Дипломная работа (бакалавр/специалист) на тему Межремонтный период УЭЦН на нефтяном месторождении при добычи нефти с высокой вязкостью

Содержание:

Введение 8
1. Изучение технологического оборудования, применяемого на нефтяных месторождениях в межремонтный период 12
1.1 Анализ эксплуатации скважин, оборудованных установками электроцентробежных насосов 12
1.2 Конструкции центробежных насосов 16
1.2.1 Глубинные насосы 20
1.2.2 Буровые насосы с трансмиссивным валом 20
1.2.3 Буровые насосы с углубленным электродвигателем 22
1.3 Особенности эксплуатации и конструкции скважин, оборудованных установками электроцентробежных насосов 26
1.4. Особенности рабочего процесса погружных насосов 29
Выводы 36
2. Совершенствование технологии эксплуатации скважин с высоковязкой нефтью 37
2.1 Межремонтный период работы скважин оборудованных УЭЦН 40
2.2 Основные причины отказов УЭЦН 44
2.3 Описание предлагаемых методик совершенствования, обоснование целесообразности и эффективности при добыче нефти с высокой
вязкостью 46
2.4 Назначение, устройство, принцип центробежного насоса 53
Выводы 60
3. Повышение эффективности работы погружных насосов 61
3.1 Пути повышения эффективности погружных насосов при перекачке реальной жидкости 61
3.2 Основные исследования и направления по совершенствованию проточных частей степеней погружных насосов 63
3.3 Пути совершенствования проточных частей погружных насосов с целью повышения их напористости 66
3.3.1 Влияние скоса исходной кромки рабочего колеса 66
3.3.2 Модификация проточной части рабочей степени 69
3.3.3 Полуоткрытое модифицированное колесо при откачке газожидкостных смесей 73
Выводы 74
Заключение 75
Список использованных источников 77

Введение:

