условно-наклонный и т.п./;

- выбор геометрических параметров с помогаю которых характеризуется искривление выбранных основных интервалов профиля и определ<

ние их численных значений; обоснование методов их исследования и анализ особенностей;

- анализ взаимосвязей совокупности параметров и определение минимально необходимого их набора для количественной оценки и прогнозирования сил механического трения;

- оценка степени влияния параметров кривизны на силу механического трения;

- адаптация известных методик расчета сил механического трения /выполнена на примере месторозздекий ПО "Башнефть"/.

Научная новизна работа состоит в следующем.

Разработал новый жтод определения фактических сил механического трения, заключающийся в проведении измерений нагрузки в тотае подвеса штанг, не несущих нагрузки от веса столба кидкости. Разработан метод моделирования в стволе одной искривленной сквазяны, различных по характеристикам кривизны вариантов профилей, состоящий в ступенчатом изменении длины штанговой колонны в полости подъемных труб неизменной длины. Подана заявка на изобретение.

Разработан метод построения количественной зависимости сил механического трения от параметров профиля искривленных скванин, основанный на выделении основных интервалов профиля искривленных скважин; выявлении взаимосвязи мезду совокупностью параметров, харгстзразувших искривление профиля скваяия и установлении минимального набора этих пар.метров, а такзе определении степени их влияния на величину сил механического трения.

Практическая ценность и леадизаиид результатов. Разработанный способ исследования схзагин позволяет выделять силы технического трения, действующие ка штанговую клонну в искривленных сква:жнах, и проводить их непосредственное измерение. Это дает возможность установить какие из параметров профиля искривленных сквахян, в основном,

влияют на величину сил: механического трения, a также адаптировать известные методики расчета сил механического трения, основанные на определении нормальных лрютмагащюс сиц к конкретным условия:.: эксплуатации путем подбора оптимальных значений величин коэффициента трения и длины шага расчета.

Методика для выделения основных интервалов профиля шввт бить использована дяя классификации искри зленных скважин с целью повышения {гйзктивяостн эксплуатации глубшшонасооного оборудования, путем составления оптимальных графиков проведения-подземных ремонтов.

Полученные количественные зависимости использованы при подборе конструкции штанговых колонн СПШУ, эксплуатирующихся в искривленных скванинах ПО "Башнефть".

методика построения количественной зависимости сил механическо го трения от параметров, характеризующих кривизну скважин, может быть использована на стадии проектирования работы СШВУ .на новых нефтяных месторождениях, например, Западной Сибири, а так не для выбора оптимальных профилей при строительстве наклонно направленных скважин, предназначенных к глубиннонасосной эксплуатации.

Апообадия диссертации. Основные долоеэния диссертации были доле вены на: П Московской научно-технической конференции "Молодежь - на учно-техкическому прогрессу в нефтяной и газовой промышленности", /Москва, 1988 г./, XHXI-й научно-техническок конференции студентоЕ аспирантов и молодых ученых Башкирии /Уфа, 1990 г./, научных сешне pax кагаедры "Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений" МИШ им. И.М.Тубюша /1988-1990 гг./.

Публикации. Основные результаты исследований изложены в пяти работах.

Структура и объем тгос.вртятпто- Диссертация состоит из введети четырех глав, основных выводов, списка литературы и трех приложен^

Содержит стра:шц машинописного текста, рисунков, приложений, таблиц.

содержание работы

В первой главе рассмотрено состояние проблемы учета сил механического трения штангозой колонны о НКТ при эксплуатации СШНУ а искривленных скважинах и методы определения их фактических величин.

Вопросам, касающиеся трения штанговых колонн о НКТ, уделено внимание в работах советских и зарубежных исследователей: Адонина А.Н., Алиева Ш.Н., Афанасьева В.А., Вирновского A.B., Гадиева СЛ., Грабовича В.П., Зубаирова С.Г., Кадыгловой Х.С., Крумаяа Б.Б., Пе-сляка Ю.А., Пирвердяна А.а., Султанова Б.З., Троицкого 3.3., Ураза-кова K.P., Нарнпова А.Х., üftagotescu 0., Jones D.H., Lynch J. i., Riinuts Ш, Marihanß. других. Эти работы включают аналитические, лабораторные и промысловые исследования.

