Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук.
Уфа, Уфимский государственный нефтяной технический университет,
2014. — 133 с.
Специальность 05.02.13 – «Машины, агрегаты и процессы»(нефтегазовая
отрасль)
Научный руководитель: к.т.н., профессор Забиров Ф. Ш.
Цель работы: совершенствование компоновки
штанговой винтовой насосной установки и определение параметров ее
работы для
обеспечения надежной и эффективной эксплуатации малодебитных скважин, осложненных пескопроявлениями.
Научная новизна: Аналитически установлены и экспериментально подтверждены значения диапазона частот вращения колонны полых насосных штанг различного типоразмера в наклонно-направленных скважинах, при достижении которых обеспечивается предотвращение песчаного пробкообразования в малодебитных скважинах при минимальных подачах насосной установки.
Установлено, что откачка скважинной продукции по полым штангам, вращающимся в расчетном диапазоне частот вращения, позволяет снизить скорость восходящего потока жидкости, обеспечивающую вынос частиц песка из наклонно-направленных скважин, при зенитных углах их наклона от 25 до 40 градусов на 15-20%, а при зенитных углах более 40 градусов – до 40%.
Практическая ценность результатов: Разработана на уровне изобретения винтовая насосная установка со штанговым приводом для добычи нефти в осложненных условиях (патент РФ №2447264).
Разработана лабораторная установка, позволяющая исследовать процесс выноса песка потоком жидкости во вращающихся трубах при различных углах наклона, а также определять оптимальные значения параметров работы компоновки винтовой насосной установки со штанговым приводом для эксплуатации малодебитных скважин, осложненных пескопроявлениями, используемая в учебном процессе ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» при проведении практических и лабораторных занятий по образовательным программам подготовки бакалавров, специалистов и магистров по направлениям подготовки «Технологические машины и оборудование», «Оборудование и агрегаты нефтегазового производства» и «Нефтегазовое дело». Содержание
Обзор факторов, осложняющих добычу нефти из малодебитных скважин и существующих компоновок ШВНУ, работающих в осложненных условиях
Осложнения, возникающие при эксплуатации малодебитных скважинах
Особенности эксплуатации насосного оборудования скважин, осложненных пескопроявлениями, и основные методы борьбы с ними
Существующие конструкции ШВНУ для добычи нефти из осложненного фонда малодебитных скважин
Типовая (обычная) компоновка ШВНУ
Компоновка ШВНУ, позволяющая закачивать в скважину пар или технологические жидкости
Компоновка ШВНУ для эксплуатации скважин, осложенных повышенным содержанием газа и песка
Использование в компоновках штанговых скважинных насосных установок полых штанг
Теоретические исследования процесса выноса песка из скважины
Определение скорости осаждения частиц песка в неподвижной вязкой жидкости
Движение песчинок при воздействии на нее потока жидкости
Силы, действующие на частицу песка в потоке жидкости
Движение частиц песка в потоке жидкости
Влияние вращения труб на вынос частиц песка потоком жидкости
Моделирование процесса движения частиц песка во вращающемся цилиндре в программном комплексе ANSYS
Лабораторные исследования процесса выноса песка из скважины
Разработка лабораторных установок
Определение критериев подобия при моделировании процесса транспортирования частиц песка в подъемных трубах
Проектирование лабораторной установки для исследования процесса выноса песка во невращающихся трубах
Проектирования лабораторной установки для исследования процесса выноса песка во вращающихся трубах
Планирование экспериментов и обработка их результатов
Планирование экспериментов и обработка результатов экспериментов по исследованию влияния угла наклона невращающейся трубы на вынос песка
Планирование экспериментов и обработка результатов экспериментов по исследованию влияния угла наклона вращающейся трубы на вынос песка
Анализ результатов лабораторных исследований
Анализ результатов лабораторных исследований выноса песка во невращающейся трубе
Анализ результатов лабораторных исследований выноса песка во вращающейся трубе
Разработка универсальной компоновки ШВНУ для добычи нефти из малодебитных скважин и моделирование ее работы
Описание универсальной компоновки ШВНУ и принципа ее работы
Сравнение коэффициентов запаса прочности различных штанг
Разработка и исследование разделителя потока жидкости
Муфта для всасывания реагента
Способы регулирования количества отбираемой скважинной жидкости при использовании универсальной компоновки ШВНУ
Расчетная модель эксплуатации скважины с использованием универсальной компоновки ШВНУ
обеспечения надежной и эффективной эксплуатации малодебитных скважин, осложненных пескопроявлениями.
