Анализ причин и современных методов борьбы с негативным влиянием механических примесей на работу глубинно-насосного оборудования

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice

Современное развитие нефтегазового комплекса связано преимущественно со следующими факторами [1, с. 81]: «рост мирового потребления; истощением запасов нефти и газа — реальной возможностью энергетического кризиса; ростом экологических проблем. При этом, развития технологии нефтегазодобычи предопределяет механизированный способ добычи при помощи насосных установок, как наиболее экономически выгодный и производительный способ освоения скважин. В ХМАО-Югре, например, абсолютным лидером по доле добытой нефти являются установки электроцентробежных насосов (далее — УЭЦН). Можно сказать, что последнее время, практически во всех регионах Российской Федерации этот способ добычи нефти является основным. Причем, в последние два десятилетия процент добытой нефти при помощи электроцентробежных насосов только растет (рост составил порядка сорока процентов по отношению ко всей нефти, добытой по всей стране) [2].

Интенсификация добычи нефти, требует повышенных депрессий на пласт, повсеместное применение горизонтальных скважин для расширения зоны притока пластового флюида в скважину, большое количество обработок призабойных зон пласта с помощью гидравлических разрывов разной интенсивности и закачки химических реагентов – вот неполный перечень причин увеличения выноса механических примесей в эксплуатационные нефтяные и газовые скважины [3]. Такие примеси являются губительными для УЭЦН, а борьба с ними требуют применения затратных мероприятий.

Механические примеси представляют собой любые твердые и не только включения, которые содержатся в скважинной продукции при добыче и эксплуатации объектов добычи нефти (могут быть представлены быть в виде песка, солей, минералов то есть иметь «подземное» происхождение, являясь составляющими продуктивного пласта, который разрушается по ряду причин [4]. Одна из главных проблем наличия примесей состоит в том, что часть из них остается нефтепромысловом оборудовании, вызывая различные проблемы в его эксплуатации, и приводит к нарушениям его работы, снижению надежности, уменьшению межремонтного периода, преждевременному выходу из строя и, соответственно, к дополнительным затратам.

В настоящее время разработано множество технологий по предотвращению влияния механических примесей на оборудование, существует значительное количество типов и конструкций фильтров, однако отработанных и научно обоснованных правил выбора методов защиты для оборудования нефтяных и газовых скважин все еще недостаточно [5].

Основные причины появления механических примесей в зависимости от происхождения факторов, влияющих на работу УЭЦН, приведены на Рисунке 1.

Кристаллы солей вынесены как отдельная причина возникновения мехпримесей, так как взвешенные частицы являются центрами кристаллизации при образовании солей, что усугубляет имеющиеся проблему. Характерным является тот факт, что нет никакой универсальной объективной методики определения превалирующего фактора или причины возникновения и осаждения мехпримесей на рабочих органах внутрискважинного глубиннонасосного оборудования. С этой проблемой, в той или иной мере, сталкиваются практически каждый субъект недропользования, и решает эту проблему самостоятельно, согласно наработанной практики и своей внутренней политики компании.

Причем для каждого месторождения, для каждого объекта разработки и, иногда даже, для каждой скважины, недропользователю приходится определять основные причины и источники возникновения мехпримесей. Для начала необходимо определить наличие основополагающих «внутренних» источников то есть тщательно изучить геологические условия и в соответствии с ними установить режим эксплуатации скважин, учитывая величину депрессии, которая при больших значениях может также спровоцировать усиленный вынос песка из пласта. Следить за концентрацией взвешенных частиц в скважинной продукции. Обычно решающими факторами, которые оказывают мощнейшее влияние на концентрацию взвешенных частиц в добываемой продукции, являются забойное давление, обводненность и дебит [6]. Затем, приняв во внимание «внешние» источники, такие как тип и материалы, из которых изготовлено глубинно-насосное оборудование, качество технологических жидкостей и др., стараясь исключить материалы, активно подвергающиеся коррозии с появлением твердых частиц, а также исполнительскую дисциплину сервисных служб, обслуживающих предприятие, в том числе службу ТКРС, ремонтную службу по ремонту НКТ и насосного оборудования и т. д., беря во внимание возможность возникновения частиц, впоследствии ставшими мехпримесями и т. п., разработать рациональную систему борьбы с этими факторами, не в ущерб плановым показателям разработки. В том числе, например, предусмотреть тщательную подготовку, обработку и очистку оборудования перед спуском его в скважину и учет рекомендованных регламентом скоростей спуска и подъема оборудования из скважины и т. д.

