автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Разработка технических средств, обеспечивающих снижение динамики штанговой колонны насосных установок для добычи нефти

11-5 99

/С

На правах рукописи

Шагалеев Рамиль Камилевич

РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ СНИЖЕНИЕ ДИНАМИКИ ШТАНГОВОЙ КОЛОННЫ НАСОСНЫХ УСТАНОВОК ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ

Специальность 05.02.13 - «Машины, агрегаты и процессы» (нефтегазовая отрасль)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа-2011

Работа выполнена на кафедре «Нефтегазопромысловое оборудование» ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет»

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Султанов Байрак Закиевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Зубаиров Сибагат Гарифович

кандидат технических наук Вагапов Самат Юнирович

Ведущая организация

ГБОУ ВПО «Альметьевский государственный нефтяной институт»

Защита состоится «11» ноября 2011 года в 16-00 на заседании диссертационного совета Д 212.289.05 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

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

Автореферат разослан «11» октября 2011 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета

Ризванов Р.Г.

РОССИЙСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ

БИБЛИОТЕКА

2011 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Основной фонд скважин эксплуатируется при помощи штанговых скважинных насосных установок (ШСНУ) в течение длительного времени. Как известно, звеном, передающим возвратно-поступательное движение плунжерному насосу, является колонна насосных штанг, от работоспособности которой зависит и работа самой насосной установки. При этом колонна штанг является одним из самых слабых узлов и ее аварийность вследствие динамических колебаний ведет к увеличению себестоимости добываемой жидкости.

В настоящее время существует большое многообразие устройств, предназначенных для снижения динамических колебаний в штанговой колонне при добыче скважинного флюида при помощи штанговых скважинных насосных установок, эксплуатация которых сопряжена с различного рода сложностями, сопровождающимися увеличением материальных затрат, снижением надежности узлов и т.д. Наибольшее предпочтение среди подобных средств отдается различного рода скважинным штанговым амортизаторам или демпферам. Но из-за низкой работоспособности и надежности они не получили массового применения, в том числе из-за удорожания колонны и осложнения спускоподъемных операций.

Более перспективным является установка демпферов в точке подвеса штанг, так как это снимает ограничения по габаритам и, в то же время обеспечивает значительное удобство при настройке устьевого демпфера.

Создание подобной конструкции значительно снизит себестоимость добываемой скважинной жидкости за счет снижения частоты обрывов колонны штанг насосной установки.

Цель работы

Повышение эффективности работы штанговой скважинной насосной установки (ШСНУ) за счет разработки технических средств для уменьшения динамических нагрузок в колонне штанг.

Задачи, решаемые в диссертационной работе:

1. Провести анализ работоспособности штанговых колонн при их эксплуатации в условиях ОАО «Татнефть».

2. Разработать критерий оценки режима работы штанговой колонны.

3. Разработать технические средства в форме канатных подвесок для снижения динамических нагрузок в колонне штанг.

4. Провести промысловые исследования разработанных канатных подвесок.

Методы решения поставленных задач:

Поставленные задачи решались с применением статистического анализа промысловых данных, теоретических расчетов и промысловых исследований.

Автором защищаются

1. Сформулированные требования к штанговым колоннам при их работе в промысловых условиях при добыче нефти с учетом динамических воздействий на полированный шток, возникающих вследствие рассогласованности движений плунжера и канатной подвески.

2. Разработанные методы оценки динамичности работы штанговой колонны.

3. Разработанные перспективные типы канатных подвесок с демпфером, обеспечивающих снижение динамических нагрузок на штанговую колонну и совмещение осей полированного штока и канатной подвески.

4. Результаты внедрения средств технического воздействия на режим работы штанговой колонны.

Научная новизна

Установлено, что для условий ОАО «Татнефть» переход от статического режима работы штанговой колонны штанговых скважинных

насосных установок к динамическому происходит при коэффициенте динамичности нагрузки рд= 1,2... 1,21.

2. Предложена методика расчета коэффициента динамичности нагрузки для оценки режима работы штанговой колонны штанговых скважинных насосных установок и определения необходимости применения технических средств для снижения степени влияния динамических нагрузок на работу штанговой колонны.