На сегодняшний день важным вопросом является получение тяжело добывающей и остаточной нефти, поскольку интенсивно уменьшаются запасы нефтяных месторождений РФ. В основном, добыча нефти начинается с истощения месторождения (первичный добыча нефти), затем наступает режим с поддержания пластового давления путем запомпывания воды высокого давления (вторичный добыча), и только тогда происходит повышение нефтедобычи тепловыми методами или смешанное вытеснения нефти (третичный добыча) [1].
Следовательно, уменьшение добычи нефти в РФ обусловлено переходом большей части по добыче и запасам месторождений в позднюю стадию разработки, которая отличается значительным их истощением после извлечения 80-85% нефти от утвержденных начальных запасов [2, 3]. Истощение месторождений сопровождается обводненностью сырья до 80-85% и более. В среднем коэффициент извлечения нефти (КИН) составляет 30%, в то время, как в других странах при соответствующих режимах он составляет 50-55%.
Основным направлением повышения уровней добычи нефти и получения высоких конечных КИН является совершенствование существующих электромеханических систем по разработке месторождений с параллельным применением современных технологий. Актуальным вопросом является модернизация электроприводов насосных установок, а именно увеличение степени напорности насоса при сохранении массогабаритных показателей рабочих элементов и повышения эффективности передачи энергии. Интенсификация добычи нефти на последних этапах разработки требует повышения напора насосных установок в сети при постоянных затратах.
В нефтедобыче выделяют три метода, в зависимости от давления в нефтеносном пласте и способа его поддержки. При первичном методе нефть поступает из пласта под действием природных сил, поддерживающих высокое давление в пласте, например, замещение нефти подземными водами, расширения газов, растворенных в нефти и др. КИН при первичном методе, колеблется от 5% до 15%. В случаях, когда давления в пласте недостаточно для подъема нефти на поверхность, используют погружные, штанговые и электрические насосы. Вторичный метод используют после исчерпания природного ресурса, то есть когда давления недостаточно для подъема нефти.
Методика добычи нефти при вторичном методе заключается в том, что в полости подводят внешнюю энергию в виде жидкости закачивается, например, пресной воды, природного или попутного газа. КИН в данном случае составляет около 30%, а закачки воды увеличивает обводненность нефти характеризуется сложностью их разделения. Третичный метод добычи заключается в увеличении подвижности нефти для увеличения нефтеотдачи, при этом КВН составляет 5 — 15% [4, 5].
Изъятие остаточной нефти обычными способами практически невозможно. Распределение остаточных запасов нефти характеризуется комплексом факторов, таких как вязкость нефти, ее исходное состояние, режимы разработки месторождения, плотность сетки скважин и свойства коллектора.
В зависимости от физико-химических свойств и пластовой системы горных пород коллектора и пластовых жидкостей существуют следующие способы уменьшения объемов остаточной нефти. Рекомендуется не допускать разработки месторождения в режиме растворенного газа, как при режиме истощения, подготовка скважин с обеспечением профилей притока нефти из всех нефтенасыщения интервалов, использование горизонтальных скважин при добыче нефти из застойных участков месторождения, циклическое истощения нефтяного месторождения по определенным схемам [1].
Определено, что использование комплексной технологии разработки, сочетание системы горизонтальных скважин и поддержка пластового давления будет способствовать изъятию нефти и повышать текущий КИН, характеризующееся отношением добытой из залежи количества нефти на определенную дату в начальных общих запасов, и конечный КИН, определяется зависимостью добытой количества нефти за весь период разработки первоначальным общих запасов [6, 7].
Интенсификация добычи нефти на последних этапах разработки требует повышение напора в сети при постоянном расходе. Это достигается двумя известными путями. Одним из них является повышение напора отдельного степени насоса, сопровождается неоднократным разборкой и сборкой насоса, требует больших затрат времени и может привести к несвоевременной поставки оборудования.
Более эффективным является второй способ, а именно модернизация серийных степеней многоступенчатых насосов при ремонте электромеханических систем насосных станций с целью увеличения их напора при наличии запаса мощности приводных электродвигателей. В работе [8] предложено повышение напора отдельного степени насоса, достигается путем сочетания в пределах одного степени центробежного и центростремительного процессов передачи энергии. Комбинированный вариант позволит существенно повысить напор по сравнению с известными способами.
Итак, самыми распространенными в нефтедобывающей промышленности является насосные установки с центробежных электронасосами, с помощью которых добывают около 1/3 от общего количества нефти. Электромеханическая система насосной установки с погружным отцентрованным насосом имеет в своем составе погружной электродвигатель, многоступенчатый насос и кабельную линию, которую опускают насосными трубами в скважину, также устанавливают станцию управления и трансформатор [9].
