WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

В результате анализа существующих способов борьбы с мехпримесями установлено, что проблема защиты штанговых глубинных насосов стоит менее остро, нежели электроцентробежных (ввиду конструктивных особенностей первых). Для ШГН разработан огромный спектр пескозащитных устройств (противопесочные и газопесочные якоря). Так, например, автором разработан газопесочный сепаратор для ШГН.

В конструкции реализован принцип многоступенчатой сепарации с использованием гидродинамических эффектов: разворота струй газожидкостной смеси, центробежного эффекта, ускорения потока со сменой направления течения, эффекта укрупнения газовых пузырьков мелких фракций с их последующей сепарацией. Данное оборудование может применяться для комплексной защиты ШГН – одновременно от мехпримесей и газа.

За период 1999-2001 гг. предлагаемые сепараторы в количестве 2 штук были испытаны на Самотлорском месторождении в компоновке с ШГН.

Увеличение межремонтного периода (МРП) скважин составило 300 % (со до 450 суток).

Защита ЭЦН от мехпримесей на практике в основном сводится к использованию оборудования в износостойком исполнении и применению профилактических способов.

К профилактическим способам снижения влияния мехпримесей на работу внутрискважинного оборудования можно отнести очистку прискважинной зоны пласта всевозможными гидроволновыми устройствами с последующей промывкой скважины.

На основе изучения отечественного опыта по применению устройств для очистки прискважинной зоны пласта нами был разработан генератор гидроимпульсный, позволяющий перед спуском насоса в скважину проводить Рисунок 2 – Способы снижения влияния мехпримесей на работу внутрискважинного оборудования очистку прискважинной зоны пласта от кольматирующих материалов, содержащихся в технологических жидкостях, обломков породы коллектора и пр.

Генератор гидроимпульсный прошел испытания на месторождениях Нижневартовского района. Положительный эффект достигнут за счет увеличения наработки на отказ данного устройства по сравнению с аналогами в 2,7 раза, а также за счет снижения затрат на скважино-операцию (очистку прискважинной зоны пласта), так как расход рабочей жидкости уменьшился в раза.

Решение проблемы защиты ЭЦН от мехпримесей путем разработки и применения недорогих, эффективных устройств в первую очередь скажется на повышении производительности скважин, уменьшении затрат на их капитальный и текущий ремонт, что в конечном итоге приведет к снижению эксплуатационных затрат, а следовательно и себестоимости добычи нефти.

Третий раздел посвящен разработке способа и устройства для защиты ЭЦН от мехпримесей на основе явления коагуляции взвешенных частиц.

В настоящее время явление коагуляции широко используется в различных технологических процессах (очистка воды от ила, глин и бактерий, ультразвуковая очистка отработанного масла, выделение каучука из латекса, очистка сточных вод целлюлозного производства т.д.) Известно, что под влиянием колебаний между колеблющимися частицами, могут возникать силы притяжения и отталкивания. При возникновении между частицами сил притяжения происходит их коагуляция (укрупнение частиц), исследованная рядом зарубежных ученых Кенигом, Бьеркнесом, Кундтом. Зависимость степени коагуляции от частоты колебаний изучалась в работах Брандта, Гидемана, Готтшалка, Клэра, Поттера, Спендлава, Татума и Фройнда.

В оптимальной области частот, частицы различной величины имеют различные амплитуды колебаний, что приводит к взаимным столкновениям и их коагуляции. Возникновение коагуляции в свою очередь связано с образованием стоячих волн. Для каждого размера частиц имеется определенный частотный диапазон стоячих волн, в пределах которого происходит коагуляция.

В скважинных условиях стоячая волна может образоваться в межтрубном пространстве – между НКТ и обсадной колонной. Например, если источник колебаний поместить на НКТ, то излучаемая им волна, проходя от источника к обсадной колонне, отразится от последней с образованием стоячей волны (рисунок 3).

Точки системы, в которых амплитуда стоячей волны максимальна, называется пучностями, а точки, в которых амплитуда стоячей волны равна нулю – узлами.

Рисунок 3 - Возникновение стоячей волны В стоячей волне на частицу между источником колебаний, действует сила, обусловленная размещенном на НКТ, и колебаниями среды. Эта сила равна обсадной колонной: 1- источник колебаний, размещенный на нулю для узлов и достигает НКТ; 2- обсадная колонна; 3максимума между ними, причем по волна излученная; 4- волна обе стороны от пучности сила отраженная; 5- пучность стоячей направлена к этой пучности. Под волны; 6- узел стоячей волны действием волнового давления, возникающего в результате колебаний, частицы концентрируются в пучностях стоячей волны, где и происходит их дальнейшая коагуляция.

Согласно выражению (1) рассчитан оптимальный для коагуляции частиц мехпримесей частотный диапазон (рисунок 4).

Х ч =, (1) Х ж (4R f/9) +где Xч/Хж – отношение амплитуд колебания частиц мехпримесей и жидкости (коэффициент увлечения частиц); – плотность частиц, кг/м3; R – радиус частиц, м; f – частота колебания среды, Гц; – вязкость среды, Пас.