Практическая ценность работы

1. Разработана и изготовлена канатная подвеска станка-качалки со встроенным демпфером, обеспечивающая снижение динамического воздействия на штанговую колонну.

2. Разработанные канатные подвески использованы на трех скважинах ОАО «Татнефть», которые позволили снизить нагрузку в точке подвеса штанг на 10-12%. Разработанная конструкция рекомендуется к применению.

3. Разработанная канатная подвеска используется в учебном процессе Уфимского государственного нефтяного технического университета на кафедре НГПО при изучении студентами специальности 130602 «Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов» дисциплины «Техника и технология для добычи и подготовки нефти и газа».

Реализация результатов исследований

Разработанные канатные подвески внедрены на трех скважинах НГДУ «Альметьевнефть» и НГДУ «Лениногорскнефть» ОАО «Татнефть», и планируется их дальнейшее внедрение. Использование данных научных разработок в составе штанговых скважинных насосных установок позволяет снизить динамическое воздействие на конструкцию штанговой колонны.

Апробация работы

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на следующих конференциях:

Межвузовская научно-методическая конференция «Подготовка конкурентоспособного специалиста в процессе обучения в техническом ВУЗе», г. Уфа, 2008 г.

36-я научно-техническая конференция молодых учёных, аспирантов и студентов, г. Уфа, 2009 г.

I Всероссийская конференция молодых ученых «Актуальные проблемы науки и техники», г. Уфа, 2009 г.

Объем н структура работы

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка использованных источников из 197 наименований. Работа содержит 165 страниц, включая 42 рисунка, 22 таблицы и 10 приложений.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 8 работ, получен 1 патент на полезную модель и 1 патент на изобретение.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность создания технических средств для снижения динамики штанговой колонны насосных установок для добычи нефти, определены проблемы, связанные с обрывностью штанговой колонны вследствие динамических колебаний, и намечены пути их решения за счет демпфирования штанговой колонны в точке подвеса штанг, поставлены цель и основные задачи исследований, сформулирована научная новизна проведенных исследований и их практическая ценность.

В первой главе приведен анализ промысловых данных по эксплуатации штанговых скважинных насосных установок в промысловых условиях ОАО «Татнефть».

Причины аварий ШСНУ можно разделить на эксплуатационные отказы и отказы оборудования. Эксплуатационных отказов (к которым можно отнести засорение, отложение солей, парафиноотложение) в три раза меньше, чем отказов оборудования (основные из которых - отказ НКТ, насосов и штанг).

Анализ промысловых данных подтверждают актуальность задачи повышения надежности штанговой колонны, так как основной причиной потери штанговой колонной работоспособности является именно обрыв по телу штанги. За период с 1997 по 2009 год доля ремонтов, выполненных из-за обрыва штанг, составляла от 9,9 до 16,6% от всех ремонтов, связанных с ШСНУ.

Штанговые колонны в основном работают в наклонно-направленных скважинах, наиболее распространенный профиль которых можно представить состоящим из 3-х участков: вертикального; набора кривизны; наклонно-прямолинейного. Усредненные значения длин участков скважин показывают, что вертикальный участок в среднем равен 150 м, далее начинается набор кривизны и продолжается в среднем до глубины 400 м. Зенитный угол в этой точке равен в среднем 35°. Далее до глубины 1060 м идет наклонно-прямолинейный участок с зенитным углом 35°.

Распределение частоты обрывов штанг в наклонно-направленных скважинах следующее: на участке набора кривизны отмечается в среднем 31 % обрывов штанговых колонн, на наклонно-прямолинейном участке - 49%.

Также рассмотрена работа полированного штока в устьевых сальниках типа СУС. Показано, что сальник, вследствие шарнирного соединения придает дополнительную вибрационную нагрузку штанговой колонне, которая отрицательно влияет на ее межремонтный период.