Б аналитических исследованиях катанка ;iacocsr: гсанг рассматривается как гибкая тяжелая нить, на которую действуют составляющие суммарной дринимаэщей силы, обусловленные собственным весом колонны и растягивающим усилием. Количественная оценка суммарной прзлшлаищей силы производится согласно методикам, по разному учитывающим информацию о профиле скважин и величину отдельных составляющих. Информация офофиле скважин содержится в инклинограглмах, являющихся поинтерваль-ной записью зенитных и азимутальных углов оси скваяин. По использования инклинограмм существующие методики могут быть сведены з две группы: в первой - осуществляется схематизация про-йиля /предстазле-ние его в виде элементарных участков/, во второй - зенитные углы из инклинограмц наряду с азимутальными, служат исходным! данными в расчетных формулах.

Анализ методик показал, что для одних и тех не условии они дают количественную оценку прш^ншших сил, отличшо-:щпася в несколько раз. Установлено, что методики, в основе которых лег.ат 'Т)ор:.тулы Нирвердя-яа АЛ. и Песляка ¡O.A., являются наиболее строгими. Сравнение результатов расчета по этим формулам, проведенное для ряда скваяин, имеющих существенное простанственное искривление, позволило установить, что качественный характер действия лрияимаащей силы, описываемый ими, практически полностью совпадает, однако количественная оценка в значительной степени отличается. ■ Поэтому обеспечить объективную проверку пригодности существующих методик и определить их погрешность, невозможно без проведения специальных промысловых исследований.

известные лабораторные исследования проводились на модельных стендах с образцами штанг и насосно-компрессорных труб, в них изучалось влияние на величину коэффициента трения, свойств смазывающих зидкостей /плотности и вязкости/. Сопоставление экспериментальных данных, полученных разными автора®, говорит о том, что имеющиеся pe-v зультаты являются частными случаями, т.к. зачастую носят противоречивый характер. Сделан вывод, что строгих рекомендаций к выбору величины коэффициента трения в зависимости от плотности или вязкости кздкостеЗ, смазывающих поверхность штанг и ЕКГ получить невозможно, поэтому даже при правильном определении,-суммарной принимающей силы штанговой колонны к НКТ в искривленной скважине, количественная оценка силы механического трения может различаться в 5 раз, т.к. согласно справочной литературе, величина коэффициента трения составляет 0,11-0,60. Показано, что установить истинное значение коэффициента трения копно только путем экспериментальной проверки в промысловых условиях известных аналитических формул для расчета прааималщих сил, причем отличие свойств жидкостей /плотности и вязкости/, при проведении исследований в разных скважинах не должно превышать 10%.

Рассмотрены существуг.еюе способы определения фактических значе-1ши сил механического тре.'шн штангових колонн о НКТ в искривленных скважинах, использующиеся при проведении проглысловых исследовазшй. Применяется два способа: по разницо расчетных и фактических значений экстремальных нагрузок, действующих в точке подвеса штанговой колонны и по, так называемому, "хвосту незалолнения" динамограмш работы насоса. Недостатками этих способов является их низкая точность, т.к. ими не обеспечивается прямое измерение сил механического трения, а . определение нагрузок осуществляется прибором /гидравлическим динамографом/ собственная абсолютная погрешность которого, сопоставима с самими искомыми величинами. Это не позволяет рекомендовать применение указанных способов для ■Фактического подтверждения каких-либо аналитических методик расчета сил механического трения.