Научная новизна: Аналитически установлены и экспериментально подтверждены значения диапазона частот вращения колонны полых насосных штанг различного типоразмера в наклонно-направленных скважинах, при достижении которых обеспечивается предотвращение песчаного пробкообразования в малодебитных скважинах при минимальных подачах насосной установки.
Установлено, что откачка скважинной продукции по полым штангам, вращающимся в расчетном диапазоне частот вращения, позволяет снизить скорость восходящего потока жидкости, обеспечивающую вынос частиц песка из наклонно-направленных скважин, при зенитных углах их наклона от 25 до 40 градусов на 15-20%, а при зенитных углах более 40 градусов – до 40%.
Практическая ценность результатов: Разработана на уровне изобретения винтовая насосная установка со штанговым приводом для добычи нефти в осложненных условиях (патент РФ №2447264).
Разработана лабораторная установка, позволяющая исследовать процесс выноса песка потоком жидкости во вращающихся трубах при различных углах наклона, а также определять оптимальные значения параметров работы компоновки винтовой насосной установки со штанговым приводом для эксплуатации малодебитных скважин, осложненных пескопроявлениями, используемая в учебном процессе ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» при проведении практических и лабораторных занятий по образовательным программам подготовки бакалавров, специалистов и магистров по направлениям подготовки «Технологические машины и оборудование», «Оборудование и агрегаты нефтегазового производства» и «Нефтегазовое дело». Содержание
Обзор факторов, осложняющих добычу нефти из малодебитных скважин и существующих компоновок ШВНУ, работающих в осложненных условиях
Осложнения, возникающие при эксплуатации малодебитных скважинах
Особенности эксплуатации насосного оборудования скважин, осложненных пескопроявлениями, и основные методы борьбы с ними
Существующие конструкции ШВНУ для добычи нефти из осложненного фонда малодебитных скважин
Типовая (обычная) компоновка ШВНУ
Компоновка ШВНУ, позволяющая закачивать в скважину пар или технологические жидкости
Компоновка ШВНУ для эксплуатации скважин, осложенных повышенным содержанием газа и песка
Использование в компоновках штанговых скважинных насосных установок полых штанг
Теоретические исследования процесса выноса песка из скважины
Определение скорости осаждения частиц песка в неподвижной вязкой жидкости
Движение песчинок при воздействии на нее потока жидкости
Силы, действующие на частицу песка в потоке жидкости
Движение частиц песка в потоке жидкости
Влияние вращения труб на вынос частиц песка потоком жидкости
Моделирование процесса движения частиц песка во вращающемся цилиндре в программном комплексе ANSYS
Лабораторные исследования процесса выноса песка из скважины
Разработка лабораторных установок
Определение критериев подобия при моделировании процесса транспортирования частиц песка в подъемных трубах
Проектирование лабораторной установки для исследования процесса выноса песка во невращающихся трубах
Проектирования лабораторной установки для исследования процесса выноса песка во вращающихся трубах
Планирование экспериментов и обработка их результатов
Планирование экспериментов и обработка результатов экспериментов по исследованию влияния угла наклона невращающейся трубы на вынос песка
Планирование экспериментов и обработка результатов экспериментов по исследованию влияния угла наклона вращающейся трубы на вынос песка
Анализ результатов лабораторных исследований
Анализ результатов лабораторных исследований выноса песка во невращающейся трубе
Анализ результатов лабораторных исследований выноса песка во вращающейся трубе
Разработка универсальной компоновки ШВНУ для добычи нефти из малодебитных скважин и моделирование ее работы
Описание универсальной компоновки ШВНУ и принципа ее работы
Сравнение коэффициентов запаса прочности различных штанг
Разработка и исследование разделителя потока жидкости
Муфта для всасывания реагента
Способы регулирования количества отбираемой скважинной жидкости при использовании универсальной компоновки ШВНУ
Расчетная модель эксплуатации скважины с использованием универсальной компоновки ШВНУ