При работе ШСНУ одним из ненадежных элементов являются штанги, на которые приходится более 30 % всех подземных ремонтов скважин. Как показали исследования различных авторов (А.Н. Адонин, A.C. Вирновский, И.М. Муравьев и другие), обрывы штанг в значительной степени зависят от максимальных динамических усилий, обусловленных быстрым приложением и снятием нагрузки и из-за столба жидкости в момент окончания начальных деформаций при ходе

штанг вверх вниз, а также неравномерным движением колонны штанг жидкости, сопровождающимися резким увеличением максимального усилия и амплитуды изменения усилия в штангах. Для снижения отрицательных влияний колебательных процессов на работу ШСНУ в настоящее время имеются следующие направления:

создание специальных типов приводов ШСНУ; использование гасителей колебаний штанговой колонны ШСНУ

Однако создание специальных типов приводов ШСНУ не находит широкого применения из-за сложности монтажа, обслуживания, меньшей надежности и долговечности, низкого КПД.

Оптимальным вариантом решения проблемы снижения динамических нагрузок штанговых колонн является использование специальных устройств — амортизаторов, демпферов, инерционных гасителей. Результаты теоретических исследований, которые хорошо согласуются с экспериментальными данными, показывают, что использование демпферов динамических нагрузок с хорошо подобранными характеристиками в приводе ШСНУ значительно снижает динамические нагрузки.

Во второй главе описано поведение штанговой колонны при возвратно-поступательном движении балансира станка-качалки и рассмотрены условия работы штанговой колонны в скважине.

В течение цикла работы ШСНУ на полированный шток штанговой колонны действуют нагрузки, которые меняются от максимума до минимума из-за изменяющегося нагруженного состояния плунжера насоса. Максимальные нагрузки на головку балансира действуют при ходе точки подвеса штанг вверх, так как к собственному весу колонны добавляется сила веса откачиваемой жидкости и сопротивления при закачке жидкости в приемный коллектор системы сбора нефти.

Также описаны усилия, действующие в точке подвеса штанг (ТПШ) в процессе работы. Общая нагрузка в ТПШ состоит из статических и динамических

нагрузок. Статические нагрузки возникают от силы тяжести насосных штанг, столба жидкости и сил трения плунжера в цилиндре и насосных штанг о трубы и жидкость. Динамические нагрузки возникают при движении колонны штанг и столба жидкости (вибрационные нагрузки, ударные нагрузки, инерционные силы). Более подробно рассмотрена динамическая составляющая нагрузки.

Существует мнохсество методов, позволяющих учитывать динамические нагрузки в работе штанговой колонны. В качестве критерия оценки напряженного состояния штанг предложен коэффициент динамичности нагрузки в точке подвеса штанг рд. Этот коэффициент широко применяется в других отраслях науки и техники, особенно в строительстве и железнодорожном деле, а так же в сопротивлении материалов, но до сих пор не получил распространения в нефтедобыче. Применяя этот коэффициент, можно наиболее понятным и простым способом использовать динамограмму работы ШСНУ, фиксирующую максимальные и минимальные нагрузки в точке подвеса штанг.

Коэффициент динамичности нагрузки в точке подвеса штанг рл это отношение напряжения, вызванного динамическим действием нагрузки к напряжению, вызванному статическим действием той же нагрузки. Он характеризует степень влияния динамических сил на общую нагруженность штанговой колонны. Чем выше коэффициент, тем выше динамические нагрузки, а, следовательно, и меньше межремонтный период скважины.

Коэффициент динамичности нагрузки является функцией по времени цикла работы штанговой скважинной насосной установки

рт = Рст+Рди"а) (1)

Рсг

где Рст - статическая нагрузка в точке подвеса штанг, Н;

Рдин(£) - динамическая нагрузка в точке подвеса штанг, Н;

I - время цикла работы штанговой скважинной насосной установки, с.

Вычисляя функцию (I) для условий работы ШСНУ на скважине 2130Д НГДУ «Альметьевнефть» по данным полученным с помощью динамограммы, получили следующую зависимость, представленную на рисунке I.

