ОБЗОР НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ПО ПРОБЛЕМАМ ОБРЫВА ШТАНГ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИН ШСНУ - Анализ причин обрывов штанговых колонн при эксплуатации скважин, оборудованных ШСНУ, на примере Илькинского месторождения НГДУ "Туймазанефть"
Одной из главных проблем при эксплуатации месторождений скважинными штанговыми насосными установками (ШСНУ) являются обрывы штанг и насосно-компрессорных труб (НКТ), являющиеся серьезными авариями, на ликвидацию которых требуются большие материальные и трудозатраты. Данная проблема обозначилась с самого начала применения ШСНУ [1].
Основными характеристиками насосных штанг являются: диаметр по телу штанги и прочностная характеристика штанги - величина приведенного допускаемого напряжения [2].
В процессе работы штанги испытывают значительное напряжение. Штанги воспринимают нагрузки, которые в процессе работы передаются на головку балансира станка качалки, такие как: статические нагрузки от силы тяжести штанг и жидкости, а также силы трения плунжера в цилиндре и штанг о трубы; силы инерции движущихся масс жидкости и штанг; ударные нагрузки; усилия от вибрации колонны штанг [3]. Определяющими факторами при выборе колонны штанг для обычных условий являются максимальная нагрузка и возможные колебания нагрузки.
На насосные штанги, находящиеся в скважине, действуют следующие неблагоприятные факторы [4]:
- * Циклические знакопеременные нагрузки: напряжения изгиба, растяжения, кручения, сжатия и трения. Все эти виды нагрузок действуют на насосные штанги при работе их в скважине постоянно и в комплексе; * Осложненные условия добычи нефти в скважине, связанные с искривленностью ствола скважины, наличием песка, асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО), высокого газового фактора, высокой температуры и давления; * Наличие и постоянный рост коррозионной активности добываемой жидкости с присутствием в попутно добываемой воде ионов солей, щелочей, кислот, а также ионов водорода, который повышает хрупкость металла.
На эксплуатационную надежность штанговых колонн влияет большое количество факторов [5]:
- - длина хода; - число качаний; - глубина спуска насоса; - коэффициент подачи и т. д.
Производительность глубинного насоса зависит от длины хода полированного штока и числа качаний и увеличивается с ростом этих величин. Очевидно, увеличение длины хода и числа качаний способствует росту напряжения в штангах. Возникающие в штангах растягивающие напряжения снижают предел прочности [6,7].
Кроме того, увеличение числа качаний вызывает ускорение усталости штанг. Поэтому число качаний и длину хода необходимо выбирать так, чтобы они удовлетворяли условиям надежности штанг. Особую роль в снижении эксплуатационной надежности штанг играют дефекты их поверхностных слоев [8,9].
По завершении определенного срока службы любого изделия из металла, работающего в условиях циклических и динамических нагрузок, наступает вероятность его обрыва по причине развития усталостных микротрещин -- как невидимых внутренних, так и видимых наружных. И насосные штанги в этом отношении исключения не составляют [10,11].
Критерия отбраковки б/у ШН по микротрещинам не существует. В то же время, любая микротрещина в ШН с большим сроком эксплуатации (более 5 лет) в процессе дальнейшего использования изделия может стать очагом развития трещины и обрыва штанги. Именно в этом заключается ответ на вопрос, почему спуск в скважину проверенных на дефектоскопе и признанных годными б/у штанг оборачивается обрывами. Насосные штанги б/у, даже после проверки их на дефектоскопе не могут быть 100%-но годными: их поверхность покрыта микротрещинами и существует риск и их обрыва [12,13].
Усталостные трещины образуются также по следующим причинам [14]:
- 1. Наличие на поверхности штанг механических повреждений от ударов металлическими предметами. На дне риски создается концентрация напряжения согласно экспоненциальному закону и развивается трещина. 2. Появление перенапряжений в поверхностном слое металла, возникших вследствие изгиба штанги при ее транспортировке или спуско-подъемных операциях.
Из-за усталости металла происходит почти 100% обрывов. Промысловые наблюдения показали, что 50% обрывов штанг происходит по резьбе. На обрывы в резьбе также влияет крутящий момент, прилагаемый при затяжке резьбы во время спуска штанг в скважину [15,16].
Причиной большого количества обрывов штанг является существующая технология их производства и, как следствие, низкое качества штанг. Изготовление стандартной насосной штанги производится высадкой головки штанги при высокотемпературном нагреве в 5 переходов. Это приводит к снижению технической характеристики штанг из-за нарушений исходной микроструктуры металла и соосности головки штанг, вызывающие дополнительные изгибающие моменты при их эксплуатации, а так же к повышению стоимости производства [17,18].