Из рисунка 4 видно, что максимального коагуляционного эффекта можно достичь в Рисунок 4 - Зависимость коэффициента увлечения (Xч/Хж) от размеров частиц диапазоне частот 9-54 кГц. Эти мехпримесей для различных частот значения частот приняты за колебаний граничные условия коагуляции.

Если рассматривать движение жидкости с мехпримесями внутри трубы (рисунок 5), то при Xч/Хж<0,2 и Xч/Хж>0,8 практически все частицы увлекаются жидкостью. При 0,2Xч/Хж0,8, частицы колеблются с различными амплитудами, при этом достигается максимальная их коагуляция.

Рисунок 5 - Коагуляция мехпримесей в жидкости при их движении в скважине:

а- Xч/Хж<0,2; б- 0,2Xч/Хж0,8; в- Xч/Хж>0,8; 1- источник колебаний, размещенный на НКТ; 2- обсадная колонна; 3- волна излученная; 4- волна отраженная; 5- жидкость; 6- мехпримесь; 7- направление движения жидкости; 8- направление движения мехпримесей В качестве источника энергии для создания стоячих волн предлагается использовать колебания (шум, вибрация), возникающие при работе скважинного электроцентробежного насоса и передающиеся окружающей среде.

Во вращающихся электромашинах, к которым относятся и ЭЦН различают механические, электромагнитные, а также аэродинамические шумы и вибрации тесно связанные друг с другом. Уровень шума большинства электромашин лежит в пределах 65-90 дБ.

Помимо этого в скважинных условиях можно выделить 4 основные составляющие вибрации УЭЦН:

1) Собственно вибрация насоса (например, для насосов фирмы «Алнас» виброскорость новых установок не должна превышать 6,5 мм/с, ремонтных – 4,5 мм/с), которая вызывает вибрацию НКТ;

2) Пульсация газожидкостной смеси (ГЖС) над насосом, которая также передается НКТ и корпусу ЭЦН;

3) Влияние кривизны скважины в интервале установки насоса. В основном это влияние проявляется при большом напоре насоса (количество рабочих секций установки более двух) и диаметре обсадной колонны менее мм. По данным ОКББН прогиб вала насоса в интервале его установки не должен превышать 2 мм;

4) Высокое (более 100 мг/л с относительной твердостью частиц не более единиц по шкале Мооса для насосов УЭЦНМ5, 5А, 6 и насосов УЭЦНМ4, а также более 500 мг/л с относительной твердостью частиц не более 5 единиц по шкале Мооса для насосов УЭЦНМ4, 5, 5А) содержание мехпримесей в продукции скважин, приводящее к износу рабочих органов насосных установок и как следствие их разбалансировке.

Зависимость между уровнем вибрации и уровнем шума представлена следующим выражением VA = 4,9399 10-8 e0,1151LA, (2) где VA- уровень вибрации, м/с; LA-уровень шума, дБ.

В качестве устройства, преобразующего колебания в необходимый для коагуляции диапазон частот, автором предлагается использовать резонаторы (акустические преобразователи шума).

Принцип действия акустического преобразователи шума (АПШ) представлен на рисунке 6. Масса окружающей резонатор среды m в его горловине (рисунок 6 а) приводится в колебательное движение внешним давлением. При резонансе скорость колебаний v в горле резонатора увеличивается, увеличивается и объемный поток vS (S – площадь поперечного сечения горла). Ввиду того, что колебательная скорость падающей волны остается постоянной, для поддержания возрастающего объемного потока фронт падающей волны деформируется (рисунок 6 б). Деформация охватывает тем большую зону, чем больше скорость колебаний в горле резонатора. Поэтому он концентрирует значительно большую энергию, чем та, которая содержится в части падающей волны, приходящейся на площадь входного отверстия. После прекращения внешнего воздействия резонатор отдает накопленную энергию в окружающее пространство (рисунок 6 в).

Таким образом, резонатор (акустический преобразователь шума) по принципу действия увеличивает интенсивность доходящих до него колебаний, преобразуя рассеянную в пространстве энергию (шум, вибрацию), а также усиливает интенсивность колебаний за счет уменьшения их продолжительности.

Для создания стоячей волны в скважинных условиях длина ее полуволны должна уложиться в кольцевом зазоре между внутренней стенкой обсадной колонны и наружной корпуса резонатора (рисунок 7).

Рисунок 7 - Стоячие волны в кольцевом Рисунок 6- Принцип действия резонатора:

зазоре между эксплуатациа- конструкция; б- деформация онной колонной и акустифронта падающей волны;

ческим преобразователем в- отдача накопленной энергии шума: 1- акустический прев окружающее пространство образователь шума; 2- эксплуатационная колонна; 3стоячие волны длиной 1, 2, 3 и т.д.

Зная внутренний диаметр обсадной колонны (154 мм) и задавшись диаметром резонатора (например, 40 мм) несложно посчитать, что длина полуволны /2 составит 154 - = = 57 мм, (3) 2 отсюда длина волны =114 мм.

