автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.07, диссертация на тему:Повышение работоспособности эксплуатационной и ремонтной техники штанговых скважинных насосных установок

На правах рукописи

РГБ ОД

- 7 ОЕЗ ^

Попов Владимир Ильич

Повышение работоспособности эксплуатационной и ремонтной техники штанговых скважшшых насосных установок

Специальность 05.04.07 - Машины и агрегаты нефтяной и газовой промышленности

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа - 2000

Работа выполнена в ОАО «Татнефть».

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ:

доктор технических наук, профессор, заслуженный изобретатель РБ, заслуженный деятель науки и техники РФ Султанов Б.З.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ: - доктор технических наук,

профессор, Нугаев Р.Я. -доктор технических наук, профессор Антипин Ю.В.

ВЕДУЩЕЕ ПРЕДПРИЯТИЕ:

Башкирский государственный научно-исследовательский и проектный институт нефти

Защита диссертации состоится " 25 " февраля 2000г. в 1500 часов на заседании диссертационного совета Д 063.09.04 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете (УГНТУ) по адресу: 450062, г.Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан " 25 " января 2000г.

Ученый секретарь диссертационного совета.

доктор технических наук И.Г.Ибрагимов

ЧдЫ. Ъ-5-083^0

Общая ыра»сгеристика работы

Актуальность работы

Основные нефтяные месторождения Республики Татарстан находятся на поздней стадии разработки, когда по главным объектам отобрано 78,5% утвержденных извлекаемых запасов, а текущая обводненность добываемой жидкости превышает 82%.

Эксплуатация нефтедобывающих скважин на месторождениях Татарстана осложнена асфачьгосмолопарафиновыми отложениями (АСПО) на внутрискважннном оборудовании, повышенной вязкостью нефти с проявлениями структурно-механических свойств, на-личисм в продукции скважпн сероводорода.

Общий объем добычи нефти в Республике Татарстан в 1997 голу составил 25.5 млн.тенн. Эксплуатационный фонд нефтяных скважин 20600, из них 15000 скважин эксплуатируются глубинными штанговыми насосами. Особая сложность в добыче нефти штанговыми насосами возникает при эксплуатации наклонно-направленных скважин, фонд которых составляет около 13000.

В 1997 году на подземный ремонт скважин, в целом по предприятиям ОАО «Татнефть)», было израсходовано 223 миллиона рублей (в новых ценах). Отсюда видно, какой приоритет нужно дать разработке и внедрению высокоэффективных технологий, направленных на сокращение затрат на эксплуатацию механизированного фонда скважин, совершенствованию техники и технологии ремонта скважин, защите глубин нонасосного оборудования от запарафини-вания и истирания НКТ муфтами штанг.

Долгое время считалось, что наиболее эффективным методом борьбы с отложениями парафина на скважинах с ШСНУ является механический, с использованием пластинчатых металлических скребков. Так же считалось, что при использовании металлических пластинчатых скребков, скважины зксгшуширмогсл без дополнительных периодических затрат на реагенты, что весьма сомнительно. Кроме того, область применения пластинчатых скребков была ограничена из-за их интенсивного износа и смещения на штангах в наклонных скважинах. Опытом многолетней эксплуатации установлено, что их можно использовать в скважинах с зенитным углом искривления не более 8 градусов. Использование крестообразно расположенных пластинчатых скребков расширяет область применения штанг со скребками в скважинах с искривлением до 18 градусов. Но при этом трудовые ;аграты и расход пластннчашх скребков увеличиваются в два раза. В последние годы ведется бурение в основном наклонно-направленных скважин с углами искривления более 18 градусов, поэтому применение пластинчатых скребков ограничено.

Актуальность проблемы совершенствования компоновки штанговой колонны усиливается увеличением доли высоковязких, парафинистых нефтей в общей добыче. Кроме разработки комплекса эксплуатационной техники для добычи нефти и газа, не меЬее актуальной является разработка диагностических систем как подземного глубиннонасосного оборудования, так и ремонтной техники, применяемой при подземном и капитальном ремонте скважин. Обе проблемы связаны с решением единой задачи - увеличением межремонтного периода штанговых насосных установок. Основным результатом деятельности ОАО «Татнефть» в области повышения надежности нес{)тепромыслового оборудования за последние 10 лет является обеспечение высокого качества ремонта в условиях производства как глубинонасосного оборудования, так и подъемных агрегатов для подземного и капитального ремонта скважин. Без внедрения новой передовой техники невозможно дальнейшее развитие нефтяной отрасли.

В ОАО «Татнефть» введены в работу три центра по реставрации глубиннонасосных штанг. Только в НГДУ «Заинскнефть» восстановлено более 3000 штанг. Экономический эффект составил 1,5 млн. рублей. В НГДУ «Иркеннефть» построен цех, который обеспечил потребность предприятий ОАО «Татнефть» в высоконадежных штанговых колоннах путем входного контроля новых и поступающих на реставрацию штанг, нанесения антикоррозионного покрытия и установки скребков-центраторов из полимерных материалов.

Цель работы: создание техники и технологии для повышения работоспособности штанговых скважинных насосных установок и ремонтных агрегатов для их обслуживания.

Основные задачи работы:

- анализ состояния работы глубиннонасосного оборудования на предприятиях ОАО «Татнефть»;

- теоретические исследования взаимодействия штанговой колонны. оснащенной пластинчатыми скребками и пластмассовыми центраторами, с насосно-компрессорными трубами при работе ШСНУ:

- разработка технических средств повышения эффективности работы глубиннонасосного оборудования:

- разработка методов обследования и диагностирования подъемных агрегатов;

- создание технологий по ремонту насосных штанг и армированию их пластмассовыми центраторами.

Научная новизна:

- теоретически обоснован и предложен новый метод борьбы с асфапьтосмолопарафиновыми отложениями -(ЛС1Ю) на поверхности

внутрискважинного оборудования, что обеспечивает снижение истирания НКТ муфтами штанг и пластинчатыми скребками;

- разработаны конструкции пластмассовых и плавающих центраторов для штанговой колонны ШСНУ (а.с. СССР 1505105, патент РФ 2039198);

- разработана комплексная технология компоновки подземного оборудования в наклонно-направленных скважинах, эксплуатируемых штанговыми глубинными насосами, которая заключается в оптимизации расстановки центраторов по длине колонны штанг;

- предложены новые критерии диагностирования подъемных агрегатов для ремонта ШСНУ, базирующихся на определении наиболее нагруженных узлов па лабораторном стенде.

Методы исследований:

При решении поставленных задач использовались результаты промысловых исследований усилий смещения пластинчатых скребков. приваренных с использованием гидропресса при разных усилиях прижатия скребкой к штанге; усилий смещения пластинчатых скребков, закрепленных на штангах с помощью гидропресса и пнев-мопресса; статистические методы обработки результатов экспериментов и методы моделирования компоновки штанговых колонн. Использование выводов и рекомендаций в промысловых условиях с положительными результатами подтвердило достоверность и значимость результатов исследований.

Практическая ценность и реализация:

- проведен анализ работы штанговых глубинных насосов в наклонно-направленных скважинах на предприятиях ОАО «Татнефть» за 1995-1997г.г. При этом изучен механизм влияния различных факторов на степень снижения МРП скважин;

- разработана методика определения с использованием ЭВМ места установки пластмассовых центраторов на колонне штанг, с помошыо которой определяется необходимое количество центраторов для наклонной скважины:

- разработаны и внедрены скребки-центраторы и малогабаритные вставки в колонну штанг. Применение их позволило снизить нагрузки на штанги на 25-30%. что ощутимо сократило обрывность штанг. В результате значительно сократился износ штанговой колонны и НКТ, получена экономия от повышения сроков службы глубиннонасосного оборудования ШСНУ;

- составлена и внедрена методика обследования подъемных агрегатов (руководящий документ оформлен в виде «Методических указаний по проведению обследования подъемных агрегатов,^используемых при ремонте скважин с целью определения возможности их дальнейшей эксплуатации»; РД 39-472398J-129-96V

- создана материально-техническая база для решения проблемы увеличения МРП штанговых глубинных насосов в наклонно-направленных скважинах, которая позволила повысить работоспособность ШСНУ и снизить затраты на проведение подземного и капитального ремонтов скважин;

- значительно возросла надежность работы как глубиннона-сосного оборудования, так и агрегатов, применяемых для подземного и капитального ремонтов скважин. Это обусловлено применением методических указаний по проведению обследования специального нефтепромыслового оборудования с целью определения возможности дальнейшей эксплуатации.