Основные причины появления механических примесей

«Внешние»

Технологические жидкости, закачиваемые в

«Внутренние»

скважину недостаточно очищенные или подготовленные перед закачкой в пласт

Продукт разрушения горных пород

Кристаллы солей

Незакрепленный проппант

Продукты коррозии экплуатационной колонны

Элементы ГНО, не подготовленное соответвуюшдм образом или не очищенное на сервисных базах и т.п.

Рисунок 1. Основные причины появления механических примесей в зависимости от происхождения факторов, влияющих на работу УЭЦН

Несмотря на большой интерес исследователей, и предприятий недропользования, проявленный к приведенной проблеме, существует еще множество граней этой проблемы не всегда обширно освещенных в научной литературе. Например, достаточно много работ посвящено факторам влияния составов мехпримесей а также их источникам и причинам возникновения, и влияния количественного показателя КВЧ на выход из стоя оборудования. Тогда как трудов, посвященных определению влияния качественного состава мехпримесей, в том числе их физико-химических свойств таких как химический состав частиц, их твердость, их форма, их размер и т. д. не так много.

Методик противодействия влиянию мехпримесей на работу оборудования множество, но основные из них можно условно разделить на четыре укрупненные группы [7], которые схематически отображенные на Рисунке 2. Способы предотвращения или ограничения поступления мехпримесей в насосную установку делятся на технические, к которым относятся например установка фильтра на приеме скважины, установка фильтра над насосом, и технологические, включающие: снижение депрессии на пласт, повышение качества подготовки растворов и закрепление проппанта [8]. Технологические методы борьбы с механическими примесями основаны на исследовании механических пластовых свойств породы в начальных критериях и их отклонений при изменении равновесного положения гидродинамической системы.

Методы борьбы с негативным влиянием механических примесей

Предотрващение и(или)ограничение поступления мехпримесей в скажи ну

Предотрващение и(или)ограничение поступления мехпримесей в насосную установку

Технические решения, применяемые в насосных установках

Подготовка ствола скважин перед спуском насосного оборудования

Рисунок 2 Методики противодействия влиянию мехпримесей на работу оборудования

Отечественные производители нефтегазопромыслового оборудования и оснастки полномасштабно включились в борьбу с негативным влиянием мехпримесей на насосное оборудование группа компаний «Новомет» предлагает широчайший спектр комплексных технических решений для защиты непосредственно насосного оборудования. Разработаны, успешно внедрены и опробованы на промысле различные конструкции фильтров: входные щелевые, скважинные щелевые, скважинные гравитационно-щелевое, погружные сепараторы механических примесей и многое другое. Также, например, ООО «Производственная Компания «Борец», активно участвует в решении данной проблемы предлагая к использованию разработанную компанией специализированную продукцию например сепаратор мехпримесей-шламосборник, шламосборник самоочищающийся, сепаратор мехпримесей самоочищающийся, сепаратор мехпримесей гидроциклонный, множество вариантов различных фильтров и многое другое.

В заключении, следует еще раз отметить всю многогранность и разноплановость проблемы негативного воздействия механических примесей на глубинно-насосное оборудования. Какой из широкого спектр вариантов решения данной проблемы, включая техническую и технологическую направленность, а также какая методика покажет себя лучше на конкретной скважине, к сожалению, трудно предугадать на начальном этапе ее эксплуатации.

Общие рекомендации по уменьшению этого негативного воздействия можно свести к следующему:

• -    производить регулярные промывки скважины, очистку забоя после проведения гидроразрыва пласта, ремонта и других технологических операций, скреперование эксплуатационной колонны;

• -    запуск и вывод на режим проводить плавно, не допуская резкого снижения забойного давления и превышения допустимых депрессий на пласт; проводить регулярный мониторинг КВЧ в пластовой жидкости;

• -    применять существующие технологии по закреплению проппанта, усилить контроль над качеством технологических растворов глушения, промышленных жидкостей и т. д.;

• -    применять оборудование в коррозионностойком исполнении, когда имеет место агрессивная среда;

• -    усилить контроль над подготовкой оборудования перед спуском его в скважину в плане очистки, промывки в соответствии с регламентами;

• -    применять технические решения в виде фильтров, шламоуловителей, сепараторов мехпримесей и пр.

В любом случае, решение о внедрении вышеперечисленных методик должно приниматься взвешенно, с учетом геологических технологических и технических особенностей данного объекта.