Зшолнедай ааалнз состояния лробле:с; расчета и определения фактических значений сил механического трения штанговых колонн о НКТ в искривленных сквакинах, позволил сделать следующие выводы:

- в настоящее время отсутствуют достоверные, 'фактические данные

о величинах сил механического трения, декстзудаих на штанговую колонну в искривленных скваяинах, давдие возможность сравнить аналитические методики и установить истинную величину коэффициента трения для каких-либо конкретных условий эксплуатации;

- рекомендации, предлагаемые для выбора величины коэффициента трения з зависимости от вязкости ж плотности жидкости, смазывающей поверхность штанг и труб, являютсй не конкретными и не обеспечивают возможность их использования;

- существующие метода косвенного определения сил механического трения не обладают достаточной точностью, необходимой для зактнческо-го подтзерудения известных аналитических методик;

- приборы, используемые для проведения промысловых исследований

/гэдрадичоские дшшюга.щ/, имеют погрешность, соцосташи^ по абсолютной ве.'пчлне с аила'.и механического трзния к , поэтому, с их помощью нельзя достичь адекватности получаемой и:-:}ор:.шции (фактическим величина;.].

- 13 заглаченж главы на базе проведенного анализа сформулированы цолп и задачи диссертационной работы.

Во зтооой глазе изложена методика проведения промысловых исследований по определенна 'Тшсткческих величия сея гаэханическаго трения к принципы выбора скважин для исследований, описание экспериментальной аппаратуры ¡: ее технические характеристики, обработка экспериментальных данных, а так не оценка погрешностей.

\

При разработке методики проведения промысловых исследований были соор.чулировакы оскозние требования, выполнение которых обеспечивает зозмоеность:

- выделения сил механического трения из суммарной натрузки7 действующей на стангозуго колонну при ее возвратно-поступательном движении в полости подъемных труб искривленных екзаяин;

- сопостовимости результатов измерений, проведенных на разных скваишах;

- использование минимального числа сквакин'.

Обеспечение указанных требований достигалось благодаря использованию способа исследования глубиншнасоскых сквакин, сзчцность ^ко-торого заключается в измерении усилий, действующих в точке подвеса, на штанговую колонну, не яесутцую нагрузи от веса столба жидкости, при ступенчатом изменении ее длины.

Ступенчатое изменение длины штанговой колонны производилось во зре.мя проведения на скваишах подземных ремонтов, связанных с ликвидацией обрыва насосных итаыг пли сменой глубинного насоса. Зто позволяло проводить эксперименты, как при подъеме, так и при спуске

üiTrnirouu:-: колони, что обсспо'шоаот возможность модолнрозаш:: до восьми «poimoii с разнол стопоньв upaлизни в стооло одно:; скваглиц при непзмзннцх сво:;стзах -.едкости и слоях смазки на поиархностях атанг, ну.ут и IKT.

13озвратно-поступательноэ движение штанговой колонне сообщалось с помощью станка-качалки /СХ/. Для этого, после каждого изменения длина колонны, CIÍ приводился в рабочее положение. С цель» иснлаче-ния составляющих нагрузки, обусловленнш; динамическими сялагля и силами гпдродпна^ггэс^тх сопротивлений, перемещение штанговой колонны производилось со скоростыз меньией, чем эксплуатационная. Такое пе-реглещение обеспечивалось путем использования груза на крязопипном валу редуктора станка-качалки и ручного тормоза при откдзчеяно:.; электродвигателе. Груз фиксировался в верхнем положении со сжсеяннм центром массы, чтобы з результате ослабления тормоза начиналось его движение под действием сшш тяжести. За счет сил тяжести и инерции, груз совершал глаятниковые качания, регулируемые с аомоцыо тормоза, что приводило к медленному возвратно-поступательному дз»жен:а лтанго-вой колонны.

Сквагины для исследований выбирались исходя из анализа ннклкно-грамм и свойств откачиваемой жидкости. Если скважина имела существенное пространственное искривление /максимальный зенитный угол более 30°, смещение забоя более 300 метров при изменениях азимута на интервале 20 метров до 12°/ и свойства жидкости /плотность и вязкость/ но отличались от срздЕгх по ¡лэсторогдешю более, че:д на 10%, то она гп'лочзлась в число исслэлуз:д£-:.