Как видно из рисунка 1, с начала подъема штанговой колонны коэффициент динамичности нагрузки (а, следовательно, и динамическая нагрузка) возрастает. Рост длится 1,6 с (до максимума (Зд=1,244), после чего, происходит его снижение, это объясняется тем, что штанговая колонна через этот промежуток времени вытягивается в струну, и начинает подъем плунжера. Следствием этого является уменьшение влияния динамической нагрузки (до минимума рд =0,756). Снижение коэффициента динамичности нагрузки замедляется с момента торможения точки подвеса штанг (1=6,7 с), доходит до минимума ^=8,6 с) и начинает возрастать вследствие сил сопротивления в насосе, которые затормаживают возвратное движение плунжера вниз. При этом нижняя точка колонны штанг тормозит, а верхняя, ускоряется, что влечет за собой возрастание динамики. После чего все повторяется.

1.3

Рд(0 I

0.8

0.9

1.2/

1.1

0.7

0

2

4 5 6 7 К 9 10 II 12 13 14

Г, С

Рисунок 1 - Функция рд(е)

Время полного оборота кривошипа редуктора станка-качалки на 360° ограничено 14 с, за это время коэффициент динамичности рд меняется от минимума 0,763 до максимума 1,244.

Также была проанализирована зависимость коэффициента динамичности нагрузки в ТПШ рд от параметра динамического подобия (критерий Коши) <р, определяемого по формуле

oi'L

' (3)

где со - угловая скорость вращения вала кривошипа, рад/с;

L - глубина спуска насоса, м;

а - скорость звука в штанговой колонне, м/с.

Как известно, в России принято по этому критерию делить режимы работы скважины на статические (до 0,4) и динамические (свыше 0,4). При статическом режиме считается, что инерционные и динамические нагрузки наименее влияют на работу установки, при динамическом - наоборот.

Эта зависимость для штанговой скважинной насосной установки, смонтированной на скважине 2130Д, представлена на рисунке 2. Как видим из рисунка 2 при увеличении критерия Коши возрастает и коэффициент Рд. Причем с постоянным замедлением прироста коэффициента. При этом, коэффициент динамичности нагрузки ТГТШ подтверждается критерием Коши: при <р =0,4 рд = 1,21, что подтверждает необходимость оснащения штанговой скважинной насосной установки демпфирующими конструкциями.

Для упрощения расчета и выработки выводов о целесообразности установки демпфирующих узлов в колонне штанг достаточно определить коэффициент динамичности нагрузки в точке подвеса штанг рд по следующей формуле

О _ Рдин , л _ Рдин+Ртоадг _ Ртах /л \

Рд - пег ~г 1 — ОС г DCT '

г max гтах гтах

где Р^ах - максимальная статическая нагрузка в точке подвеса штанг, Н;

Ртах - максимальная нагрузка в точке подвеса штанг, Н.

Рисунок 2 - Зависимость коэффициента динамичности нагрузки ТПШ Рд от

критерия Коши ф

Таким образом, при анализе влияния динамических сил на работу ШСНУ и определении методов воздействия для снижения этих нагрузок решающую роль будет играть расчет значения коэффициента динамичности нагрузки в точке подвеса штанг рд для рабочих параметров исследуемой ШСНУ.

На основе методики расчета коэффициента динамичности нагрузки рл была проведена выборка скважин ОАО «Татнефть», оборудованных штанговыми скважинными насосными установками, для которых по условиям эксплуатации необходима замена канатной подвески (или штанговращате.пя) на регулируемую канатную подвеску ПСШ-8.

Для этого, по описанной во второй главе методике были рассчитаны коэффициенты динамичности нагрузки для 52 скважин ЦДНГ №6 НГДУ «Лениногорскнефть» ОАО «Татнефть», оборудованных штанговыми скважинными насосными установками, на которых за период с 2004 по 2009 год произошел обрыв штанговой колонны. Затем, проведено ранжирование коэффициента в зависимости от числа скважин и их простоя за 2009 год (рисунок 3-5).

25 т~

Рисунок 3 - Распределение коэффициента динамичности нагрузки по числу скважин за 2004-2009 гг.