Одним из основных направлений увеличения МРП УШСН является повышение надежности насосных штанг, в том числе совершенствование системы их технического обслуживания и ремонта, а так же оптимизацией работы штанговых колонн. В процессе эксплуатации штанговая колонна подвергается совместному воздействию циклических знакопеременных нагрузок и коррозионной среды. В наклонно направленных скважинах наряду с продольными динамическими нагрузками на штанги действуют дополнительные силы трения, изгибающие и скручивающие нагрузки которые обусловлены геометрией скважины. Отсюда, детали, подвергающиеся длительной повторно-переменной нагрузке, разрушаются при напряжениях, значительно меньших предела прочности материала при статическом нагружении, чем и обусловлено неконтролируемое коррозионно-усталостное разрушение штанг [19,20]. Таким образом, мероприятия, направленные на сокращение числа обрывов насосных штанг, можно квалифицировать на две категории - предупреждающие причину обрыва и предупреждающие сам обрыв. К первой категории следует отнести повышение качества штанг (включая качество материала, технологию производства и заводскую дефектоскопию штанг), улучшение состояния их транспорта, хранение и эксплуатацию [20,21].
В качестве достойной и экономически оправданной альтернативы обычным насосным штангам (НШ) являются непрерывные колонны насосных штанг COROD. В отличие от колонн обычных НШ в штанговых колоннах COROD всего два резьбовых соединения. Кроме того, за счет отсутствия в них муфт снижается контактная нагрузка и увеличивается рабочее пространство лифтовой колонны, а также уменьшается и вес всей подвески [22,23].
С целью устранения продольного изгиба нижней части колонны штанг, применяют утяжеленный низ. Собирается он из сплошных трубчатых штанг большого сечения и состоит из секций длиной 4 - 5 м [24].
С большим количеством осложнений возникающим при эксплуатации ШСНУ можно бороться при помощи замены стандартных металических штанг на штанги из стеклопластика. Они обладают рядом преимуществ перед металлическими аналогами. По итогам ОПР в скважинах в ОАО "Удмуртнефть" стеклопластиковые штанги рекомендованы к применению в добывающих скважинах ОАО "НК-Роснефть", осложненных коррозией [25,26].
В настоящее время разрабатываются стеклопластиковые и углепластиковые насосные штанги для использования в скважинах с коррозионно - активной средой. Конструкция аналогична стальным штангам, т. е. есть гладкое тело штанги и высаженная часть с резьбой. Основная особенность стеклопластиковых штанг - их малая масса: при одинаковой прочности они в 3 - 4 раза легче стальных, но в 2 - 3 раза эластичнее. Обычно их используют в глубоких скважинах или в скважинах с высококоррозионной пластовой жидкостью [27,28].
Одним из наиболее эффективных методов борьбы с обрывами штанг является оптимизация работы скважин. Технология SALT позволяет повысить производительность насоса за счет реализованной в СУ функции автоматической настройки ШГН. Бездатчиковая технология механизированной добычи (SALT) -- запатентованный метод, основанный на векторном управлении частотой (VLT) привода со встроенным программным обеспечением для управления насосом [29,30].
Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что в настоящее время проблема обрывности штанг является одной из важных проблем в нефтедобывающей сфере, поскольку основной фонд скважин, на последней стадии разработки месторождений, эксплуатируются штанговыми насосными установками.
Похожие статьи
-
Большое количество условий эксплуатации обеспечивает большое многообразие причин выхода оборудования из строя. Одним из важных показателей работы скважин...
-
Основные причины появления осложнений в работе скважин, осложненных обрывностью штанговой колонны, связаны с комплексом причин. Данные по ремонтам...
-
Таким образом, в результате проведенного статистического анализа, выявлено, что большинство скважин Илькинского месторождения, оборудованных УЭЦН,...
-
Проанализируем фактические динамограммы скважин Илькинского месторождения, которые осложнены обрывностью штанговой колонны в период за 2010-2013 гг [31]....
-
Исходные данные для расчета максимальных и минимальных нагрузок скважин Илькинского месторождения, осложненных обрывностью штанговой колонны,...
-
Высокие темпы роста добычи нефти обеспечиваются не только вводом в разработку новых нефтегазоносных площадей, но также более рациональной разработкой...
-
Проведем анализ фактических динамограмм 5 скважин месторождения, осложненных обрывностью штанговой колонны, снятых за период, предшествующий ремонту...
-
Статистический анализ применяется для решения большого количества промысловых задач, связанных с анализом данных. В результате наблюдений, были собраны...
-
УЭЦН Эксплуатация нефтяных скважин УЭЦН широко распространена на нефтяных промыслах Российской Федерации, и, особенно, в Западной Сибири. В этом регионе...
-
Практически все нефтяные скважины Западной Сибири и многие скважины в других регионах являются наклонно-направленными или искривленными. Практика...
-
Классификация аварий при бурении нефтяных и газовых скважин В процессе бурения нефтяных и газовых скважин аварией считают нарушение технологического...
-
ВВЕДЕНИЕ - Борьба с осложнениями при эксплуатации скважин в условиях Конитлорского месторождения
Основными задачами требующими первоочередного решения в нефтегазовой промышленности - это решение ряда важнейших проблем, без устранения которых нельзя...
-
Выводы по анализу эксплуатации скважин - Геологическая характеристика Гагаринского месторождения
Средний дебит скважин составляет 12,4 т/сут. Средняя обводненность продукции составляет 23 %. Наиболее распространенный типоразмер используемого насоса...