"зглереняо нагрузок производилось с по\!о:;ап спетютльяо собранной азторо;.: аппаратур:;, которая нютчает:. силопзчерататьяии ?лок, состоящий нз двух.стальных крзпленлм I и двух тензодатчиков 2, размещаемый медду траверса:® канатной подвеска станка-качалки 3; цафро-

поз зало'х:'-:а:о:г.зо устройство 4; циоровоЛ .миллизольтметр 5 и самопи-

Тензодатчпкя преобразуют нагрузку в аналоговый электрзчесхаш • сигнал, который записывается цифровым запоминают!" устройством. • Устройстзо поззояяет записывать сигнал с высокой скоростью и, затем, воспроизводить его с медленной требуемое число раз. Это дает возможность максимально точно количественно оценивать нагрузку, воспринимаемую тензодатчихама, несмотря на частое изменение ее величины, происходящее из-за перемены направления движения штанговой колонны.

В памяти запоминающего устройства записывается 200 ци фровых значений поступающего сигнала. При воспроизведении записанные значения могут быть представлены в аналоговой виде на ленте самописца /Рис.2/.

Поскольку воспроизведешь происходит достаточно медленно / I показание в секунду/, ю записанный, сигнал мокет воспроизводиться на лепте в наибольшее масштабе без погрешностей, обусловленных инерцион-

сец С /;\:с. I/.

1

Рис. I Аппаратура для проведения промысловых исследований

- гг -

носгью дннжурщхся частей самописца, величина сигнала а каздой из 200 точек в цифровом виде представляется на индикаторе милливольтметра. Для наиболее 'достоверного определения величины нагрузок в интересующей точке, предусмотрена остановка воспроизведешь с лослэдукшм его продолжением в ручном режиме.

до проведения промысловых исследований, данная аппартура подвергалась тарировочным испытаниям метрологической службой Уфимского авиационного института им. С .Орджоникидзе. В результате испытаний установлено, что она позволяет измерять нагрузки в диапозоне от 0,4 до 60 кН с точностью - 0,15 кН.

Разработанный способ исследования скважин и собранная аппаратура позволили:

- на одиннадцати исследованных скваетнах получить сорок один вариант профилей различной степени кривизны;

- выделить в "чисток? виде силы механического трения из суммарной нагрузки, действующей на штанговую колонну;

- с высокой точностью измерять нагрузки в точг.е подвеса итаяг при их возвратно-поступательном движении в скважине.

Экспериментально определенные фактические величины сил механического трения штанговой колонны о НКТ дали возмозшость произвести

Цл

г,с

Рис. 2 Вид аналоговой записи движения штанговой колонны, получаемый на лентэ самописца

оценку существующих методик расчета механического трения основанных на вычислении общей нормальной силы /Иесляка ¡O.A. и Пирвердяна А.У./.

Но группе исследованных скважин была определена средняя относительная погрешность по каждой из методик. Для методики Песляка D.A. наименьшая средняя относительная погрешность /в диапазоне значений коэффициента трения от 0,17 до 0,22/ составила 23$, для методики Пирвердяна АЛЛ. /в диапазоне значений коэффициента трения от 0,25 -0,30/ - 24$. '

В третьей главе разработаны метод и методика количественного анализа зависимости сил механического трения от совокупности параметров, характеризующих профиль искривленных скважин.

Метод количественного анализа заключается в последовательном решении следующих взаимосвязанных задач:

- выделение участков" профиля с основными интервалами из всей конфигурации ствола искривленной скважины;

- расчет параметров, характеризующих степень искривленности участков профиля искривленных скважин;

- анализ структуры их взаимосвязи;

- построение количественных зависимостей сил механического трения от минимального числа параметров кривизны на основе перехода к независимым переменным.