1,1-1,2 1,2-1,3 1,3-1,4

Коэффициент динамичности нагрузки ()д

1,4-1,5

Рисунок 4 - Распределение коэффициента динамичности нагрузки по среднему простою скважин за 2004-2009 гг.

1,1-1,2 1,2-1,3 1,3-1,4

Коэффициент динамичности нагрузки (5л

1,4-1,5

2,5

1-1,1 1,1-1,2 1,2-1,3 1,3-1,4 1,4-1,5

Коэффициент динамичности нагрузки Рд

Рисунок 5 - Распределение коэффициента динамичности нагрузки по частоте обрывов за 2004-2009 гг.

Проанализируем коэффициент динамичности нагрузки на этом примере. Рисунок 3 иллюстрирует, что наибольшее количество скважин (42%) находится в зоне коэффициента динамичности нагрузки от 1 до 1,1; остальные скважины распределяются следующим образом: 25% - от 1,1 до 1.2; 13,5% - от 1,2 до 1,3; 15.4% - от 1,3 до 1,4 и 3,8% - от 1,4 до 1,5. Простой скважин на ремонт (рисунок 4) резко возрастает с интервала 1,2...1,3, что говорит о возрастании сложности ремонта. И, как видно из рисунка 5, рост частоты обрывов штанговой колонны наблюдается у скважин, коэффициент динамики которых находится в пределах от 1,3 до 1,5. Следовательно, ШСНУ с коэффициентом динамичности нагрузки менее 1,2... 1,3 работают в удовлетворительных условиях, а выше - в тяжелых. Для снижения степени влияния динамических нагрузок на обрывность штанговой колонны предлагается включать в компоновки ШСНУ канатную подвеску с демпфирующими элементами ПСШ-8 при наличии коэффициента выше 1,2... 1,3.

Под эту категорию подходят скважины Ромашкинского месторождения НГДУ «Лениногорскнефть» №17206 и № 13899. Внедрение в компоновку ШСНУ канатной подвески ПСШ-8 рассмотрено в пятой главе.

В третьей главе описан процесс разработки конструкций канатных подвесок, снижающих динамическое воздействие работы ШСНУ на штанговую колонну.

Изучив устройства и опыт в снижении динамических колебаний в штанговой колонне, накопленный на производстве, был определен ряд требований к подобному оборудованию:

1) универсальность, то есть возможность использования для наибольшего числа типоразмеров станков-качалок;

2) минимальное время на монтаж-демонтаж;

3) высокая надежность, так как потеря работоспособности приведет к значительным материальным потерям;

4) минимальная стоимость.

Принимая во внимание вышеизложенные требования и учитывая анализ воздействия на динамику штанговой колонны, проведенный в первой главе, был сделан вывод о целесообразности разработки конструкции канатной подвески станка-качалки с демпфирующим элементом. Для этого были разработаны два варианта конструкции:

1) демпфирующая канатная подвеска с поворотным механизмом для совмещения осей полированного штока и штанговой подвески

2) канатная подвеска с демпфером и регулируемыми параметрами положения оси полированного штока.

Ввиду сложности изготовления и меньшей надежности из-за наличия шаровых соединений канатной подвески первого варианта в процессе разработки технических средств было принято решение промысловые исследования проводить с использованием второго варианта устройства - канатной подвески с демпфером и регулируемыми параметрами положения оси полированного штока.

Конструкция канатной подвески (рисунок 6), включает в себя стальной канат 1, стакан канатной подвески 2, полированный шток 3, на который прикреплен стакан полированного штока 4, который упирается в упорное кольцо 5, находящееся во взаимодействии с упругим элементом 6, который в свою очередь установлен в корпусе 7. Корпус 7 установлен в подвижной опоре 8, который имеет возможность перемещения вдоль коридора верхней траверсы 9 и фиксироваться болтами 10. Верхняя траверса 9, в свою очередь, имеет возможность перемещения вдоль коридора нижней траверсы 11 в направлении, перпендикулярном направлению перемещения подвижной опоры 8.

