Применение композитных материалов для повышения эффективности работы скважин, оборудованных УШГН

На выбор способа эксплуатации добывающей скважины оказывает влияние множество факторов геологического и технологического характера: глубина залегания продуктивного пласта, величина пластового давления, состав и свойства пластовых флюидов (плотность, вязкость, газосодержание и обводненность скважинной жидкости), осложненные условия добычи (наличие мехпримесей, солеотло-жения), потребный дебит скважины, возможность размещения наземного привода насоса и др.

В России большинство скважин эксплуатируется механизированным способом установками электропогружных центробежных насосов (УЭЦН) и штанговых глубинных насосов (УШГН). Фонд скважин с УШГН, дающих продукцию, по состоянию на 01.01.22 составил более 40 тыс. скважин (рис. 1), большинство из них являются малодебитными. На рисунке 2 представлен фонд добывающих скважин с УШГН по крупным российским нефтяных компаниям [1].

Рис. 1. Фонд нефтяных скважин, дающих продукцию в России

Рис. 2. Фонд нефтяных скважин, оборудованных УШГН, по российским нефтяным компаниям на 01.01.2022

Эксплуатация скважин УШГН зачастую ведется при наличии каких-либо осложняющих факторов (скважины искривленные, с высоковязкой нефтью, высоким газовым фактором, выносом механических примесей, АСПО, коррозионной активностью пластовой жидкости), и в настоящее время продолжают разрабатываться решения по повышению эффективности работы установок.

Оборудование УШГН состоит из наземной и подземной части, которая включает в себя штанговый глубинный насос. Один из основных элементов установки - насосные штанги, изготавливаемые из углеродистых и легированных сталей и потому подвергающиеся наибольшему коррозионному разрушению.

Учитывая количество скважин с УШГН и наличие информации о фонде скважин в открытом доступе, при выборе объекта анализа остановимся на ОАО «Удмуртнефть» ПАО «НК «Рос- нефть». Статистика отказов УШГН по предприятию показывает, что 20-30% из них происходит по причине обрыва колонны штанг, причем в 70-80% случаев -из-за обрыва по телу штанги [2].

Для борьбы с коррозией и уменьшения нагрузки на головку балансира СК было разработано и опробовано нестандартное решение - композитные (стеклопластиковые) насосные штанги (КНШ / ШНС), изготавливаемые с применением наномоди-фицированных композитных материалов нового поколения.

КНШ (рис. 3) не подвергаются коррозионному разрушению, абразивному истиранию и температурному воздействию. Конструкцию штанги составляет стеклопластиковый стержень с закрепленными на нем при помощи адгезива стальными головками. Для комплектации КНШ в колонну в головке штанги предусмотрена соединительная часть с резьбовым элементом.

Рис. 3. КНШ (ШНС) производства «УК «Промтехкомплект»

Сегодня КНШ в России в рамках поставок нефтегазопромыслового оборудования изготавливаются многими предприятиями. Поскольку известно о сотрудничестве ПАО «НК «Роснефть» с компанией «Промтехкомплект», в работе рассмотрим штанги ее производства, позволяющие:

• -    снизить общий вес колонны штанг и, как следствие, максимальную нагрузку на

головку балансира и энергопотребление на подъем скважинной жидкости на поверхность;

• -    обеспечить стойкость штанг к разрыву (по телу штанги за счет свойств материала стержня, по соединению стержня с головкой - за счет адгезива);

  – предотвратить отложение парафина на штангах благодаря меньшей шероховатости поверхности;

  – защитить колонну штанг от коррозии в агрессивной среде [3].

Свойства КНШ были подтверждены в рамках опытно-промышленных испытаний (ОПИ) на месторождениях ОАО «Удмуртнефть»

ПАО «НК «Роснефть», проходивших с 10 октября 2010 г. до 10 августа 2011 г. (таблица).

Замена части компоновки позволила добиться увеличения дебита скважин (отмечается значительная эффективность, максимальный прирост составил более 10 м3/сут) и межремонтного периода рабо- ты (МРП) глубинно-насосного оборудования, причем за время ОПИ не было зафиксировано ни одного отказа по причине обрыва КНШ.

В 2015 г. для подтверждения эксплуатационных характеристик КНШ в искривленных скважинах были проведены испытания на скважине с интенсивностью набора кривизны 5,5°/100 м и средним отклонением по азимуту на 15,5°, результаты показали увеличение МРП с 221 до 450+ суток. В настоящее время проведены ОПИ, осуществляется эксплуатация КНШ в ПАО «Татнефть» им. В.Д. Шашина и дочерних предприятиях ПАО «НК «Роснефть» [4].

Таблица. Результаты ОПИ стеклопластиковых штанг в ОАО «Удмуртнефть»

Показатели	Скважина 1		Скважина 2		Скважина 3
	До	После	До	После	До	После
Дата внедрения	09.11.12		09.09.13		03.11.10
Глубина спуска насоса, м	1072	970	952	1032	1042	1042
Диаметр плунжера, мм	44	44	57	44	57	57
Компоновка колонны штанг	ШН22 565 м ШН19 507 м	ШНС22 516 м ШН22 454 м	ШН22 528 м ШН19 424 м	ШНС25 480 м ШН22 552 м	ШН22 1042 м	ШНС22 400 м ШН22 642 м
Максимальная  нагрузка  на устьевой шток, т	4,08	3,56	4,59	3,78	5,76	4,3
Дебит жидкости, м3/сут	15	17	11,7	14	21	33
МРП скважины, сут	134	672+	101	489+	98	210+
Содержание H 2 S, мг/л	128	144	225

Практический опыт доказывает эффективность КНШ в борьбе с коррозионным разрушением колонны штанг и снижении энергопотребления благодаря уменьшению ее веса, однако при использовании подвесок с 90% долей КНШ происходит выраженное растяжение колонны штанг, определяемое динамометрированием [5]. Возникающее при этом падение коэффи-

КНШ при максимальной глубине спуска до 2000 м, высокой обводненности скважинной продукции (более 70%) и отсутствии в ней эмульсии.

Учитывая, что УШГН на месторождениях Западной Сибири работают в услови- ях, часто подходящих под данные критерии, а также принимая во внимание проблему коррозии стальных штанг, можно циента подачи ШГН можно скомпенсиро- заключить, что замена части компоновки вать увеличением параметров откачки.

штанговых колонн на КНШ является од-

Расчеты экономической эффективности,   ним из наиболее оптимальных способов выполненные специалистами ПАО «НК   защиты штанг от коррозии и повышения

«Роснефть», показывают, что целесооб-    МРП установок.

разным будет включение в компоновку