Показано, что на величину сил механического трения влияет совокупность параметров, которыми может быть описан каждый участок профиля искривленных скважин. Этими параметрами являются:

- смещение;

-абсолютное удлинение; <■

- радиус в. плоскости искривления;

- максимальное изменение пространственного угла;

- средневзвешенное значение изменения пространственного угла;

- максимальное значение зенитного угла;

- средневзвешенное значение зенитного угла;

- максимальное изменение азимутального угла;

Для определения координат оси скважин в которых имеет место переход от одного участка к другому, например, от участка набора кривизны к условно-наклонному, была исследована зависимость величины пространственного радиуса от текущих координат оси скважин.

Использование пространственного радиуса в качестве определяющей характеристики для выделения участков профиля, продиктовано тем, что он является наиболее чувствительной неличиной к изменению текущих координат.

Поскольку вышеуказанные' параметры определяются текущими координатами, очевидно, что они взаимосвязаны.

Взаимосвязи исследовались на основе парных коэффициентов корреляции. Анализ матриц парных коэффициентов корреляции между параметрами кривизны для типичных профилей месторждений Башкирии выявил их плохою обусловленность /близкий к нулю определитель, близкое к нулю минимальное собственное число, высокое значение меры обусловленности/, что может быть связано с наличием существенной линейной взаимосвязи между параметроачи или группами . параметров. Таким образом, основной особенностью параметров является их достаточно большое количество и наличие близких к линейным взаимосвязей между ними.

Большое число параметров не позволяет,выделить группы взаимосвязанных параметров только на основе визуального анализа значений пар.-ных коэффициентов корреляции. Поэтов для анализа структуры взаимосвязей параметров, характеризующих про;^иль искрналенных скважин, обоснован переход от исходных взаимосвязанных параметров к независимым переменным по моделям факторного анализа.

Обычно первые т независимых переменных составляют подавляющую долю дисперсии всех п параметров. Поэтому значение каждого параметра кривизны выражается через меньшее число независимых переменных:

х^ , и)

т — _

¿-1 А/, ¿ИП,

1 а.]? р-1 т,

где * Лр Г1 4 '

X - матрица нормированных средних значений параметров; ¿Г/л - подматрица матрицы Я размерностью Ш*Н ; Ат - подматрица матрицы А размерностью Л*/77 ; Яр - р~ое собственное число матрицы парных коэффициентов корреляции между параметрами;

Уравнение (I) является факторной моделью исходного взаимосвязанного кошшекса.

Каждый. параметр может быть представлен геометрически векторам в пространстве независимых переменных. Проекции векторов на оси координат /независимые переменные/ равны коэффициентам корреляции /фак-г торным нагрузкам/ соответствующих параметров с независимыми переменными. Скалярное произведение нормированных векторов, равное косинусу угла между ними, характеризует взаимосвязи параметров.

Параметры, статистически связанные только с одной и той же независимой переменной, образуют группу параметров, несущих одинаковую

информацию для оценки сил механического трения. Параметры статистпче-

г

ски связанные с несколькими одинаковыми переменными такке образует группу, если знаки соответствующих факторных нагрузок одинаковые или противоположные, причем в большинстве случаев удается выделить минимально необходимый набор параметров, позволяющих оценить силы мехаки-

ческого трения штанговой колонны о НКТ с заданной точностью.

Показано, что все изменения параметров, характеризующих профиль искривленных с к вата н могут быть описаны меньшим числом независимых переменных. • .

Анализ степени влияния на величину сил механического трения параметров, характеризующих профиль искривленных скважин, проводится по регрессионным моделям на основе независимых переменных, построенным для заданных интервалов изменения параметров:

¥= й '¿т, (2 )

/77 ^ _

1р-1р1, г-у,/К

а р-1

где

У - вектор нормированных оценок;

- элемент вектора ;

Ъ - вектор оценок коэффициентов регрессии;

- элемент вектора $ ;

Показано, что использование модели (2) дает возможность учесть характер взаимосвязей параметров, повысить точность оценки коэффициентов модели, снизить трудоемкость вычислительных процедур.