Экономическая эффективность

Оценка экономической эффективности выполнена на основе сопоставления комплекса показателей по анализируемым скважинам до и после внедрения скребков-центраторов. В качестве эффектооб-разующих показателей приняты: сокращение количества обработок скважин растворителями и количество подземных ремонтов скважин.

Общий экономический эффект по 949 скважинам составил 75540,4тыс.руб.

Экспертное обследование подъемных агрегатов и продление срока службы их только за 1999 год позволило сэкономить 7605тыс.руб.

В результате реализации разработок диссертации фактический годовой экономический эффект по вышеуказанным двум позициям составил 83145,4тыс.руб. Доля автора составляет 26.847.500руб. Акты внедрения и экономические расчеты приведены в приложениях 1 и 2 диссертации.

Апробация работы.

Основные положения диссертации доложены и обсуждены:

- на семинаре «Пути повышения эффективности борьбы с АСПО в нефтедобыче» на Международной выставке «Газ-Нефть-95» (17-21 апреля 1995г., г.Уфа)

- на научно-практической конференции ОАО «Татнефть» «Техника и технология добычи нефти на современном этапе» (14-15-мая 1998г.. г.Альметьевск);

- на первой Международной специализированной выставке: «Альметьевск. Нефть и газ-98». Оборудование для нефтяной и газовой промышленности (19-22 мая 1998г.. г.Альметьевск);

- на Международной научно-технической конференции «Проблемы нефтегазового комплекса России», посвященной 50-летйю,-УГНТУ (Уфа, 1998г.);

- на научно-практической конференции Министерства топлива и энергетики РФ и ОЛО «Татнефть»: «Современная техника и технология в нефтедобывающей промышленности Республики Татарстан» (29-30 апреля 1999г., г.Альметьевск);

- на научно-технических совещаниях в ОАО «Татнефть» и семинарах в УГНТУ.

Публикации- Основные положения диссертации изложены в 17 печатных работах, в том числе отражены в трех авторских свидетельствах и двух патентах.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов и рекомендаций, включает список использованной литературы из 84 наименований и 4 приложений. Объем работы составляет 88 страниц машинописного текста, 18 рисунков и 18 таблиц.

В ходе выполнения диссертационной работы большую помощь оказывали работники аппарата ОАО «Татнефть» гл.инженер к.т.н. Ибрагимов Н.Г., начальник производственного отдела по бурению к.т.н. Гилязетдинов З.Ф„ начальник производственного отдела по капитальному ремонту скважин Фархутдинов Р.Г., начальник экономического отдела Рахманова А.Ф. и другие. Большой объем работ по внедрению удалось провести благодаря помощи работников НГДУ ОАО «Татнефть» Закирова А.Ф., Файзуллина Р.Н. и других. Автор диссертации всем им выражает искреннюю благодарность.

Автор также благодарит научного руководителя профессора Султанова Б.З. и соруководителя доцента Зубаирова С.Г. за оказание помощи при работе над диссертацией.

Содержание работы.

Во введении дается обоснование актуальности темы диссертации. Основные нефтяные месторождения ОАО'Татнефть'' находятся на поздней стадии разработки и осложнены следующими негативными факторами: выпадением асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО) на внутрискважинном оборудовании, солеотложением, повышенной вязкостью нефти, наличием в продукции скважин сероводорода. Особая сложность в добыче нефти штанговыми насосами возникает при эксплуатации наклонно направленных скважин с углами искривления более 18 градусов, фонд которых составляет в настоящее время свыше 80%. В многообразии и изменчивости состава асфальтосмолопарафиновых отложений кроется основная трудность борьбы с этим явлением.

Для решения вышеуказанных проблем и поддержания эксплуатационного фонда скважин в работоспособном состоянии с оптимальными параметрами, обеспечивающими рентабельный уровень эксплуатации, автор предлагает новые технические и технологические решения.

Первая глава посвящена анализу состояния эксплуатационного фонда штанговых скважинных насосных установок (ШСНУ) девонских скважин, оценке аварийных работ, связанных с износом штанговых колонн и насосно-компрессорных труб, и состояния технической системы обеспечения ремонтных работ при эксплуатации ШСНУ.

Анализ показал, что для повышения эффективности работы штанговых глубинных насосов необходимо производить разработку и внедрение высокоэффективных технологий и систем по защите глубпннонасосного оборудования от запарафинивания, истирания НКТ муфтами штанг. При эксплуатации скважин штанговыми глу-биннонасосными установками основным способам борьбы с отложениями парафина на сегодняшний день является механический, то есть использование скребков и центраторов различных конструкций. Установлено, что наиболее эффективным методом борьбы с отложением парафина и истиранием НКТ штангами на скважинах с ШСНУ является использование скребков-центраторов из полиамидной смолы. С этой целью разработан полный комплекс подземного оборудования для насосной эксплуатации искривленных скважин, осложненных отложениями парафина. Созданы установки для контроля и монтажа оборудования, разработаны различные конструкции скребков; центраторов, штанговращателей, направленные на увеличение межремонтного периода работы скважин?-Создана методика и разработан пакет программ для ЭВМ, используемых при рас-

четах мест установки центраторов на штанговой колонне. Промысловые данные показывают, что в настоящее время идет массовое внедрение вышеуказанных разработок во всех нефтегазодобывающих управлениях ОАО 'Татнефть". По скважинам, оборудованным центраторами и скребками, средний межремоотнын период превысил 700 суток, что дает экономический эффект более 8570 рублей на одну скважин>'.

Для определения оптимальных усилий сцепления пластинчатых скребков со штангами были проведены исследовательские работы. На основании полученных результатов были модернизированы стенды по приварке скребков. Оснащение колонн штанг скребками-центраторами в больших объемах позволило сократить дорогостоящие обработки скважин химическими реагентами, сократить количество подземных ремонтов скважин из-за запарафинивания глу-биннонасосного оборудования. На основании опыта эксплуатации и проведенных исследований разработан "Стандарт по компоновке штанг скребками-центратсрами и пластинчатыми скребками на наклонных скважинах" по которому за период с 1995 года по 1998 год укомплектованы 949 колонн штанг.

В процессе эксплуатации скважин с ШСНУ происходит интенсивный износ устьевых сальников, что приводит к замазучиванию территории скважины и загазованности окружающей среды. Предлагается непосредственно под полированный шток установить специальный скребок-центратор из полиамидной смолы. Этот скребок, имея диаметральный размер больше штанговых муфт, центрирует полированный шток, что в свою очередь позволяет продлить срок службы сальников.

В этой же главе выполнен анализ результатов исследований работы штанговых глубинных насосов в искривленных скважинах, исследованы механизмы влияния различных факторов на МРП скважин, установлены наиболее слабые узлы ШСНУ, исследована возможность увеличения МРП ШСНУ за счет применения скребков-центраторов конструкции ОАО 'Татнефть", проанализированы экспериментальные работы по повышению работоспособности глубинно-насосного оборудования в наклонно направленных скважинах, разработана компьютерная программа по определению места установки, конструкции и количества центраторов на колонне штанг в зависимости от кривизны скважины и расчетных прижимающих усилий.

Во второй главе сформулированы теоретические основы,повышения работоспособности штанговых колонн,^выполнены аналитические исследования взаимодействия пластинчатых скребков с трубами на искривленных и наклонных участках ствола скважины.

При аналитических исследованиях было выделено два предельных положения скребков:

- скребок расположен перпендикулярно плоскости, проходящей через центр поперечног о сечения штанг и труб;

- скребок расположен в плоскости, проходящей через центры поперечного сечения колонны штанг и труб.

Для первого предельного положения получено

0)

251ПМ

где Рп - сила, прижимающая скребок к НКТ на участке искривления, от веса столба жидкости, действующего на колонну штанг, от веса ниже расположенного участка колонны и т.д.;

Ип - сила реакции между пластиной скребка и трубой;

и - угол между нормалью к контактирующим телам и плоскостью пластины скребка.

Так как 51П и < 1 то, следовательно, К„ > , причем с уменьшением «и» реакция Я„ растет.

Если обозначить внутренний диаметр НКТ через И, наружный диаметр ступицы скребка - (1, расстояние от центра скребка до периферийной точки скребка - к, то предельные значения величины к находятся в следующем интервале:

<1 < 2к < О. (2)

Очевидно, что если будет обеспечено условие 2к=Б, то угол и станет равным нулю, а тогда Я„ = °о, что недопустимо как с силовой, так и с эксплуатационной точки зрения, так как трубы изготавливаются с определенными допусками на диаметр и на овальность. Поэтому значение 2к необходимо принимать следующим:

2ктах=В-2п1, (3)

где П) - конструктивный зазор.