Данное устройство работает следующим образом. При ходе полированного штока вверх упорное кольцо 5 упирается в упругий элемент 6, который воспринимает избыточную нагрузку от штанговой колонны, при этом в нижней траверсе 11 и верхней траверсе 9 предусмотрены отверстия и коридоры, предназначенные для обеспечения горизонтального перемещения полированного штока 3 и позволяющие регулировать положение оси полированного штока 3 параллельно оси устья скважины.

Второй вариант канатной подвески в значительной степени увеличивает надежность штанговой колонны и балансира станка-качалки, что скажется и на повышении эффективности эксплуатации штанговых скважинных насосных установок в целом.

Регулируемая канатная подвеска с амортизатором ПСШ-8 была изготовлена и использована в промысловых исследованиях (рисунок 7).

< л

шг

т

ш

ш

у//,

*

за

Ш1

/

х

5_

7 /---- 1 й

У<7 '4Ш

1_ 2

_1А

\9

Ш

А-А

Рисунок 6 - Общий вид канатной подвески ПСШ-8

Рисунок 7 - Регулируемая канатная подвеска с амортизатором ПСШ-8

В четвертой главе приведено исследование динамики штанговой колонны с регулируемой канатной подвеской ПСШ-8.

Для исследования работы регулируемой канатной подвески с демпфирующим элементом была выбрана скважина 231 ОД Ромашкинского месторождения НГДУ «Альметьевнефть» ОАО «Татнефть». Эта скважина была выбрана потому, что на поверхностной динамограмме наиболее ярко проявлялись колебания штанговой колонны в виде ломаной волнистой линии при ходе вверх и вниз, обусловленные резким приложением нагрузки столба жидкости при закрытии нагнетательного клапана (восходящий ход) и вследствие достаточно быстрой разфузки насосных штанг при открытии того же клапана (нисходящий поток). Также эта скважина характерна частыми обрывами, в частности, за 20082009 гг. были зафиксированы три аварийные ситуации, связанные с обрывами штанговой колонны.

Таблица 1 - Параметры скважины № 231 ОД

Параметр, ед. изм. Значение

Статический уровень, м 339

Динамический уровень, м 753

Пластовое давление, МПа 16,7

Забойное давление, МПа 9,9

Вязкость добываемой жидкости, сСт 12,97

Дебит жидкости, м3/сут 10,9

Обводненность, % 78

Скважина 231 ОД расположена на альметьевской площади пашийского горизонта и имеет параметры, указанные в таблице 1. Эксплуатируется штанговым глубинным насосом 25/20-150-11НМ-Т-12-4-4 от привода СКД6-2,5-2800 со следующими параметрами:

число качаний - 4,4 в мин.;

производительность насоса — 18 м3/сут.;

коэффициент подачи насоса - 0,61;

глубина подвески насоса - 1205 м;

длина хода - 2,5 м;

мощность электродвигателя - 18,5 кВт;

приведенное напряжение на головку балансира - 54,1 МПа.

Профиль скважины является типичным для волго-урапьского региона -наклонно-направленным пятиинтервальным.

Целью проведения промышленных испытаний являлось определение ресурса работы штанговой колонны при установленной регулируемой канатной подвеске вместо штанговращателя ШВЛ-10.

Методика испытаний заключалась в следующем. Насосная установка запускалась в работу с включенной в ее состав регулируемой канатной подвеской, затем происходило снятие динамограммы при помощи динамографа типа МИКОН-101.

После проведения замеров сравнивались рабочие характеристики ШСНУ при компоновке установки в составе со стандартной подвеской и регулируемой подвеской с демпфером (рисунок 8).

Рисунок 8 - Регулируемая канатная подвеска ПСШ-8 на скв. 231 ОД

Таблица 2 - Сравнение результатов динамометрирования (скв. 2310Д)

Конструкция подвески

№ Стандартная Регулируемая с демпфером

Максимальная нагрузка в ТПШ, Н

1 50704 43228

2 56589 43235

3 50141 46995

4 52483 43501

5 49589 47783

6 56172 47100

7 52693 47078

8 50494 48323

Результаты исследований представлены в таблице 2.