При оценке степени влияния параметров, характеризующих искривленный профиль сквакины, определяется процентное изменение сил механического трения, соответствующее изменению каждого параметра в пределах построения модели, с учетом их взаимосвязи.

На основе метода количественного анализа разработана методика построения количественнных зависимостей сил трения от совокупности параметров кривизны. Методика разработана применительно к ЭВМ.

Четвертая глава содержит результаты количественного анализа сил механического трения для типичных профилей наклонно направленных

скважин, эксплуатирующихся производственным объединением "Башнефть"; расчет экстремальных нагрузок с использованием предлагаемых зависимостей и адаптацию известных методик для расчета сил механического трения, основанных на расчете общей прижимающей нормальной силы.

Апробация метода проводилась по сорока одному варианту пройиля искривленных скватлн, способ получения которых приведен во второй глазе. '

13 результате решения взаимосвязанных задач-, входящих в метод комплексного анализа, выбран минимально необходимый набор параметров кривизны, несущих различную информацию для оценки сил механического трения:

- смещение , О, ju

- максимальный пространственный угол на участке набора кривизны,

HJJ

град/гол, 0 4 11;

- максимальный зенитный угол на условно-наклонном участке

4L. ^ 3 ^

Получена зависимость для количественной оценки сил механическое треняя от указанных параметров и веса штанговой колонны. Доверительный интервал оценки фактических величин сил механического трения по этой зависимости составил + 0,60 кЕ. Доля моделей профиля искривленных- сквагин для которых оценка сил механического трения выходит за пределы доверительного интервала не превышает 10%.

Изменение сил механического трения, соответствующее изменению веса штанговой колонны, смещению, максимального пространственного угла ка участке набора кривизны, максимального зенитного угла на

услозко-накдонном участке в пределах построения модели /с учетом их

<

взаимосвязей/ составило соответственно: 93,9/», 81,6,6$, 69,8$.

Подтверждена возможность использования полученной количественно: зависимости в целях прогнозирования сил механического трения, путем

сравнения с тактическими значениями по десяти сквачишам, не вошедших в исходные дашше при построении модели. Показано, что относительная погрешность прогноза не превышает 8.?.

полученная, количественная зависимость проверялась на действующих глубиннонасосяых установках, работающих в искришгеяных сквакинах. С помощью экспериментальной аппаратуры, описанной во второй главе, измерялись нагрузки, действующие на штангову» колонну в точке подвеса, и сравнивались с расчетным значешгями отделенными с использованием полученной количественной зависимости. Показано, что результаты расчетов хорошо согласуются с фактически:.-!;! величинами. На исследованных скважинах средняя относительная погрэяяость составила 12%.

На основе фактических значений сил механического трения, определенных на сорока одной модели профиля искривленных скваяин, установлены длина шага расчета и величина коэффициентов трения, использование которых, позволяет применять методики расчета механического трения Пирвердяна к.Ш. или Песляка Ю.а. доя условий Баокирии с шнималь-ной средней относительной погрешностью.

общие вывода

Общие выводы и результаты работы сводятся к следупщему:

1. На основе анализа аналитических зависимостей и методик для расчета сил механического трения штанговой колонны о ЕСТ в искривленных скваяинах выявлено, что до настоящего времени, они не были проверены и подтверждены результатами достоверных промысловых исследований.

2. Разработан способ исследования глубнннонасосянх скважин, позволяющий:

а/ выделять силы механического трения из суммарной нагрузки,

действующей на штанговую колонну в точке подвеса при ее возвратно-поступательном движении в полости подъемных труб и производить их прямое измерение;

б/ моделировать различные по кривизне варианты профилей в стволе одной скваазшы.

3. Собрана аппаратура, обеспечивающая возмонность, с точностью

+ 0,15 кН в диапазоне от 0,4 до 60 кН, измерять нагрузки в точке подвеса штанг станка-качалки.