Если 2к будет равно (1, то это значит, что скребок трансформируется в муфту и не будет выполнять функциональные обязанности. Минимальное значение 2к, а следовательно, максимальное значение итх находится из условия, чтобы скребок своей ступицей ни в каком положении не касался стенки НКТ. Это недопустимо, так как в противном случае на стенках трубы будет оставаться АСПО в виде полосок определенной конфигурации. Следовательно, необходимо обеспечить гарантированный зазор п> между ступицей скребка и внутренней стенкой НКТ, компенсирующей изменения диаметра НКТ по длине, овальность, износ скребков в процессе эксплуатации, -а также деформацию изгиба пластин скрёбка. С учетом вышеизло-

женного получены зависимости для определения экстремальных величин угла «и»:

Sin Km:„ =

D, /2

О/

smu„

-(d2+>h)

D;

(4)

(5)

Подстановка значений sin и из (4) и (5) в (1) позволяет определить экстремальные значения реакций между скребком и трубой.

Учитывая, что реакция возникает на обеих сторонах скребка, экстремальные силы трения рассчитываются по формулам:

Ffinax - 2 R птах f; (6)

f • (?)

Для второго случая, т.е. когда плоскость скребка совпадает с плоскостью, проходящей через центры поперечных сечений штанги и трубы, имеет место равенство Rn=Fn, при этом размер «к» не влияет на реакцию Rn, а сила трения равна Ff=Fn • f.

Из анализа значений Rnmax, рассчитанных для НКТ с внутренним диаметром D=62mm при различных значениях n¡ следует, что предельным значением конструктивного зазора ni следует считать 2мм, т.к. при меньших значениях Rn начинает стремиться к бесконечности, т.е. практически скребок заклинивает. Следовательно,

ь D 62 о ->0

— = — -2 = 29 мм.

Значения к11Ш1, обеспечивающих определенный гарантированный зазор пг, минимальное значение которого можно принять равным 1-2мм, сведены в табл.1.

Таблица 1

Зависимость km¡n от диаметра штанги и зазора П2

16 19 22 25 |

1 24.5 25,6 26,6 27.4 1

2 25,2 26,2 27,1 27,9 |

Из сравнения kimn с кт;1Х видно, что они отличаются незначительно, особенно для штанг большого диаметра. Но при этом значе-

тл шах г» пил

ния экстремальных реакции к„ и R„ отличаются сушественно. Это значит, что скребки должны изготавливаться с позиций обеспечения гарантированного зазора с жесткими допусками. Кроме того они должны облятэтт. постоянством размена к в процессе экспдуата-

ции, т.е. обладать износостойкостью. Известно, что для уменьшения износа используются смазочные вещества с соответствующей смазывающей способностью, зависящей в том числе и от вязкости. Критерием же для выбора вязкости служат контактные напряжения Он. В промысловых условиях в качестве смазывающего вещества выступает откачиваемый флюид и АСПО, т.е. практически этот параметр - смазывающая способность - не поддается регулировке. Следовательно, единственная значимая возможность повлиять на износостойкость - уменьшать контактные напряжения, при которых уменьшается потребная вязкость смазочного материала.

Контактные напряжения, рассчитываемые по формуле Герца, применительно к решаемой задаче зависят от силы реакции Яп и приведенного радиуса кривизны рпр.

Так как скребок контактирует с внутренней поверхностью НКТ, то приведенный радиус кривизны должен рассчитываться по формуле:

к.О /2

Анализ формулы показывает, что для увеличения рпр, а следовательно, для уменьшения егн, необходимо увеличивать плечо к. Пределы изменения р^, при изменении плеча к от кщщ до к^, приведенных в табл. 2 (для Е)=б2мм).

Таблица 2

Значения приведенного радиуса кривизны в зависимости о г плеча скребка

Диаметр пгганги 16 19 22 25

Плечо скребка к, мм 24,5 25,2 25,6 26,2 26,6 27,1 27,4 27,9

Приведенный радиус, мм 116,8 134,7 147 169 187,4 215 236 279

Итак, установлено, чго с увеличением плеча скребка растут: приведенный радиус кривизны рпр (см. табл.2) и реакция 11п , т.е. влияние изменения -плеча к на контактные напряжения неоднозначно. Для анализа влияния к на гтц формула Герца представлена в виде:

ГТ

<ти=с1-=с-к„, (9)

\ЄР-

где 2 = —г1— коэффициент пропорциональности; /2

С = f (Е; у; Р„; Ьк) - условная константа для проводимого анализа;

кн= (г/рпр)0'5 - параметр контактных напряжений. Значения параметра ко1ггактных напряжений кн, комплексно учитывающего влияние плеча к на контактные напряжения, приведены в табл.3.

Таблица 3

Влияние плеча скребка па контактные напряжения

Диаметр штанги,мм 16 19 22 25

Минимально допустимое плечо кгаш, мм 24,5 25,6 26,6 27,4

Приведенный радиус кривизны рщ,, мм 116,8 147 187,4 236

Коэффициент пропорциональности, 2=1ЯгДРп/2) 1,63 1,77 1,94 2,14.

Параметры контактных напряжений 0,1181 0,1097 1,1017 0,0952

Параметр контактных напряжений для максимального плеча скребка ктах = 29мм, одинакового для пгганг всех диаметров, равен 0,0793. С увеличением диаметра штанг и, соответственно, минимально допустимого плеча к, фактические контактные напряжения уменьшаются.

Во второй главе представлены также аналитические исследования нагрузок в трехинтервальной скважине в различные моменты цикла работы ШСНУ. Полученные зависимости справедливы для скважин с зенитными углами до 40°. Отличие от известных работ заключается в том, что они учитывают увеличение сил трения штанговой колонны о трубы за счет влияния геометрии контактирующих тел - скребка и НКТ — на величину реакции, что достигнуто использованием коэффициента пропорциональности 2, показанного выше.

П третьей главе отмечается, что анализ опубликованных материалов по использованию скребков для борьбы с АСПО показывает их недостаточную эффективность. Использование скребков в наклонных скважинах, когда интервал отложения парафина совпадает с участком набора зенитного угла, приводит к снижению их эффективности. В этом случае скребки быстро- изнашиваются, так как на участке искривления, как -показано выше, прижимающие силы значительны, а элемепты скребков- не рассчитаны «а_ длительное-взаи-

модействис со стенками НКТ. Это приводит к резкому снижению межремонтного периода работы скважины из-за необходимости частой замены изношенных скребков на полноразмерные. Поэтому было предложено наряду со скребками штанги оборудовать центраторами, изготовленными из полиамидной смолы или полиэтилена.

При конструировании скребков-центраторов было принято, что площадь элементов центратора, непосредственно контактирующая с внутренней поверхностью НКТ, должна быть больше в 40 и более раз площади соприкосновения элементов скребка. За счет этого объемный износ материала снижается в связи уменьшением давления на трущихся поверхностях. При совместном использовании скребков и центраторов объемный износ снижается в 11-12 раз, что приводит к соответствующему увеличению срока службы непосредственно скребков.

Значения коэффициентов износа различных материалов при их трении по закаленной стали колеблются достаточно широко. Как следует из справочных данных, коэффициент износа пластмасс при трении по стали на один-три порядка меньше, чем коэффициент износа стали по стали. Таким образом, даже в худшем случае срок службы центратора из полиакриламида на искривленном участке скважины будет в 100 раз больше, чем стального скребка. При оснащении скребками и центраторами колонны штанг на искривленном участке скважины, осложненном отложениями парафина, срок службы этой пары будет выше, чем просто у центраторов, так как они предохраняют друг друга. Это является гарантией увеличения межремонтного периода эксплуатации ШСНУ и дает возможность превратить борьбу с парафинами в планово-предупредительное мероприятие. При проведении подземного ремонта скважин, вызванного отказом насосного оборудования, производится ревизия центраторов и скребков. Только в единичных случаях, как установлено, износ центраторов превышает допустимые нормы, поэтому отреви-зировшшая колонна штанг с цеитраторами и скребками вновь спускается в скважину и работает до следующего подземного ремонта.

Для реализации указанных закономерностей на нервом этапе была разработана конструкция центратора, предназначенная для повышения работоспособности глубинного насоса за счет уменьшения сил трения между наружной поверхностью центраторов и колонной НКТ.

Центраторы выполнены з виде втулок с Б-образными проточными канатами и состоящими из центрального участка с поперечными выточками для "'нгсажа их на колонне штанг. На наружной поверхности втулок центраторов параллельно Б-образному канату выполнены желооообразные ироточныегшы. Втулки в верхией час-

та изготавливаются с плоской поверхностью, а в нижней - с конусообразной торцевой поверхностью. Установка центраторов на штанге осуществляется путем размещения штанги в поперечные выточки и последующего поворота центратора относительно штанги на 90°.