В итоге средняя нагрузка в ТГТШ до установки регулируемой подвески составила 52358 Н, а после установки 45905 Н, что дает снижение максимальной нагрузки на штанги на 12,4%.

В пятой главе описан процесс внедрения разработанных технических средств на скважинах «Татнефть», оборудованных штанговыми скважинными насосными установками, для которых по условиям эксплуатации необходима замена канатной подвески на регулируемую канатную подвеску ПСШ-8.

Под эту категорию подошли скважины Ромашкинского месторождения НГДУ «Лениногорскнефть» №17206 и № 13899.

Основанием внедрения новой подвески на скважине 17206 были расчеты по нашей методике по отчетности работы скважины за 2009 г. и начало 2010 г. В таблице 3 представлены результаты отчетности по нагрузкам и рассчитанный коэффициент динамичности нагрузки.

В результате установки на скважине №17206 вместо штанговращателя ШВЛ-10 регулируемой канатной подвески ПСШ-8 с демпфером снижение нагрузки в точке подвеса штанг за счет динамики составило в среднем 12,6%.

Также основанием внедрения новой подвески на скважине 13899 были расчеты по нашей методике по отчетности работы скважины за 2009 г. и 5 месяцев 2010 года. В таблице 4 представлены результаты отчетности по нагрузкам и рассчитанный коэффициент динамичности нагрузки.

Таблица 3 - Нагрузки и коэффициент рлза 2009 г. (скв. 17206)

Месяц Ртах» ^ Ргтпэ Н Рсг, Н Эд

Январь 2009 32289 12200 1,155

Май 2009 33116 11813 1,185

Сентябрь 2009 33114 13268 1,185

Октябрь 2009 43446 8543 27940 1,555

Ноябрь 2009 45722 10852 1,636

Декабрь 2009 42043 835 1,504

Январь 2010 41019 11387 1,468

В результате установки на скважине №13899 вместо штанговращателя ШВЛ-10 регулируемой канатной подвески ПСШ-8 с демпфером снижение нагрузки в точке подвеса штанг за счет динамики составило в среднем 12,7%.

Таблица 4 - Нагрузки и коэффициент рдза 2009 г. (скв. 13899)

Месяц Ртах? Н РгШП! Н Реп Н Рл

Январь 2009 35638 14193 1,169

Февраль 2009 48115 5333 1,579

Март 2009 42946 7864 1,409

Апрель 2009 38050 7524 1,249

Май 2009 48545 3845 1,593

Июнь 2009 47487 9521 1,558

Июль 2009 43543 13580 1,429

Октябрь 2009 39490 13197 30460 1,296

Ноябрь 2009 40278 5403 1,322

Декабрь 2009 39043 6706 1,281

Январь 2010 45851 10893 1,505

Февраль 2010 44725 10318 1,468

Март 2010 38179 7537 1,253

Апрель 2010 37235 1718 1,222

Май 2010 43856 11866 1,439

На основании анализа распределения коэффициента динамичности нагрузки, результатов исследований, выполненных на скважинах 231 ОД, 17206 и 13899 рекомендуется оснащать штанговые скважинные насосные установки регулируемыми канатными подвесками ПСШ-8 с демпферами в тех случаях, когда коэффициент динамичности нагрузки (Зд выше 1,2.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Проведенный анализ статистического материала по работе штанговых колонн в ОАО «Татнефть» показал, что высокая обрывность обусловлена динамическими нагрузками.

2. Предложен коэффициент динамичности нагрузки в точке подвеса штанг в качестве критерия степени влияния динамических сил на напряженное состояние колонны штанг. С использованием коэффициента динамичности нагрузки разработана методика для выявления степени влияния динамических нагрузок, действующих на штанговую колонну штанговой скважинной насосной установки. Проведен анализ коэффициента динамических нагрузок в зависимости от критерия Коши и от времени оборота вала кривошипа редуктора станка-качалки, который показал, что наибольшие динамические нагрузки появляются при коэффициенте динамических нагрузок выше 1,2.

3. Разработаны две конструкции регулируемых канатных подвесок с демпфирующими элементами. На первую конструкцию получен патент на полезную модель, на вторую (ПСШ-8) получен патент на изобретение.