Также немало нефтедобывающих предприятий мира использует штанговые насосы. Их производительность при глубине скважины 200-400 м достигает 500 куб.м/сутки, а при глубине до 3200 м достигает не более 20 куб.м/сутки. При добыче нефти с помощью бесштанговым насосов к насосу по специальному кабелю подводят электроэнергию или энергонесучесть жидкость, например, сжатый газ, через ствол скважины.
Кроме центробежных и штанговых насосов широкого применения для добычи нефти, как в нашей стране, так и за рубежом, получили винтовые насосы, которые характеризуются широким выбором рабочих давлений, низким энергопотреблением, простотой конструкции и др. Благодаря равномерной подачи жидкостей, способности к самовсасывания, перекачки смесей без повреждения состава, возможности работы с высоким давлением и низким уровнем шума винтовые насосы используют в нефтедобыче, нефтепереработке и нефтехимической промышленности.
Актуальность работы. В настоящее время, с целью укрепления энергетической независимости государства, реализуется программа, направленная на повышение эффективности работы энергопотребляющего оборудования. Насосное оборудование различных технологических отраслей является значимым потребителем электроэнергии в промышленности. Поэтому повышение показателей энергоэффективности и энергоемкости насосного оборудования является научно-практической задачей развития отрасли насосостроения и его использования в народном хозяйстве.
Насосы гидродинамического принципа действия относятся к широко распространенному технологическому оборудованию межотраслевого назначения. Их преимуществом является способность перекачивать разные по составу и свойствам текучие среды с достаточно высоким уровнем надежности в работе.
Так, в нефтедобывающей промышленности весьма значительную роль играют установки центробежных насосов средней быстроходности, которые при средних и больших отборах жидкости (80 — 200 м3 / сут и более) является наиболее эффективным и менее трудоемким видом оборудования. В последние годы значительно усложнились условия эксплуатации погружного насосного оборудования: увеличилась глубина установки насоса до 3000 м; расширился диапазон вязкости пластовой жидкости до 100 мПа · с; увеличились объемные доли воды, газа в продукции.
Состав и свойства сред, перекачиваются, существенно влияют на рабочую характеристику насосов, приводят к повышению энергетических затрат на подъем продукции, срыва подачи, износ элементов насоса, вибрациям и другим техническим проблемам.
Разработка новых и совершенствование уже существующих математических моделей, учитывающих особенности гидродинамического рабочего процесса насоса, численное моделирование потока газожидкостной продукции в центробежных ступенях насоса, прогнозирования характеристик погружных центробежных насосов в реальных условиях эксплуатации, является актуальными задачами, решение которых позволит повысить надежность и эффективность работы всей насосной установки.
Цель работы изучить особенности межремонтного периода УЭЦН на нефтяном месторождении при добыче нефти с высокой вязкостью
Задачи ВКР:
1. Изучить особенности анализа эксплуатации скважин оборудованных установками электроцентробежных насосов.
2. Проанализировать особенности эксплуатации и конструкции скважин, оборудованных установками электроцентробежных насосов.
3. Рассмотреть особенности межремонтного периода работы скважин оборудованных УЭЦН.
4. Проанализировать и обобщить многочисленные и экспериментальные исследования, разработать новые и усовершенствовать существующие функциональные зависимости расчета рабочих характеристик погружных центробежных насосов, учитывающих одновременно структуру потока, вязкость и наличие свободного газа.
5. Проанализировать и разработать способы повышения эффективности работы погружных центробежных насосов, оценить влияние скоса исходной кромки рабочего колеса, формы проточной части степени, а также применение «конической сборки» степеней, согласно изменения их пропускной способности, при перекачке жидкости с повышенным содержанием газа на рабочие характеристики насоса с малогабаритными рабочими органами.
Методы исследования. При выполнении диссертационной работы использовались фундаментальные положения теории механики жидкостей и газов. Поставленные в работе задачи решаются на основе методов вычислительной гидродинамики и экспериментальных исследований.
Практическая значимость ВКР. 1. Результаты численного моделирования трехмерной течения газожидкостной смеси позволили усовершенствовать проточную часть степени погружного центробежного насоса.
2. Полученные функциональные зависимости расчета эффективной вязкости газожидкостной продукции, коэффициентов пересчета напора и КПД позволяют с достаточной точностью прогнозировать рабочие характеристики погружного центробежного насоса средней быстроходности при перекачке газожидкостной смеси и водонефтяной эмульсии.