При возвратно-поступательном перемещении штанги не касаются внутренней стенки колонны НКТ, поскольку диаметр центраторов.больше диаметра муфт колонны штанг.

В следующем параграфе третьей главы указывается, что искривленный ствол скважины приводит к износу штанг, труб и насосов. Центраторы предохраняют оборудование от непосредственного соприкосновения с внутренней стенкой НКТ. Однако вопросы борьбы с отложениями парафина в трубах остаются актуальными во многих нефтяных регионах. Для предотвращения парафинизации нефтепромыслового оборудования существуют различные методы: механические (скребки), термические (прогрев НКТ паром или горячей нефтью), физико-химические (растворителями) и защитные покрытия. Наиболее эффективным до настоящего времени является механический. Применяемые ранее для центрирования насосных штанг в НКТ втулки со спиральными выступами, располагались в месте размещения муфт и соединялись посредством резьбы. Разработанная конструкция скребка-центратора, предназначенная для эксплуатации наклонно-направленных скважин с использованием шташ овращателя, устанавливается на штангах с возможностью про-ворота. Центраторы имеют осевые каналы и продольный сквозной паз. На штангах закрепляются ограничители, расположенные под и над центраторами в виде скребков с диаметрально расположенными ребрами и хвостовиками на одном из торцов для размещения в продольном пазу центратора, а расстояние между концами ребер равно диаметру центратора. Корпус дополнительных скребков имеет плоские торцы, а ребра смещены в окружном направлении на 90°. Изготовление скребков с диаметрально расположенными ребрами обеспечивает при работе штанговой колонны очисгку внутренней поверхности НКТ от парафина. Для обеспечения установки центратора в любом месте насосной штанги с обеспечением фиксации в радиальном направлении продольный сквозной паз центратора выполняется фигурным.

Скользящий центратор увеличивает площадь опоры в сравнении с площадью опоры муфты и снижает значение удельных прижимающих нагрузок, переводя режим сухого трения муфты об НКТ в режим трения с гидродинамическим скольжением.

"При расчете типа и места "установки центраторов предусматривается три диапазона значений удельных прижимающих усилий.

а). Слабые прижимающие усилия - от 0 до 200 Н/м. В этом случае трение муфты о поверхность НКТ происходит в режиме гидродинамической смазки; износ незначительный, установка центраторов не предусматривается.

б). Средние прижимающие усилия - от 200 до 600 Н/м. Трение муфты о поверхность НКТ происходит в режиме сухого трения; необходима установка центраторов; возможно использование скользящих центраторов.

в). Большие прижимающие усилия - более 600 Н/м. При указанных нагрузках может происходить деформация скользящих центраторов и приближение скребков к поверхности НКТ. Применение скользящих центраторов рекомендуется при нагрузках не превышающих 500 Н/м.

В третьей главе также рассмотрены центраторы плавающего типа для наклонных скважин из полиамида, которые рекомендуется использовать в скважинах угленосного горизонта, где отсутствует парафинизация НКТ. Кроме этого приведены две конструкции скважинных плунжерных насосов повышенной надежности, прошедших широкие промысловые испытания. Подтверждены преимущества указанных насосов в сравнении с серийными.

Четвертая глава посвящена разработке диагностического комплекса и критериев оценки технического состояния ремонтной техники, применяемой при обслуживании 1ПСНУ.

В диссертации рассмотрены вопросы повышения надежности работы подъемных агрегатов для подземного и капитального ремонта скважин. Создана методика экспертного обследования и продления срока службы подъемных агрегатов, отработавших свой нормативный срок. Создан инженерно-диагностический центр с уникальным стендом для испытания подъемных агрегатов после экспертного обследования.

Предлагается использовать разработанную методику обследования. согласованную с органами Г'осгортехнадзора РФ, и созданный инженерно-диагностический центр для внедрения во всех нефтяных регионах. Все вышеуказанные разработки были представлены участникам совещания Министерства топлива и энергетики РФ, проведенного в г.Альмстьевскс 28-29 апреля 1999г., и получили единодушное одобрение.

Пятая глава посвяшена повышению МРП при эксплуатации технически подготовленной ремонтной и эксплуатационной техники.

"Основными критериями эффективности применения комплекс- -ных методов борьбы с асфальтосмолопарафиновыми отложениями являются динамика изменения межочистного периода (МОП), то

есть периода времени между двумя обработками скважины растворителем и межремонтного периода (МРП), то есть периода времени между двумя ремонтами скважины по причине парафина бригадой ПРС. Применение скребков-центраторов позволило свести до минимума профилактические обработки скважин дистиллятом и горячей нефтью.

Анализ практического опыта использования пластмассовых скребков-центраторов на скважинах с ШГН в ОАО «Татнефть» показал, что применение скребков-центраторов позволяет получить следующие преимущества:

- увеличение МРП в два раза;

- увеличение МОП в пять раз;

- предотвращение истирания стенок НКТ;

- снижение динамических нагрузок на головку балансира станка-качалки на вертикальных скважинах за счет уменьшения сил трения «металл-пластмасса» до 20%;

- хорошая центровка колонны штанг в наклонно-направленных скважинах;

- более полное удаление парафина со стенок НКТ за счет комплексного воздействия (скребки-центраторы+пластинчатые скребки).

Затраты на внедрение комплекта штанг со скребками-центраторами на одну скважину не превышают 3,8 тыс.рублей. Гарантийный срок работы скребков-центраторов 5 лет.

Обследование и ремонт подъемного агрегата обходится предприятию в 50-60 тыс.рублей. Поэтому большое практическое значение приобретает диагностирование фактического состояния подъемных агрегатов для осуществления подземного ремонта нефтяных скважин и определения остаточного ресурса для прогнозирования сроков последующих лабораторных исследований ремонтной техники. На лабораторном стенде за один год было обследовано 90 подъемных агрегатов и отремонтировано 43 мачты. За счет этого предприятия ОАО '«Татнефть» сэкономили 7317тыс.рублей. Затраты на создание инженерно-диагностического центра окупились за два года.

Основные выводы и рекомендации.

1. Проведен анализ работы штанговых скважинных насосных установок в искривленных скважинах на предприятиях ОАО «Татнефть» за 1995-98 гг., который позволил выявить степень влияния различных факторов на межремонтный период скважин. Наиболее значимыми являются проблемы износа штанг и НКТ и борьба с ас-фальтосмолопарафиновыми отложениями.

Установлено, что в ОАО «Татнефть» около 72 % отказов по штангам происходит из-за обрыва штанг по телу и отворота штанг. Зависание штанг, в основном за счет АСПО, составляет около 15% отказов. Износ НКТ истиранием достигает 8%.

2. На основе теоретических исследований разработана комплексная технология компоновки подземного оборудования на скважинах, эксплуатируемых штанговыми глубиннонасосными установками, что позволяет вести эффективную борьбу с запарафини-ванием НКТ, истиранием НКТ штангами, обрывом штанг и износом устьевых сальников. Разработана и внедрена на всех нефтедобывающих предприятиях ОАО «Татнефть» методика но компоновке штанг скребками-центраторами и пластинчатыми скребками на наклонных скважинах.

3. Разработано методическое руководство по оптимизации компоновки колонны и установке на штангах центраторов в зависимости от кривизны скважины и расчетных прижимающих усилий.

4. Разработан комплекс технических средств для повышения работоспособности глубиннонасосного оборудования.

- разработаны и внедрены малогабаритные вставки в колонну насосных штанг для предупреждения износа НКТ в наклонных скважинах;

- внедрены устройства для эксплуатации скважин глубинными насосами (а.с. 1505105), штанги которых оснащены центраторами для снижения износа НКТ, особенно при добыче высоковязких нефтей;

- внедрены устройства для эксплуатации наклонно направленной скважины (патент 2039198). В указанном изобретении предложена конструкция скребка-центратора для повышения МРП работы скважин и производительности глубинного насоса за счет центрирования колонны насосных штанг в НКТ;

- внедрена штанговая насосная установка (а.с. 1555530), которая позволяет повысить производительность и эксплуатационную надежность скважинной штанговой насосной установки за счет применения вакуумной камеры при выполнении штангового насоса во вставном варианте .

5. Разработаны лабораторный стенд и методика обследования на нем ремонтных агрегатов типа АзИНмаш-37, А-50, УПТ-1-50, УПТ-32. За счет обследования 90 ремонтных агрегатов и 43 мачт ОАО «Татнефть» только в 1997 году сэкономлено 7317 тыс. рублей (в ценах 1999 года). Конструкция стенда и методика обследования заслужили высокую оценку у участников совещания Минтопэнерго

- - РФ, состоявшегося 28-29 апреля 1999 года в г. Альметьевске, и рекомендуются к внедрению на всех нефтегазодобывающих предпри-. ятиях.

