ТЕХНОЛОГИЯ ЗАЩИТЫ ГЛУБИННО-НАСОСНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ОТ СОЛЕОТЛОЖЕНИИ-Капиллярная система подачи ингибитора солеотложении в зону перфорации, которая предназначена для защиты УЭЦН-5-125 от солеотложении-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки не

ТЕХНОЛОГИЯ ЗАЩИТЫ ГЛУБИННО-НАСОСНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ОТ СОЛЕОТЛОЖЕНИИ-Капиллярная система подачи ингибитора солеотложении в зону перфорации, которая предназначена для защиты УЭЦН-5-125 от солеотложении-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

3 Анализ условий и режима эксплуатаций УЭЦН5-125 в скважинах
с повышенным содержанием солей

Базовым нефтедобывающим регионом России в настоящее время остается Западная Сибирь, где основная часть месторождений эксплуатируется уже достаточно длительное время и количество солеотлагающих скважин с 2004 года увеличилось в 2 раза. Отложения солей наибольшую опасность представляют в УЭЦН. Образование плотного камнеобразного осадка толщиной 0,6-1 мм нарушает теплообмен, приводит к заклиниванию электродвигателя, поломке вала и выходу насоса из строя (рисунок 14).

Рисунок 14 – Отложения солей на приемной сетке и на валу электроцентробежного насоса
При эксплуатации УЭЦН 5-125-1000 в скважинах с повышенным содержанием солей, происходит процесс отложение солей в оборудование УЭЦН, которое приводит:
а) к снижению производительности насоса;
б) заклиниванию ротора;
в) износу рабочих органов;
г) вибрации установки;
д) слом валов, поломке шлицевых муфт;
е) перегреву изоляции ПЭД;
ж) расплавления кабеля проходящего вдоль насоса;
з) разгерметизации системы ПЭД, газозащиты двигателя из-за перегрева и образования газа внутри системы.
Отложение солей на поверхности колес ЭЦН и внутри НКТ происходит за счет изменения термобарических условий перераспределения компонентов скважинных флюидов между водной, нефтяной и газовой фазами Ca(HCO3)2 = CaCO3 + H2O + CO2 . Интенсификация добычи нефти приводит к снижению пластового давления и интенсивному газоотоделению уже в призабойной зоне пласта, на участке перфорации. Это способствует тому, что зона начала кристаллизации солей смещается ниже к интервалу перфорации скважины. В дальнейшем кристаллизация и осаждение солей наблюдаются в интервале выше перфорации, в УЭЦН 5-125-1300 (рисунок 15), колонне НКТ.
В состав отложений могут входить более 50 минералов и продуктов коррозии металла. Наиболее распространены растворимые минералы, такие как карбонат кальция (кальцит, аргонит, фатерит), магнетит, гипс, сульфид железа, сульфат бария. К нерастворимым компонентам, входящим в состав солеотложений, относят кварц, пирит, полевые шпаты, доломит, гидрослюдистые минералы. Продукты коррозии в отложениях представлены трехсернистым железом, купритом, атакамитом, магнетитом.



Рисунок 15 - Отложения солей в IIЭЦН 5-125-1000

Главным источником растворенных солей является вода, добываемая совместно с нефтью. В этой связи процессу солеотложения подвержены скважины и наземное оборудование, эксплуатирующееся в условиях обводнения добываемой продукции.
Известно, что выпадение химического вещества в осадок из раствора происходит в том случае, если концентрация этого вещества или иона в растворе превышает равновесную, т.е. когда выполняется неравенство
Сi ≥ Ci,Р,
где Сi – концентрация соединения или иона, потенциально способного к выпадению в осадок,
Ci,Р – равновесная при данных условиях концентрация соединения или иона.
Из этого неравенства следует, что выпадение осадка может происходить либо за счет увеличения левой части (возрастания фактической концентрации соединения или иона, потенциально способного к выпадению в осадок), либо за счет уменьшения правой части (снижения равновесной концентрации соединения или иона). Первое из этих условий имеет место при смешивании вод разного состава несовместимых друг с другом и растворении горных пород. Второе – при перенасыщении вод в результате изменения термобарических условий, испарении воды, выделении газов.
Решающее влияние на солеобразование оказывает минерализация пластовых вод и их ионный состав. Минерализацией воды определяется наличием шести главных ионов (С1- , SO42- , НСО3-, Na+, Са2+, Мg2+).
Существенным фактором, оказывающим влияние, в особенности, на солеотложение в низкообводненных скважинах, является частичное испарение воды в газовую фазу в процессе разгазирования скважинной продукции. В процессе испарения воды происходит общее понижение растворимости солей и в осадок могут перейти и растворимые в обычных условиях соли – хлориды щелочных и щелочноземельных металлов.
Одной из причин интенсивного отложения карбоната кальция и гипса на колесах ЭЦН, является также повышение температуры потока добываемой продукции из-за теплоотдачи от работающего погружного электродвигателя. Как показывают опытные данные, повышение температуры потока добываемой продукции в зависимости от дебита скважины происходит на 10-15 0С. Так как с ростом температуры снижается растворимость сульфата и карбоната кальция, то это приводит к отложению выпавшей соли на колесах ЭЦН.
 
