Применение композитных материалов для повышения эффективности работы скважин, оборудованных УШГН
Автор: Апаев С.В., Федорова У.Н., Сидоров К.С., Татлыев Р.Д.
Журнал: Международный журнал гуманитарных и естественных наук @intjournal
Рубрика: Науки о земле
Статья в выпуске: 12-3 (87), 2023 года.
Бесплатный доступ
В данной статье рассматривается применение композитных материалов для повышения эффективности работы УШГН, приводится анализ эксплуатационных качеств имеющихся на рынке композитных штанг, их достоинства в сравнении со стандартными стальными насосными штангами, преимущества и недостатки замены части компоновки композитными штангами. Оценивается результативность внедрения композитных насосных штанг на основании результатов опытно-промышленных испытаний, проведенных на месторождениях ПАО «НК «Роснефть».
Композитные материалы, насосные штанги, стеклопластик, стеклопластиковые штанги, штанговые скважинные насосы
Короткий адрес: https://sciup.org/170201597
IDR: 170201597 | DOI: 10.24412/2500-1000-2023-12-3-34-37
Текст научной статьи 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
Список литературы Применение композитных материалов для повышения эффективности работы скважин, оборудованных УШГН
- Камалетдинов Р.С. Механизированная добыча нефти. Итоги и прогнозы / Р.С. Камалетдинов // Деловой журнал Neftegaz.RU. - 2022. - № 5-6 (125-126). - С. 102-108. EDN: BGHPIZ
- Опыт применения стеклопластиковых НКТ и штанг в ОАО "Удмуртнефть" // ОАО "Удмуртнефть". - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://en.ppt-online.org/153320 (дата обращения: 03.11.23).
- Штанги насосные стеклопластиковые // "УК "Промтехкомплект". - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://promtk.com/product/fiberglass-pumping-rod (дата обращения: 06.11.23).
- Жарков В.А. Опыт применения стеклопластиковых насосных штанг и стеклопластиковых НКТ в скважинах, осложненных коррозией и АСПО / В.А. Жарков // Инженерная практика. - 2020. - № 9. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://glavteh.ru/опыт-применения-стеклопластиковых-н/(дата обращения: 07.11.23).
- Мокрушин К.А. Применение стеклопластиковых насосных штанг как метод снижения удельных затрат на добычу нефти / К.А. Мокрушин // Инженерная практика. - 2015. - № 4. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://glavteh.ru/применение-стеклопластиковых-насосн/(дата обращения 12.11.23).