Список опубликованных работ по теме диссертации

1. Тахаутдинов Ш.Ф., Попов В,И., Закиров Ю.А., Винокуров В.А. «Скважинный штанговый насос конструкции НГДУ «Джалильнефть» - Машины и нефтяное оборудование, №11, 1981.-c.5-6.

2. Авт. св.№ 1505105 (СССР). Устройство для эксплуатации скважин глубинными штанговыми насосами/Авт. Г.В.Пантелеев, С.Н.Закиров, В.С.Ульянов, В.И.Попов,

A.В.Пантелеев, Заявл. 11.01.88, № 4395091/25-29; Бюл. изобр., №32, 1989.

3. Авт. св. 1555530 (СССР). Скважинная штанговая насосная установка/ Авт. Р.З.Ахмадишин, Р.А.Фасхутдинов, М.Д.Валеев,

B.И.Попов и др. - Заявл. 27.06.88, №4448580; Бюл.изобр. №13, 1990.

4. Авт. св. №1745466 (СССР). Способ сварки стальных труб/ Авт. И.Ф.Калачев, М.М.Загиров, И.Н.Чернышов и В.И.Попов-Заяв. 05.06.90 3 4835330/08; Опубл. Бюл.изобр. № 25, 1992.

5. Патент № 2039198(РФ). Устройство для эксплуатации наклонно направленной скважины / Авт. Ш. Ф. Тахаутдинов, Н.Г.Заляев, В.И.Попов и др. - Заявл. 28.12.92. № 92014737/03; Опубл. Бюл. изобр. № 19.1995.

6. Патент № 2037721 (РФ). Способ соединения металлических труб, снабженных внутренней термопластичной облицовкой/ Авт. И.Ф.Калачев, М.М.Загиров, А.Ф.Молчанов, В.И.Попов и др. - Заявл. 11.03.91, № 4917784; Опубл. Бюл.изобр. № 17,1995.

7. Архипов К.И., Попов В.И. Справочник инженера-механика по ремонту нефтяного оборудования. - Альметьевск: изд-во ОАО «Татнефть», 1996. - 188с.

8. Тахаутдинов Ш.Ф., Попов В.И., Вышенский М.В. и др. Агрегаты для перевозки, обслуживания и ремонта нефтепромыслового оборудования в полевых условиях. Справочник,- Казань: изд'-во ОАО «Татнефть», 1997 - 64с.

9. Свид. на пол.мод. № 5558. Автопоезд для перевозки длинномерных фузов/ Авт. Ш.Ф. Тахаутдинов, Г.П.Абражеев, В.И.Попов и др.; Опубл. Бюл.изобр. № 12, 1997.

Ю.Султанов Б.З., Зубаиров С.Г., Попов В.И. и др. Увеличение межремонтного периода ШСНУ с осложненными условиями эксплуатации. - Тез. док. Международной научно-технической конференции./ Проблемы нефтегазового комплекса России/" Уфа: изд-во УПГГУ, 1998.

11.Султанов Б.З., Попов В.И. Теория и практика защиты насосно-компрессорных труб и штанг от износа при эксплуатации ШСНУ.-Тез. док. Международной научно-технической конференции./ Проблемы нефтегазового комплекса России /Уфа: изд-во УГНТУ, 1998.

12.Архипов К.И., Попов В.И., Попов И.В. Талевые канаты буровых и нефтепромысловых подъемных установок/ Справочник.-Альметьевск: изд-во ОАО «Татнефть», 1998.

П.Тахаутдинов Ш.Ф., Чаронов В.Я., Попов В.И. и др. Комплекс агрегатов для ремонта и обслуживания нефтепромыслового и энергетического оборудования. - Нефтяное хозяйство, № 7, 1998. - С.46-48.

14.Попов В.И. Новые направления деятельности механической службы АО «Татнефть» - Материалы научно-практической конференции./ Техника и технология добычи нефти на современном этапе. - Альметьевск: изд-во ОАО «Татнефть», 1998-С. 66-68.

15.Попов В.И., Ибрагимов Н.Г., Курмашов A.A., Попов И.В. Повышение эффективности работы скважинных штанговых насосов в АО «Татнефть»- Нефтяное хозяйство, № 2, 1999 - С. 36-37.

16.Свид. на пол.мод. № 10377 (РФ). Транспортное средство для ремонта станков-качалок/ Авт. Ф.Л.Щелков, К.Г.Гибадуллин, В.И.Попов и др. - Бюл. изобр. № 7, 1999.

17.Султанов Б.З., Зубаиров С.Г., Попов В.И., Салихов И.А. Проблемы борьбы с отложениями в трубах при эксплуатации девонских скважин штанговыми насосами./ Мировое сообщество: проблемы и пути решения. Сб. науч. статей,- Уфа: изд-во УГНТУ, выпуск № 4-5, 1999 - С.123-133.

В.И.Попов

Введение.

1. Состояние эксплуатационного фонда ШСНУ и ремонтной техники в АО «Татнефть».

1.1. Анализ состояния эксплуатационного фонда девонских скважин, оснащенных ШСНУ.

1.2. Состояние аварийных работ, связанных с износом штанговых колонн и НКТ.

1.3. Технический комплекс обеспечения ремонтных работ при эксплуатации ШСНУ.

1.4. Постановка цели и задач исследований.

2. Теоретические основы повышения работоспособности штанговых колонн, эксплуатируемых в наклонно направленных скважинах, продуцирующих жидкость с АСПО.

2.1. Анализ особенностей работы колонны штанг с пластинчатыми скребками в наклонно направленных скважинах.

2.2. Аналитические исследования взаимодействия пластинчатых скребков с трубами на искривленных и наклонных участках ствола скважины.

2.3. Расчет экстремальных нагрузок в колонне штанг при возвратно-поступательном движении в трехинтервальной скважине.

2.3.1. Нагрузки в различных точках неподвижной колонны штанг.

2.3.2. Нагрузки в колонне штанг при ходе плунжера вверх.

2.3.3. Нагрузки в колонне штанг при ходе плунжера вниз.

2.4. Методика расстановки скребков-центраторов на различных интервалах профиля скважины.

3. Разработка усовершенствованных конструкций скважинного оборудования ШСНУ.

3.1. Разработка конструкции скребков-центраторов.

3.1.1 Центраторы для штанговой колонны.

3.1.2 Скребки-центраторы для эксплуатации наклоннонаправленных скважин.

3.2. Центраторы плавающего типа для скважин, не имеющих АСПО.

3.3. Скважинный плунжерный насос повышенной надежности.

3.4. Скважинная штанговая насосная установка с ваккумной камерой.

4 Разработка системы критериев оценки работоспособности агрегатов для спуска и подъема штанговой колонны и НКТ.

4.1. Разработка стенда для оценки состояния ремонтного агрегата для спуска и подъема штанговой колонны и НКТ.

4.2. Проведение испытаний мачт подъемников на лабораторном стенде.

4.3. Обследование подъемных агрегатов перед лабораторными испытаниями.

4.3.1. Обследование механизмов канатно-блочных и пневмо-гидравлических систем.

4.3.2. Проверка подъемного агрегата на холостом ходу.

4.3.3. Статические испытания подъемного агрегата на лабораторном стенде.

4.3.4. Контроль качества сварных швов и устранение дефектов при ремонте агрегата.

4.4. Обследование технического состояния агрегатов после испытаний.

5 Повышение МРП при эксплуатации технически подготовленной ремонтной и эксплуатационной техники.

5.1. Внедрение центраторов для защиты штанговой колонны.

5.2. Промысловые исследования штанговых колонн, защищенных центраторами.

5.3. Оценка экономической эффективности от внедрения технически подготовленной скважинной техники.

Мировой фонд действующих нефтяных скважин в 1997 году составил 923 тысячи, из которых более 80 % эксплуатируются штанговыми скважин-ными насосными установками (ШСНУ) [28].

В странах бывшего СССР число действующих скважин в 1997 году составило 123970, причем в России 75880 скважин, а в странах СНГ около 20 тысяч эксплуатировались с помощью ШСНУ. Такие пропорции характерны для всех длительно эксплуатируемых месторождений и регионов. Так, например, эксплуатационный фонд Татарстана насчитывал в 1997 году 20600 скважин, из них 15 тысяч эксплуатировались ШСНУ [54]. Следует отметить, что по мере истощения пластовой энергии относительное количество скважин, эксплуатируемых с помощью ШСНУ неуклонно растет. Все это говорит об актуальности решения проблем, связанных с технологией и техникой этого способа эксплуатации, тем более, что при сохранении современных годовых объемов добычи обеспеченность запасами в мире достигает 40 лет, а в России - 21,7 [28], то есть востребованность будет достаточно длительной.