4. Промысловые данные показали, что применение канатных подвесок с демпфером позволяют снижать динамические нагрузки на штанги, что приведет к снижению обрывности штанговой колонны, и, следовательно, к увеличению межремонтного периода скважины и снижению себестоимости добываемой нефти.

5. На основании распределения коэффициента динамичности нагрузки, исследований на скважинах 231 ОД, 17206 и 13899 сделаны выводы о необходимости оснащения штанговых скважинных насосных установок

канатными подвесками с демпфером в тех случаях, когда коэффициент динамичности нагрузки выше 1,2.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Султанов Б.З. Шагалеев Р.К. Анализ динамики нагруженного состояния штанговой колонны насосной установки для добычи нефти на примере НГДУ «Бавлынефть» / Технологии нефтегазового дела: сб. науч. тр. / редкол.: Мухаметшин В.Ш. и др. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2007. -С.280-285.

2. Султанов Б.З. Шагалеев Р.К. Устьевая компоновка для снижения динамики колонны штанг Подготовка конкурентоспособного специалиста в процессе обучения в техническом вузе: материалы Межвузовской научно-методической конференции.-Уфа: Изд-во УГНТУ, 2008. -С.337-341.

3. Шагалеев Р.К. Анализ работы штанговых скважинных насосных установок в ОАО «Татнефть» / Подготовка конкурентоспособного специалиста в процессе обучения в техническом вузе: материалы Межвузовской научно-методической конференции.-Уфа: Изд-во УГНТУ, 2008. - С.347-352.

4. Шагалеев Р.К., Султанов Б.З. Канатная подвеска для станка-качалки штанговой скважинной насосной установки с демпфирующим элементом Материалы 36-й научно-технической конференции молодых учёных, аспирантов и студентов: в 3 т.-Уфа: Изд-во УГНТУ, 2009. - Т.З. - С.233-236.

5. Султанов Б.З. Шагалеев Р.К. Обрывность штанг плунжерных скважинных насосных установок в ОАО «Татнефть» Нефтегазовое дело. Научно-технический журнал. - 2009. - №2. - С. 58-70.

6. Шагалеев Р.К., Горшунова Л.П. Пути снижения динамики штанговой колонны Актуальные проблемы науки и техники: Сборник трудов I Всероссийской конференции молодых ученых. - Уфа: УГНТУ, 2009 - С. 119-120.

7. Шагалеев Р.К., Султанов Б.З., Сидоркин Д.И. Результаты внедрения регулируемой канатной подвески РБШ-4220 в НГДУ «Альметьевнефть» ОАО

ff 1 - 1 О 3 А 2

«Татнефть» / Современные технологии в нефтегазовом деле - 2009: сб. науч. тр. редкол.: Мухаметшин В.Ш. и др. - Уфа: Изд-во УГН'ГУ, 2009. - Т.2. - С.275-279.

8. Шагалеев Р. К. Разработка механических средств для снижения динамики колонны насосных штанг / Современные технологии н нефтегазовом деле - 2009: сб. науч. тр. // редкол.: Мухаметшин В.Ш. и др. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2009. - Т.2. - С.280-283.

9. Патент на полезную модель РФ №96618, МПК Р04В 47/02. Канатная подвеска для станка-качалки штанговой скважинной насосной установки/ Шагалеев Р.К, Заявл. 06.04.2009. Опубл. 10.08.2010, Бюл. №22. - 2 с.

10. Патент РФ №2407917, МПК Е04В 47/02. Канатная подвеска станка-качалки штанговой насосной установки/ Султанов Б.З. Шагалеев Р.К. Заявл. 14.07.2009. Опубл. 27.12.2010, Бюл. №36. - 5 с.

Подписано в печать 29.09.2011. Бумага офсетная. Формат 60x84 '/j«. Гарнитура «Тайме». Печать трафаретная. Усл. печ. л. 1. Тираж 90. Заказ 135.

Типография Уфимского государственного нефтяного технического университета

Адрес издательства и типографии: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1

2010012193

2010012193