3.1 Причины и условия отложения солей

Сульфат кальция (гипс) в скважинах образует отложения чаще всего в связи с геологическим строением залежей, системой их разработки и
технологическими особенностями эксплуатации скважин. Основными причинами увеличения сульфатности попутно-добываемых вод и выпадения из них гипса являются [1]:
- выщелачивание закачиваемой пресной водой гипса и ангидрита, содержащихся в скелете пласта;
- обогащение попутно добываемой воды ионами сульфатов из погребенных (остаточных) вод;
- окисление имеющихся в пласте сульфидов до сульфатов и серосодержащих компонентов нефти кислородом воздуха, поступающим с закачиваемыми водами;
- поддержание пластового давления путем закачки пресных или сточных вод повышенной сульфатности, которые несовместимы с пластовыми водами;
- приток сульфатных вод из-за не герметичности цементного кольца или обсадной колонны;
- изменение термобарических условий газоводонефтяной смеси в колонне НКТ при подъеме жидкости из скважины и в установках подготовки нефти.
Карбонат кальция CaCO3 (кальцит) образует отложения в основном под действием следующих факторов:
- повышение температуры;
- снижение содержания диоксида углерода (СО2) в пластовых или сточных водах;
- увеличение рН пластовых или сточных вод;
- смешение несовместимых вод.
Карбонат магния (магнезит) образуется аналогично карбонату кальция. Как правило, воды, содержащие ионы магния, имеют в своем составе и ионы кальция. Любое нарушение равновесия, направленное на уменьшение растворимости карбоната магния, снижает и растворимость карбоната кальция, который, как менее растворимый, первым начнет выпадать из воды, что приводит к уменьшению содержания карбонат-ионов в растворе. Поэтому, несмотря на существенное нарушение условий карбонатного равновесия из пластовых и сточных вод, содержащих ионы кальция и магния, обычно выпадает карбонат кальция.
Хлорид натрия NaCl (галит) - основной солевой компонент практически всех пластовых и сточных вод. Отложения хлорида натрия при добыче нефти встречаются на месторождениях, где залежи нефти контактируют с высокоминерализованными рассолами. В нефтяных скважинах этих месторождений образуются многочисленные соляные пробки, причем отложения состоят почти исключительно из галита.

9 Повышение надежности УЭЦН5-125

Методы и возможности по повышению надежности УЭЦН весьма разнообразны и связаны со всеми этапами проектирования, изготовления и эксплуатации. Проводимые в этой области мероприятия разделяются на несколько направлений.
Одно из основных направлений – повышение стойкости изделий к внешним воздействиям, например к солеотложениям. Сюда относятся методы создания прочных жестких, износостойких узлов за счет их рациональной конструкции, применение материалов с высокой прочностью, износостойкостью, теплостойкостью, антикоррозионностью и др. К методам повышение сопротивляемости УЭЦН внешним воздействиям относятся, например выбор износостойких материалов, уменьшение нагрузок, действующих на механизм, применение упрочняющей технологии, исключение влияния технологической наследственности и др. Так, например, ООО "Ижнефтепласт" разработал ряд ЭЦН коррозионно-стойкого исполнения, с защитой от отложения солей. В состав насоса входят рабочие ступени одноопорной конструкции с рабочими колесами с удлиненными ступицами и с комбинированными направляющими аппаратами, проточные каналы которых выполнены из полимера ЖКП (жидкокристаллический полимер), а стакан и опорная поверхность защитной втулки вала выполнены из высокопрочного чугуна. Входной модуль имеет коррозионно-стойкое, теплостойкое покрытие, имеющее низкую адгезию. Вал выполнен из нержавеющей стали. По данным ОАО "Юганскнефтегаз", применение только полимерных рабочих колес из материала ЖКП увеличило наработку на отказ на 60% на фонде с обводненностью более 80%[1]. Однако возможности сопротивления внешним воздействиям не безграничны.
Так как солеотложения являются специфичным видом осложнения, для предотвращения наиболее применим химический метод. Заключается в подачи ингибитора солеотложения при помощи капиллярной системы.
Капиллярная система зарекомендовала себя с положительной стороны. Это система позволяет увеличить межремонтный период УЭЦН в 3-4 раза, может работать практически в любых условиях работы. Рассмотрим опыт применения капиллярной системы подачи химических реагентов для предотвращения отложения неорганических солей на скважине №37339 Самотлорского месторождения[1]. Скважина глубиной 2203м; интервал перфорации 2185…2189м. Дебит 32 м3/сут, обводненность 18%. УЭЦН конструкции ЗАО «Борец» опускался на глубину 2080…2140 м. Скважина осложена отложениями солей, которые приводят к заклиниванию насоса. Максимальный межремонтный период для данной скважины составил 47 сут. При применении капиллярной системы глубинно-насосная установка проработала 180 суток.

Заключение

В данном курсовом проекте рассмотрена капиллярная система подачи ингибитора солеотложении в зону перфорации, которая предназначена для защиты УЭЦН-5-125 от солеотложении.
В работе рассмотрены назначение, устройство УЭЦН-5-125 и капиллярной системы, принцип работы и эксплуатация их, а так же проанализированы отказы УЭЦН-5-125. Так же проведены проверочные расчеты узла подвески, регулировочного клапана распылителя и капиллярного трубопровода. Расчет напряженно-деформированного состояния корпуса устройства подвески УП-3 от действия осевой силы, показал, что наибольшие напряжения возникают в местах отверстия для соединения двух деталей винтами диаметром 8 мм, осевая нагрузка передается через винты корпусу. Сам корпус является надежной и безопасной деталью, коэффициент запаса прочности оказался 22 намного больше 1.3. Расчет был произведен в программном комплексе ANSYS, использующем метод конечных элементов.
В результате анализа надежности можно сделать следующие выводы: при эксплуатации УЭЦН-5-125 в скважинах с высоким содержанием солей, высокая доля отказов происходит в узлах ЭЦН (25%) и ПЭД (22%) из – за отложения солей. Для предотвращения осаждения солей необходимо использовать капиллярную систему подачи химического реагента в зону перфорации.