4. В результате исследований величины сил механического трения штанговой колонна о НКТ в скважинах ПО "Башнефть" выявлено, что указанные силы могут составлять до 40$ от экстремальных нагрузок в точке подвеса штанг.. Это обуславливает необходимость их учета при проектировании и оптимизации работы СШНУ, а такке разработки мероприятий по снижению отрицательного влияния кривизны сквалкн на эффективность эксплуатации глубишонасосянх установок.

5. Показано, что при оптимизации работы СШНУ в искривленных скважинах необходимо учитывать всю совокупность промысловых факторов влияющих на величину сил механического трения, с помощью разработанного метода количественного анализа.

6. В целях выявления и ранжирования факторов, влияющих на величину сил механического трения штанговой колонны о НКТ, разработан метод количественного анализа, заключающийся в последовательном ре- • нении таких взаимосвязанных задач,' как: анализ взаимосвязей факторов, в том числе параметров, характеризующих профиль искривленных сква-вин; оценка степени их влияния на трение;'построение количественных зависимостей для оценки и- прогнозирования трения.

7. Показано, что использование количественных зависимостей сил механического трения от совокупности параметров кривизны для глубин-нонасосных скважин ПО "Башнефть" обеспечивает точность оценки сил

механического трения на 10—20$ большую, ло сравнению с существующими методиками в 87$ исследовании скважин.

8. Впервые найден минимальный набор параметров необходимый и достаточный для количественной оценки сил механического трения штанговой колонны о НКТ в искривлен1шх скважинах, а также оценена степень влияния этих параметров. Зто позволяет существенно снизить трудоемкость вычислительных процедур и обоснованно предъявлять требования к профилю искривленных скванин предназначенных для глубинно-насосной эксплуатации.

9, Впервые осуществлена проверка существующих методик расчета сил механического трения, а таюте найдены те значения коэффициентов трения и длины интервалов расчета, которые позволяют использовать существующие методики расчета сил механического трения с минимальной средней погрешностью в условиях месторождений Башкирии.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Хангильдин И.И. Прибор для точного измерения усилий на полированном штоке СШНУ. - Тез. докл. научно-технической конф. молодых ученых и специалистов прдприятий нефтяной и газовой промышленности, пос. Красный Курган, 1989, с.212.

2. Хангильдин И Л., 1>стова Т. Б. - Оценка влияния показателей профиля наклонно направленных скваяин на силу механического трения колонны штанг. - Тез. докл. научно-технической конф. молодых ученых, Башкирии. - Уфа, 1990, с. 16.

3. Хангильдин И.И. Способ исследования работы СШНУ. - Тез. докл. XXXXI-й научно-технической конф. студентов, аспирантов и молодых ученых Башкирии. - Уфа, 1990, с. 29.

4. Хангильдин И.И. Методика количественного анализа зависимости сил механического трения от совокупности параметров профиля искривлен-

шх сквапиа. - Тез. докл. ХХШ-ц научно-технической конф. студентов, аспирантов и молодых ученых Башкирии. - Уфа, 1990, с.29.

5. Создание технических средств к технологий механизированной добычи и сбора нефти в осложненных условиях эксплуатации. Отчет ШШГ им. К.М.Губкина по теме й 221/35-87, т.1, № ГР 01870093395, 'Зэсква, 1987.

6. Создание и исследование новых' видов оборудования и технологии ее применения для добычи нефти в осложненных условиях /высокая аазкость и газосодеряание откачиваемой жидкости, наклонно налравлен-шэ скважины/. Отчет ;тИНГ им. И.М.Губкина по теме 221/35-88,т.1,

* ГР 01870093395, Москва, 1988.

7. Разработка метода выбора комплекса мероприятий с целью опти-«зации ИР. периода в АСУ ТП. Отчет гЛИНГ'им.И.М.1убкина по теме'

5 73-88, подпрограмма "Скважина", И ГР 01860101729, Москва, Г988.

В-1В651 Подписано к печати 19.06.90 Формат 60x90/16 ОСмм 1,0 уч.-из«.л. Заказ 178 Тира* 100 Бесплатно

Отдел оперативкой полиграфии ЫШГ ии. И.М. Губкина