Характерной особенностью современного этапа нефтедобывающей отрасли является переход к эксплуатации месторождений с помощью наклонно направленных, преимущественно кустовых, скважин. В частности в Татарстане число наклонно направленных скважин (ННС) в 1997 году составляло около 13000, то есть 87 % от числа скважин с ШСНУ. Использование ННС вызвано требованиями экологии и экономической целесообразностью, но сопровождается рядом технико-технологических осложнений. К ним в первую очередь относится интенсивный износ труб и штанг на участках искривления, рост амплитуды и максимальной нагрузки на штанги за счет сил трения.

Важнейшим осложняющим добычу нефти фактором является интенсивное отложение асфальто-смоло-парафиновых отложений (АСПО), что особенно негативно сказывается на работе ШСНУ в ННС, так как увеличиваются нагрузки на все элементы оборудования при ходе вверх, а при ходе вни часто наблюдается «зависание» штанг. Причем в работе [76] на примере месторождений Татарстана показано, что АСПО, образовавшиеся в условиях высокой обводненности, характеризуются ростом адгезионных и когезион-ных свойств.

В 1997 году на подземный ремонт скважин, в целом по предприятиям ОАО "Татнефть", было израсходовано 223 миллиона рублей ( в новых ценах). Отсюда видно, какой приоритет нужно дать разработке и внедрению высокоэффективных технологий, направленных на сокращение затрат на эксплуатацию механизированного фонда скважин, совершенствованию технологии ремонта скважин, защите глубиннонасосного оборудования от запа-рафинивания и истирания НКТ муфтами штанг. Для удаления АСПО в промысловой практике используются механические, химические, тепловые и физические методы, среди которых наибольший технологический эффект, по крайней мере в Татарстане, достигается при использовании пластинчатых скребков и скребков-центраторов, относящихся к механическому методу. Характерно, что и индекс затрат для них самый низкий: для скребков-центраторов он равен 1, а для пластинчатых скребков - 0,4, в то время как для других методов он колеблется в пределах 2,3 . 12,3.

Промысловый опыт и специальные исследования показали, что применение пластинчатых скребков в ННС сопровождается рядом негативных явлений: увеличением нагрузок в точке подвеса штанг при ходе вверх и уменьшением при ходе вниз, иногда заклиниванием колонны штанг в НКТ, смещением скребков, увеличением износа НКТ на участках искривления профиля скважины.

Область применения пластинчатых скребков была ограничена из-за их интенсивного износа и смещения на штангах в наклонных скважинах. Опытом многолетней эксплуатации установлено, что их можно использовать в скважинах с углом наклона не более 8 градусов. Использование крестообразно расположенных пластинчатых скребков расширяет область применения штанг со скребками в скважинах с наклоном до 18 градусов. Но при этом трудовые затраты и расход пластинчатых скребков увеличивается в два раза. В последние годы ведется бурение в основном наклонно-направленных скважин с углами наклона более 18 градусов, поэтому применение пластинчатых скребков ограничено.

Актуальность проблемы совершенствования компоновки штанговой колонны усиливается увеличением доли высоковязких, парафинистых неф-тей в общей добыче. Кроме разработки комплекса эксплуатационной техники для добычи нефти и газа, не менее актуальной является разработка диагностических систем как подземного глубиннонасосного оборудования, так и ремонтной техники, применяемой при подземном и капитальном ремонте скважин. Обе проблемы связаны с решением единой задачи - увеличением межремонтного периода штанговых насосных установок. Основным результатом деятельности АО "Татнефть" в области повышения надежности нефтепромыслового оборудования за последние 10 лет является обеспечение высокого качества ремонта в условиях производства как глубиннонасосного оборудования, так и подъемных агрегатов для подземного и капитального ремонтов скважин. Без внедрения новых передовых технологий немыслимо дальнейшее развитие нефтяной отрасли.

На поздней стадии разработки нефтяных месторождений особое значение приобретают работы по поддержанию эксплуатационного фонда скважин в работоспособном состоянии с оптимальными параметрами, обеспечивающими рентабельный уровень эксплуатации. В АО "Татнефть" введены в работу 3 центра по реставрации глубинно-насосных штанг. Только в НГДУ "Заинскнефть" восстановлено более 3000 штанг. Экономический эффект составил 1,5млн.рублей. В НГДУ"Иркеннефть" построен цех, который обеспечил потребность предприятий АО "Татнефть" в высоконадежных штанговых колоннах путем входного контроля новых и поступающих на реставрацию штанг, нанесения антикоррозионного покрытия и установки скребков-центраторов из полимерных материалов.

В соответствии с изложенным выше, в диссертационной работе была поставлена цель: создание техники и технологии для повышения работоспособности штанговых скважинных насосных установок и ремонтных агрегатов для их обслуживания.

Основные задачи работы были сформулированы следующим образом:

- анализ работы глубиннонасосного оборудования на предприятиях АО «Татнефть»;

- теоретические исследования взаимодействия штанговой колонны, оснащенной пластинчатыми скребками и пластмассовыми центраторами, с насосно-компрессорными трубами при работе ШСНУ;

- разработка технических средств повышения эффективности работы глубиннонасосного оборудования;

- разработка методов обследования и диагностирования подъемных агрегатов;

- создание технологий по ремонту насосных штанг и армированию их пластмассовыми центраторами.

Решение поставленных задач было обеспечено за счет научной новизны, выразившейся в следующем:

- теоретически обоснован и предложен новый метод борьбы с асфаль-тосмолопарафиновыми отложениями (АСПО) на поверхности внутрисква-жинного оборудования, что обеспечивает снижение истирания НКТ муфтами штанг и пластинчатыми скребками;

- разработаны конструкции пластмассовых и плавающих центраторов для штанговой колонны ШСНУ (а.с.1505105, патент РФ 2039198);

- разработана комплексная технология компоновки подземного оборудования в наклонно-направленных скважинах, эксплуатируемых штанговыми глубинными насосами, которая заключается в оптимизации места расстановки центраторов по длине колонны штанг;

- предложены новые критерии диагностирования подъемных агрегатов для ремонта ШСНУ, основывающиеся в определении наиболее нагруженных узлов на лабораторном стенде.

При решении поставленных задач использовались результаты промысловых испытаний усилий смещения пластинчатых скребков, закрепленных на штангах с использованием гидропресса и пневмопресса при разных усилиях прижатия скребков к штанге; статистические методы обработки экспериментальных результатов и методы моделирования компоновки штанговых колонн. Использование выводов и рекомендаций в промысловых условиях с положительными результатами подтвердило достоверность и значимость результатов исследований.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

- проведен анализ работы штанговых глубинных насосов в наклонно-направленных скважинах на предприятиях АО «Татнефть» за 1995-1997г.г. При этом изучен механизм влияния различных факторов на степень снижения МРП скважин;

- разработана методика определения на ЭВМ места установки пластмассовых центраторов на колонне штанг, с помощью которой определяется необходимое количество центраторов для наклонно-направленной скважины;

- создана материально-техническая база для решения проблемы увеличения МРП штанговых глубинных насосов в наклонно-направленных скважинах, которая позволила повысить работоспособность ШСНУ и снизить затраты на проведение подземного и капитального ремонтов скважин;

- составлена и внедрена методика обследования подъемных агрегатов (руководящий документ оформлен в виде «Методических указаний по проведению обследования подъемных агрегатов, используемых при ремонте скважин с целью определения возможности их дальнейшей эксплуатации; РД 39-4723988-129-96);

- разработаны и внедрены скребки-центраторы и малогабаритные вставки в колонну штанг. Применение их позволило снизить нагрузки на штанги на 25-30%, что ощутимо сократило обрывность штанг. В результате значительно сократился износ штанговых колонн и НКТ, получена экономия от повышения сроков службы глубиннонасосного оборудования ШСНУ;

- значительно возросла надежность работы как глубиннонасосного оборудования, так и агрегатов, применяемых для подземного и капитального ремонтов скважин. Это обусловлено применением методических указаний по проведению обследования специального нефтепромыслового оборудования с целью определения возможности дальнейшей эксплуатации (1796.00.002.МУ; РД 39-01363118-139-96).

Оценка экономической эффективности выполнена на основе сопоставления комплекса показателей по анализируемым скважинам до и после внедрения скребков-центраторов. В качестве эффектообразующих показателей приняты: сокращение количества обработок скважин растворителями и количество подземных ремонтов скважин.