-
Нижняя часть обсадной колонны заблаговременно на мостках оснащается колонным башмаком и обратным клапаном. Измеряется общая длина обсадных труб, после...
-
Система контроля процессов разработки залежей нефти и газа должна обеспечить получение информации о распределении давлений по площади каждого пласта, о...
-
Обоснование выбора рекомендуемых способов эксплуатации скважин, устьевого и внутрискважинного оборудования С начала разработки месторождения ограниченные...
-
Расчет бурильной колонны - Проект строительства эксплуатационной нефтяной скважины глубиной 1640 м
Бурильная колонна состоит из следующих элементов: утяжеленных бурильных труб (УБТ), стальных (СБТ) или легкосплавных бурильных труб (ЛБТ), ведущей...
-
Мероприятия по борьбе с асфальтосмолопарафиновыми отложениями Для предупреждения и ликвидации АСПО на Гагаринском месторождении применяют химический и...
-
При разработке месторождений открытым способом к электроустановкам предъявляются требования действующих "Правил устройства электроустановок", "Правил...
-
Охрана недр на нефтепромысле Основы Законодательства России о недрах предусматривают обязанность пользователей недр обеспечить охрану атмосферного...
-
Основными осложнениями, встречающимися на Конитлорском месторождении это АСПО и свободный газ. Газовый якорь ЯГ-1 - дополнительное приспособление для...
-
По состоянию на 01.07.2006 парафинящейся фонд скважин ЦДНГ-5 составляет 523 скважин. Как видно из таблицы 3 количество ОДИ - 26, фонтанные - 30, ШСН -...
-
Освоение скважин - комплекс работ по вызову притока жидкости (газа) из пласта в скважину, обеспечивающего ее продуктивность в соответствии с локальными...
-
При определении наружных давлений, действующих на обсадную колонну, руководствуются следующими условиями. В незацементированной зоне наружное давление на...
-
Анализ причин снижения продуктивности скважин - Потымецкое куполовидное поднятие
В процессе добычи нефти, вся извлеченная жидкость проходит через призабойную зону добывающих скважин, а вся нагнетаемая жидкость через призабойную зону...
-
Крепление некоторого интервала ствола скважины обсадной колонной с последующим ее цементированием - весьма важный и ответственный этап в строительстве...
-
Центральная инженерно-техническая служба (ЦИТС). Главной задачей ЦИТС является обеспечение выполнения производственных планов добычи нефти и газа в...
-
Конструкция скважин ЯГКМ (валанжин) - Ямбургское нефтегазоконденсатное месторождение
Скважины Ямбургского газоконденсатного месторождения оснащаются фонтанными арматурами отечественного и зарубежного производства. По контрактам с Румынией...
-
При цементировании обсадных колонн кроме АЦ - 320М и СМН - 20, дополнительно используются следующие технологические средства: 1. в случае использования...
-
Для приготовления тампонажного раствора определяется тип и число смесительных машин: , (34) Где m - насыпная масса сухой тампонажной смеси, кг/м3; VБУН -...
-
Техническое обслуживание скважинных штанговых насосных установок Надежная работа станка-качалки (СК) достигается за счет правильного подбора...
-
Конструкция добывающих и нагнетательных скважин Направление I диаметром 530 мм спускается на глубину 15 м для предохранения устья от размыва и перекрытия...
-
Потокометрические исследования В скв. №№ 402 и 405 работает кровельная часть пласта, в скв. № 427 интервалы перфорации перекрыты НКТ. Скв. № 412 во время...
-
Расчет бурильной колонны - Бурение нефтяных и газовых скважин
Исходные данные к расчету Способ бурения Роторный Условия бурения Нормальные Глубина скважины Lскв=2530 м Тип, диаметр и толщина стенки обсадной колонны,...
-
Буровые установки и оборудование - Технология бурения скважин
Буровая установка или буровая -- комплекс бурового оборудования и сооружений, предназначенных для бурения скважин. Состав узлов буровой установки, их...
-
Организация работы в буровой бригаде - Технология бурения скважин
Перечень выполняемых работ и организация труда буровой бригады зависят от целей бурения, глубины и конструкции скважины. Это выполнение подготовительных...
-
Авариями в процессе бурения называют поломки и оставление в скважине частей колонн бурильных и обсадных труб, долот, забойных двигателей, потерю...
-
Сущность процесса вторичного вскрытия пластов - создание каналов в цементном кольце, обсадной колонне и участках горных пород, загрязненных в процессе...
-
В декабре 2005 - январе 2006 года в ОАО "Удмуртнефть" был проведен гидроразрыв пласта на 9 скважинах Ельниковского месторождения (песчаники С-III...
-
В соответствии с целевым назначением и основными задачи буровых работ, геолого-техническими условиями бурения и степенью их изученности обосновывается...
ОБЗОР НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ПО ПРОБЛЕМАМ ОБРЫВА ШТАНГ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИН ШСНУ - Анализ причин обрывов штанговых колонн при эксплуатации скважин, оборудованных ШСНУ, на примере Илькинского месторождения НГДУ "Туймазанефть"