В таблице 1 приводятся рассчитанные длины стоячих волн, которые также укладываются в кольцевом зазоре и резонансные частоты, необходимые для создания коагуляции частиц мехпримесей, рассчитанные по формуле C f =, (4) где f - резонансная частота, Гц; С - скорость распространения звука в жидкости, м/с; - длина стоячей волны, м.

Таким образом, имеется целый спектр стоячих волн, длины которых укладываются в кольцевом зазоре между внутренней стенкой обсадной колонны и наружной корпуса резонатора (таблица 1) в частотном диапазоне которых возможна коагуляция частиц мехпримесей (рисунок 4).

Таблица 1 - Длины волн и резонансные частоты, необходимые для коагуляции частиц мехпримесей Численные значения Стоячая волна длины стоячей волны, мм частоты f, кГц 114,0 1=/2 57,0 2=/4 28,5 3=/6 19,0 4=/8 14,3 Для расчета основных параметров АПШ (V – объема полости, b – длины горла, S – площади отверстия) воспользуемся формулой C Si f =. (5) 2 biVi Тогда подбирая объем V полости, длину b горла и площадь S отверстия iтого резонатора получим:

- S1=0,001256 м2 (4 отв. 20 мм), b1=0,003 м, V1=0,000141 м3, H1п=112 мм, D1п=40 мм – для акустического преобразователя шума с резонансной частотой 13 кГц;

- S2=0,001256 м2 (4 отв. 20 мм), b2=0,003 м, V2=0,000035 м3, H2п=28 мм, D2п=40 мм – для акустического преобразователя шума с резонансной частотой 26 кГц.

Здесь H1п и H2п – высота полости, D1п и D2п – диаметр полости акустического преобразователя шума с резонансной частотой 13 и 26 кГц соответственно.

С целью увеличения эффективности действия АПШ и достижения максимальной коагуляции частиц автором предложено использовать систему резонаторов, состоящую из отдельных элементов, рассчитанных на свою резонансную частоту и размещенных друг под другом непосредственно под компенсатор ЭЦН (рисунок 8).

В четвертом разделе приводятся результаты промысловых испытаний акустических преобразователей шума.

С целью выявления наиболее характерных зависимостей между распределением частотного спектра установок электроцентробежных Рисунок 8 - Схема установки акустического преобразователя шума: 1насосов и их параметрами работы акустический преобразователь были произведены замеры уровня шума на 13 кГц; 2- акустический преобразователь шума шума на 20 эксплуатационных на 26 кГц; 3- компенсатор скважинах Самотлорского ЭЦН; 4-эксплуатационная колонна месторождения.

Анализ зависимостей между уровнем шума и дебитом скважины показывает, что в диапазоне частот от 125 Гц до 2 кГц заметна тенденция роста уровня шума с увеличением дебита скважин. В диапазоне частот 4-8 кГц уровень шума практически не зависит от дебита.

Целью следующего этапа испытаний являлось экспери-ментальное подтверждение трансформации колебаний низкого диапазона частот в колебания высокого диапазона при работающем в скважине ЭЦН с применением АПШ. Иными словами необходимо было экспериментально доказать, что суммарный уровень вибрации в реальных условиях при работе ЭЦН с акустическим преобразователем шума меньше, нежели без него.

Объект испытаний - конструкция акустического преобразователя шума, размещенного в НКТ над ЭЦН в скважине 668 Самотлорского месторождения.

Объект исследования – спектр шума ЭЦН.

Перед спуском в скважину АПШ-2 проведены замеры уровня шума шумомером ВШВ-003 (погрешность измерения прибора ВШВ-003 составляет 0,5 дБ). Далее на геофизической проволоке через лубрикатор произвели спуск АПШ-2 на глубину 1430 м и произвели следующий замер.

Результаты интерпретации уровней шума (пересчет на виброскорость) представлены на рисунках 9, 10. Пересчет производился для каждого диапазона частот (от 16 до 8000 Гц).

Перед спуском АПШ-После спуска АПШ-Паспортная виброскорость насоса 16 31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 Частота, Гц виброскорость без АПШ-виброскорость с АПШ-Рисунок 9 - Сравнительная оценка виброскорости насосной установки GC-в скважине № 668 до и после спуска АПШ 0,Перед спуском АПШ-0,После спуска АПШ-0,0,0,63 125 250 500 1000 2000 4000 Частота, Гц виброскорость без АПШ-виброскорость с АПШ-Рисунок 10 - Сравнительная оценка виброскорости насосной установки GC-3000 в скважине № 668 до и после спуска АПШ в диапазоне частот 63-8000 Гц Виброскорость, мм / с.

Виброскорость, мм / с В результате применения АПШ-2 внутри НКТ удалось снизить суммарный уровень вибрации в 6,2 раза за счет уменьшения пульсации газожидкостной смеси (ГЖС).

Далее были проведены испытания акустического преобразователя шума АПШ-3 для снижения КВЧ в эксплуатационной скважине № 14607, оборудованной УЭЦН.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»