Общий экономический эффект по 949 скважинам составил 75540,4тыс.руб. Экспертное обследование подъемных агрегатов и продление срока службы их только за 1999 год позволило сэкономить 7605тыс.руб. В результате реализации разработок автора фактический годовой экономический эффект по вышеуказанным двум позициям составил 83145,4тыс.руб. Доля автора составляет 26.847.500руб. Акты внедрения и экономические расчеты приведены в приложениях 1 и 2.

Основные положения диссертации изложены в 17 печатных работах, в том числе отражены в трех авторских свидетельствах и двух патентах.

В ходе выполнения диссертационной работы большую помощь оказывали работники аппарата ОАО «Татнефть» главный инженер к.т.н. Ибраги

10 мов Н.Г., начальник производственного отдела по бурению к.т.н. Гилязет-динов З.Ф., начальник производственного отдела по капитальному ремонту скважин Фархутдинов Р.Г., начальник экономического отдела Рахманова А.Ф. и другие. Большой объем работ по внедрению удалось провести благодаря помощи работников НГДУ ОАО «Татнефть» Закирова А.Ф., Фролова А.И., Афлетунова P.A., Файзуллина Р.Н. и других. Автор диссертации всем им выражает искреннюю благодарность.

Автор также благодарит научного руководителя профессора Султанова Б. 3. и соруководителя доцента Зубаирова С.Г. за оказание помощи при оформлении диссертационной работы.

Основные выводы и рекомендации

1 Проведен анализ работы штанговых скважинных насосных установок (ШСНУ) в наклонно-направленных скважинах на предприятиях АО «Татнефть» за 1995-98 гг., который позволил выявить степень влияния различных факторов на межремонтный период (МПР) скважин. Наиболее значимыми являются проблемы износа штанг и НКТ и борьба с асфальтосмо-лопарафиновыми отложениями.

Установлено, что в АО «Татнефть» около 72 % отказов по штангам происходит из-за обрыва штанг по телу и отворота штанг. Зависание штанг, в основном за счет АСПО, составляет около 15% отказов. Износ НКТ истиранием достигает 8%.

2 На основе теоретических исследований разработана комплексная технология компоновки подземного оборудования на скважинах, эксплуатируемых штанговыми глубинно-насосными установками, что позволяет вести эффективную борьбу с запарафиниванием НКТ, истиранием НКТ штангами, обрывом штанг и износом устьевых сальников. Разработана и внедрена на всех нефтедобывающих предприятиях ОАО «Татанефть» методика по компоновке штанг скребками-центраторами и пластинчатыми скребками на наклонно-направленных скважинах.

3 Разработано методическое руководство по оптимизации компоновки колонны штанг центраторами в зависимости от кривизны скважины и расчетных прижимающих усилий, в результате чего определяется место установки, конструкция и количество центраторов.

4 Разработан комплекс технических средств повышения работоспособности глубиннонасосного оборудования: разработаны и внедрены малогабаритные вставки в колонну насосных штанг для предупреждения износа НКТ в наклонно-направленных скважинах; внедрены устройства для эксплуатации скважин глубинными насосами (а.с. 1505105); штанги которых оснащены центраторами, для снижения износа НКТ, особенно при добыче высоковязких нефтей; внедрены устройства для эксплуатации наклонно направленной скважины (патент 2039198). В указанном изобретении предложена конструкция скребка-центратора для повышения МРП работы скважин и производительности глубинного насоса за счет центрирования колонны насосных штанг в НКТ; внедрена штанговая насосная установка (а.с. 1555530), которая позволяет повысить производительность и эксплуатационную надежность скважинной штанговой насосной установки за счет применения вакуумной камеры при выполнении штангового насоса во вставном варианте.

5. Разработаны лабораторный стенд и методика обследования на нем ремонтных агрегатов типа АЗИНМАШ-37А, А-50, УПТ-1-50, УПТ-32. За счет обследования 100 подъемных агрегатов АО «Татнефть» только в 1997 году сэкономлено 7605 тыс. рублей. Конструкция стенда и методика обследования заслужили высокую оценку у участников совещания Минтопэнерго РФ, состоявшегося 28-29 апреля 1999 года в г. Альметьевске и рекомендуются к внедрению на всех нефтегазодобывающих предприятиях.

1. Адонин А.Н. Процессы глубиннонасосной добычи нефти. -М.: Недра, 1964.

2. Адонин А.Н. Добыча нефти штанговыми насосами. -М.: Недра, 1967.

3. Александров М.М. Силы сопротивления при движении труб в скважине. -М.: Недра, 1978.-208с.

4. Алиев Т.М., Тер-Хачатуров A.A. Автоматический контроль и диагностика скважинных штанговых насосных установок. -М.: Недра, 1988.

5. Анализ причин преждевременного выхода из строя насосно-компрессорных труб и пути их устранения. / Гайнетдинова Э.В., Михайлов А.Н., Пономарев М.И., и др. // ИС ВНИИОЭНГ. -1990, №8.

6. Антипин Ю.В., Валеев М.Д., Сыртланов А.Ш. Предотвращение осложнений при добыче обводненной нефти.-Уфа: Башк. кн. изд-во, 1987.

7. Архипов К.И., Попов В.И. Справочник инженера-механика по ремонту нефтяного оборудования. -Альметьевск: Изд-во АО «Татнефть», 1996.188 с.

8. Архипов К.И., Попов В.И., Попов И.В. Талевые канаты буровых и нефтепромысловых подъемных установок. Альметьевск, Изд-во АО «Татнефть», 1998,- 173 с.

9. Богомольный Г.И. Сравнение методик конструирования равнопрочных штанговых колонн. Реф. сб. Серия «Нефтепромысловое дело».- М.: ВНИИОЭНГ, 1977.

10. Ю.Бухаленко Е.И., Абдуллаев Ю.Г. Монтаж, обслуживание и ремонт нефтепромыслового оборудования,- М.: Недра, 1985.

11. Валеев М.Д. Добыча высоковязкой нефти на месторождениях Башкирии. М.: Изд-во ВНИИОЭНГ, 1985.

12. Валеев М.Д., Карамышев В.Г. Способ добычи обводненной нефти // Экспресс информация ВНИИОЭНГ. Сер. Техника и технология добычи нефти, 1991, № 12.

13. Вирновский A.C. Теория и практика глубиинонасосной добычи нефти. -М.: Недра, 1971.-184 с.

14. Габдрахманов Н.Х. Состояние скважинных насосов в НГДУ «Туймаза-нефть» // Современные проблемы бурового оборудования и нефтепромысловой механики /Межвуз.темат.сб. научных трудов. Уфа: Изд-во УГ-НТУ, 1996,- с. 52- 57.

15. Габриелов JI.B. Новые технические средства для добычи высоковязкой нефти,- М.: Изд-во ВНИИОЭНГ, 1985.

16. Гадиев С.М. Особенности эксплуатации кустовых скважин,- М.: Гостоп-тех-издат, 1963.-182 с.

17. Гасанов А.П. Создание и внедрение в нефтегазодобывающей промышленности скважинной ремонтной техники. // Автореферат д-ра техн. наук. М.: 1993.

18. Грайфер В.И., Ишемгужин С.Б., Яковенко Г.А. Оптимизация добычи нефти глубинными насосами. Казань: Таткнигоиздат, 1973.

19. Грузинов Я.А. Методика расчета штанговых колонн на выносливость. -Баку: Гос. изд-во, 1965.

20. Инструкция по эксплуатации глубиннонасосных скважин,- Альметьевск : ЦНИЛ объединения «Татнефть», 1970.

21. Инструкция по эксплуатации насосных штанг. РД-39-3-589-81.-Баку: Аз-НИПИнефть, 1981.

22. Инструкция по эксплуатации насосно- компрессорных труб. РД 390147014-217-86,- Куйбышев: ВНИИТнефть, 1987.

23. Исследование рынков основных энергоносителей (Факторный анализ и прогноз)/ под общ. ред. В.А. Максимова Уфа, БГУ, 1999-200с.

24. Ишемгужин С.Б. Руководство по эксплуатации скважин штанговыми насосами.- .- Альметьевск : ПО «Татнефть», 1992, ч. I и II.

25. Казаков С.И. Анализ опыта повышения эффективности эксплуатации нефтяных скважин за рубежом . // Экспресс информ. ВНИИОЭНГ. Сер. Нефте-промысловое дело, 1994, № 1.

26. Касьянов В.М., Грабович В.П. Подбор штанговых колонн для глубиннонасосных скважин,- Тр. МИНХ и ГП, вып. 52,- М.: Недра, 1967.

27. Копей Б.В., Федорович Я.Т. Устранение технологических и эксплуатационных дефектов насосных штанг с одновременным их упрочнением. -М.: ВНИИОЭНГ, 1987, вып.8.