Заключение:

Проанализировано современное состояние моделирования рабочего процесса в лопастных гидромашин, экспериментальные исследования работы погружных центробежных насосов для реальных условий эксплуатации при откачке многофазных смесей позволило выбрать направление и методе исследования.
В виду сложного характера течения в степени насоса ЭВН и ее малого напора возникает необходимость его повышать. Обзор информации показал, что существует достаточно много способов повышения эффективности ЭВН, основными из которых является совершенствование проточной части степени с целью повышения ее напористости, правильная выбор режима совместной работы насоса при заданных условиях эксплуатации.
Рассмотрены варианты по уменьшению гидравлических потерь и предложен следующий вариант: наиболее рациональными являются скос исходной кромки рабочего колеса. Исследования позволили определить оптимальный угол скоса исходной кромки, который составил 10º-12º.
Эффективным является изменение меридионального сечения рабочего колеса и непосредственное подведение его выхода к входу в направляющий аппарат (на данное техническое решение получен патент Украины). Таким образом удается убрать зону резкого поворота, не только ликвидирует потери в данном элементе проточной части, но и снижает их в направляющем аппарате. В связи с этим появляется возможность повысить напористость степени в целом, что положительно сказывается при перекачке ГРС, которой является продукция, перекачивающие насосы данного типа. Полученная модификация позволяет повысить напор на 9% при сохранении КПД на уровне базовой модели.
Эффективность работы насоса можно увеличить, размещая диспергирующие степени непосредственно перед ступенями основного насоса в одном корпусе с ним. При этом увеличатся также рабочий диапазон подач, напор, развиваемый насосом, и величина предельного газосодержание, с которым насосная секция будет бесперебойно работать. Это достигается не только размещением радиальных лопаток на покрывающем диске рабочего колеса, но и снятием части основного.

Фрагмент текста работы:

1. Изучение технологического оборудования, применяемого на нефтяных месторождениях в межремонтный период

1.1 Анализ эксплуатации скважин, оборудованных установками электроцентробежных насосов

Насосы представляют собой гидравлические машины, предназначенные для перекачки жидкости. Превращая механическую энергию приводного двигателя в механическую энергию движущейся жидкости, насосы поднимают жидкость на определенную высоту, перемещают ее на необходимое расстояние в горизонтальной плоскости, или заставляют циркулировать, в какой-то замкнутой системе. Вода или другая рабочая жидкость всасывается насосом из нижнего бассейна и перекачивается по напорном трубопроводе, в верхний бассейн за счет преобразования энергии двигателя в энергию жидкости. Насосы входят в состав основного оборудования насосных станций систем водоснабжения и водоотведения. Основными параметрами насосов является напор, подача, мощность, коэффициент полезного действия, и вакуумметрического высота всасывания.
Установки ЭВН используют для эксплуатации глубоких скважин с низкими уровнями жидкости и высокими коэффициентами производительности. Они применяются там, где эксплуатация скважин с помощью установки штанговых скважинных насосов нарушается частыми обрывами штанг при ограниченной подачи насосов, а газлифтная эксплуатация неэффективна из-за очень малого погружения подъемника при больших удельных затратах рабочего агента. Эти установки целесообразно использовать в скважинах, где необходимо осуществлять высокие и форсированные отборы жидкости в том числе и наклонно-направленных.
Одним из основных средств перекачки многофазных жидкостей являются установки с погружными электроприводными центробежными насосами — УЭВН. Установки с погружными ЭВН отличаются малой металлоемкостью, широким диапазоном рабочих характеристик, как по напору, так и по расходу, достаточно высоким КПД, возможностью откачки больших количеств жидкости и большим межремонтный период.
Погружные электроотцентрованные насосы — это многоступенчатые центробежные насосы с числом ступеней от 100 до 500, приводятся во вращение погружным электродвигателем специальной конструкции.
Электродвигатель питается с поверхности электроэнергией, подводимой по кабелю от повышающего автотрансформатора или трансформатора через станцию управления, в которой сосредоточена вся контрольно-измерительная аппаратура и автоматика. Погружной ЭВН опускается под расчетный динамический уровень обычно на 150 ÷ 300 м.
Жидкость подается по НКТ, к внешней стороне которых прикреплен специальными ремнями трех жильный электрический кабель. В насосном агрегате между самым насосом и электродвигателем является промежуточное звено — протектор или гидрозащиту. При работе ВЭД выделяется много теплоты, поэтому для нормальной работы двигателя требуется охлаждение. Такое охлаждение создается за счет непрерывного протекания пластовой жидкости по кольцевому зазору между корпусом электродвигателя и обсадной колонной. Изоляционные качества применяемых материалов для обмоток двигателя влияют на продолжительность работы установки. Допустимые значения температуры окружающей среды ЭВН — от 100°С до 150°С. Схема установки ЭВН представлена на рис. 1.1.