28. Комплекс агрегатов для ремонта и обслуживания нефтепромыслового и энергетического оборудования. / Тахаутдинов Ш.Ф., Чаронов В.Я., Попов В.И. и др. // Нефт. хоз-во , 1998, № 7. с. 46 - 48.

29. К расчету нагрузок в насосных штангах искривленных скважин / Султанов Б.З., Зубаиров С.Г. и др. // Глубинное оборудование для бурения иэксплуатации нефтяных и газовых скважин : Межвуз. НТС, вып. 28,- Уфа: Изд-во Уфимс. нефт. инст-та. 1976,- с.29-34.

30. КруманБ.Б. Глубиннонасосные штанги. М.: Недра, 1978,- 181 с.

31. Кучумов Р.Я. Оптимизация и обеспечение надежности работы нефтепромысловых систем. Автореферат д-ра техн. наук. М.: 1990.

32. Лаврушко П.Н. Подземный ремонт скважин. М.: Недра, 1968.

33. Максутов P.A., Джавадян А.А.,Шкадов Я.Я. Современные глубиннонасосные установки в нефтяной промышленности // Обзор информ. ВНИИОЭНГ. Сер. Машины и нефтяное оборудование , 1992, № 5.

34. Лаврентьев М.А., Шабат Б.В. Проблемы гидродинамики и их математические модели. М.: Наука, 1973. - 416с.

35. Молчанов А.Г. Подземный ремонт скважин. М.: Недра, 1986.

36. Муравьев И.М., Базлов М.Н., Жуков А.И. и др. Технология и техника добычи нефти и газа. М.: Недра, 1971.

37. Муравьев И.М., Мищенко И.Т. Насосная эксплуатация скважин за рубежом. М.: Недра, 1967,- 240 с.

38. Мухаметгалеев P.P. Увеличение межремонтного периода и коэффициента эксплуатации глубиннонасосных скважин Башкирии // Автореферат канд. техн. наук. Уфа: 1978.

39. Насыров A.M. Абдреева Р.Ш., Люшин С.Ф. Способы борьбы с отложениями парафина. ВНИИОЭНГ. М.: 1991,- 44 с.

40. Насыров А.М. Совершенствование технологии и техники добычи высоковязких парафинистых нефтей . // Автореферат канд. техн. наук,- Уфа: Изд-во УГНТУ- 1998.

41. Новое оборудование для механизированной добычи нефти // Обзор, ин-форм. ВНИИОЭНГ. Сер. Нефтепромысловое дело . Зарубежный опыт, 1989, № 20.

42. Песляк Ю.А., Уразаков K.P. Расчет прижимающих сил муфт и штанг в наклонно-направленой скважине// Тр. БашНИПИнефть.-1985.-вып. 72

43. Повышение надежности оборудования скважин при насосном способе добычи нефти,- М.: ВНИИОЭНГ, 1986, вып.4.

44. Повышение технического уровня штанговых глубиннонасосных установок за рубежом //Обзор, информ. ВНИИОЭНГ. Сер. Нефтепромысловое дело. Зарубежный опыт-М.: 1987.

45. Подземный ремонт нефтяных скважин. М.: ИТЕИнефтегаз, 1962.

46. Подкорытов С.М. Методика расчета экстремальных нагрузок на штанги в наклонно-направленных скважинах // Сб. научн. тр. Тюмень: Сиб. НИ-ИНПД986.

47. Попов В.И., Ибрагимов Н.Г., Курмашов A.A., Попов И.В. Повышение эффективности работы скважинных штанговых насосов в АО «Татнефть». //Нефт. хоз-во, 1999,- № 2,- С.36-37.

48. Предотвращение отложения парафина и асфальтосмолистых веществ в добыче нефти на месторождениях с различными геолого-физическими усло-виями. Обзорная информация. « Нефтепромысловое дело». 1987,вып.7.

49. Проблемы борьбы с отложениями в трубах при эксплуатации девонских скважин штанговыми насосами.// Султанов Б.З., Зубаиров С.Г., Попов

50. В.И., Салихов И.А.// Мировое сообщество: проблемы и пути решения. Сб. научных статей Уфа: изд-во УГНТУ, выпуск 4,5 1999- С. 123-133

51. Протасов В.Н. Повышение надежности оборудования скважин при насосном способе добыче нефти // Обзор, информ. ВНИИОЭГ. Сер. Машины и нефтяное оборудование, 1986, № 4.

52. Рабинович A.M. Гидропневматические устройства в приводе глубиннона-сосной установки. М.: Недра, 1962.

53. Разработка и эксплуатация нефтяных скважин. Ужгород: Изд-во «Карпаты», 1985.

54. Репин Н.Н., Девликамов В.В., Юсупов О.М. и др. Технология механизированной добычи нефти. М.: - Недра, 1976.

55. Решетов Д.Н. Детали машин. : Учебник для студентов машиностроительных и механических специальностей вузов. 4-е изд., перераб. и доп. -М.: Машиностроение, 1989. - 496 с.

56. Руководство по подземному ремонту нефтяных скважин. Альметьевск : ПО «Татнефть», 1974.

57. Сароян А.Е., Субботин М.А. Эксплуатация колонн насосно-компрессорных труб. М.: Недра, 1985. - 216 с.

58. Сиюш А.П. Добыча и транспорт нефти и газа. Часть 1 / Перевод с англ. под ред. Р.Ш. Мингареева. М.: Недра, 1980. - 375 с.

59. Скважинные штанговые насосы для добычи нефти. Каталог. М.: ЦИН-ТИХИМнефтемаш, 1988.

60. Современная техника и технология в нефтедобывающей промышленности Республики Татарстан. / Сб. докл. научно-практической конф. Министерства топлива и энергетики РФ и АО «Татнефть», 1999.

61. Справочник по нефтепромысловому оборудованию. // Под ред. Е.И. Буха-ленко. М.: Недра, 1983. - 399 с.

62. Справочная книга по добычи нефти. / Под ред. Ш.К. Гиматудинова . М.: Недра, 1974. - 704 с.

63. Справочное руководство по проектированию разработки и эксплуатации нефтяных месторождений. -М.: Недра, 1983. 455с.

64. Степанова И.С. Расчеты потерь напора в клапанах глубинных насосов. АзНИПИнефть, вып. 27. Баку, 1973.

65. Султанов Б.З. Попов В.И. Теория и практика защиты насосно- компрессорных труб и штанг от износа при эксплуатации ШСНУ // Проблемы нефтегазового комплекса России: Тезисы докладов Международной на-учн,- техн. конф. Уфа, 1998. - с. 184- 185.

66. Суханов Г.Н. Установление режима работы скважины, оборудованной штанговой глубиннонасосной установкой. Тр. УНИ, вып. 8. Уфа: Баш-книгоиздат, 1972.

67. Таблицы подбора конструкций штанговых колонн. Т. I и II. Уфа: ЦНИЛ ПО "Башнефть", 1969.

68. Теория механизмов и машин. // Под ред. К.В. Фролова. М.: Высш. Школа, 1987. - 496 с.

69. Техника и технология добычи на современном этапе. // Сб. докл. научно-практической конф. АО «Татнефть», 1998.

70. Трахтман Г.И. Повышение надежности глубиннонасосного оборудования за рубежом. // Обзор, информ. ВНИИОЭНГ. Сер. Машины и нефтяное оборудование, 1983, № 6.

71. Трахтман Г.И Новое оборудование для эксплуатации нефтяных скважин. // Обзор, информ. ВНИИОЭНГ. Сер. Машины и нефтяное оборудование. Зарубежный опыт, 1988.

72. Трахтман Г.И. Применение штанговых глубиннонасосных установок за рубежом. // Обзор, информ. ВНИИОЭНГ. Сер. Нефтепромысловое дело, 1990.

73. Трахтман Г.И Трубы насосно- компрессорные и муфты к ним. Технические требования. ГОСТ 633- 80. 1980.

74. Увеличение межремонтного цериода работы глубиннонасосных скважин за рубежом. // Обзор, информ. ВНИИОЭНГ. Сер. Машины и нефтяное оборудование, 1987, № 3.

75. Увеличение межремонтного периода ШСНУ с осложненными условиями эксплуатации. / Султанов Б.З., Зубаиров С.Г., Габдрахимов М.С. и др. //Проблемы нефтегазового комплекса России : Тезисы докладов Международной научн. -техн. конф. Уфа, 1998. - с. 175- 177.

76. Уразаков K.P. Эксплуатация наклонно направленных насосных сква-жин.-М.: Недра, 1993. - 169 с.

77. Шарипов А.Х. Энергетический анализ глубиннонасосной добычи нефти. Уфа: Башкнигоиздат, 1969.109