План разработки месторождения Каракудык

3. Обоснование и выбор режимов эксплуатации механизированных скважин

Результаты расчетов по согласованию прогнозных показателей с минимальными забойными давлениями фонтанирования показали, что фонтанные скважины, разрабатывающие первый и третий объекты разработки, с учетом увеличения обводненности, будут планомерно, переводится  на механизированный способ эксплуатации. Скважины, разрабатывающие другие объекты  разработки будут вводиться в  эксплуатацию насосным способом.

На сегодняшний день, добывающие скважины, относящиеся к механизированному  фонду скважин, эксплуатируются  штанговыми глубинными насосами (17 скважин) и погружными электроцентробежными насосами (6 скважин). Следовательно, основные перспективы механизированной добычи связаны с СШНУ и ПЦЭН. В таблице 6.1.4 приведены показатели эксплуатации скважин. В качестве альтернативы будут  рассмотрены винтовые штанговые  насосы, ранее опробованные на месторождении  и не нашедшие широкого применения из-за низкой эксплуатационной надежности. Возможность применения винтовых штанговых  насосов обусловлена наличием огромного  количества компаний, предлагающих насосы различных модификаций, удовлетворяющих  условиям данного месторождения.

Анализ, проведенный в  подпункте 6.1.1, показал, что во всех скважинах текущие пластовые  давления по сравнению с начальными пластовыми давлениями существенно  снижены, скважины характеризуются  невысокими коэффициентами продуктивности. Для обеспечения необходимых  дебитов жидкости необходимо поддерживать средние динамические уровни на глубине 850 – 1150 м. Нефти продуктивных горизонтов характеризуются высоким газосодержанием, следовательно, для уменьшения вредного влияния газа необходимо спускать насосы на большую глубину (1050 - 1450 м), чтобы  погружение под приведенный динамический уровень составляло 200 – 300 м. Скважины, оборудованные ПЦЭН, наиболее подвержены вредному влиянию газа, поэтому в  силу конструктивных особенностей, целесообразно  будет спускать насосы на глубину 1800 – 2000 м. В скважинах, оборудованных  СШНУ с увеличением высоты подъема, и как следствие глубины спуска насосов, уменьшается эксплуатационная надежность, поэтому рационально  будет ограничиться максимальной глубиной спуска - 1450 м. Увеличение пластового давления за счет закачки и улучшение коллекторских  свойств пород после проведения интенсификации притока (ГРП и др.) будет способствовать подъему средних  динамических уровней и как следствие  уменьшению глубины спуска насосов.

Скважинные  штанговые насосы

Для обеспечения дебита жидкости, в диапазоне от 5 до 40 м³/сут, рекомендуется применять насосы 25-150- RНBМ, 25-175-RНBМ и 25-225-RНBМ по стандарту API, Спецификация 11 AX (НВ2Б-38, НВ2Б-44 и НВ2Б-57 по ОСТ26.16.06-86). В обозначении типоразмера насоса, первые две цифры соответствуют номинальному диаметру НКТ – 73 мм, вторые три цифры– диаметру насоса– 38, 44.45 и 57.2 мм. С учётом условий эксплуатации рекомендуется насос вставного исполнения с длиной плунжера 1.295 м, с зазором 0.07 мм (вторая группа посадки). Насос диаметром 38 мм рекомендуется спускать на глубину до 1300 м на двухступенчатой штанговой колонне ШН22 мм (500 м) и ШН19 мм (800 м), диаметром 44.45 мм - на двухступенчатой колонне ШН22 мм (575 м) и ШН19 мм (725 м), диаметром 57.2 мм - на двухступенчатой колонне ШН22 мм (700 м) и ШН19 мм (600 м). Для устьевого оборудования СШНУ рекомендуется станок-качалка (СК) грузоподъёмностью 8 тонн, с максимальной длиной хода полированного штока 3.5 м. Такой выбор СШНУ позволяет при необходимости устанавливать режимы откачки с изменением длины хода (S) и числа качаний (n) от минимальных до максимально возможных значений. Расчёт СШНУ показал: насос диаметром 38 мм, работая с коэффициентом подачи 0.85 д.ед. может обеспечить максимальный дебит до 16.1 м³/сут при длине хода (S) 3 м и числе качаний (n) 6 кач/мин. Установка работает с крутящим моментом 2250 кГм, с максимальной нагрузкой 5.5 тонн, при этом приведенное напряжение штанг составляет 7.5 кг/мм и потребляемая мощность электродвигателя 9 кВт; насос диаметром 44.45 мм, работая с коэффициентом подачи 0.85 д.ед обеспечит дебит         21.2 м³/сут при S=3 м и n=6 к/мин, при этом крутящий момент составляет 2750 кГм, максимальная нагрузка – 6 тонн, приведенное напряжение штанг 8.5 кг/мм и потребляемая мощность 10 кВт; насос диаметром 57.2 мм, работая с коэффициентом подачи 0.85 д.ед обеспечит дебит 34 м³/сут при S=3 м и n=6 к/мин, при этом крутящий момент составляет     3750 кГм, максимальная нагрузка – 7.5 тонн, приведенное напряжение штанг 11.5 кг/мм и потребляемая мощность 15 кВт. Исходя из рассчитанных нагрузок и приведенных напряжений, с учётом условий эксплуатации для насосов диаметром 38 и 44.45 мм рекомендуются штанги марки 40У нормализованные, и для насоса диаметром 57.2 мм рекомендуются штанги марки 20НМ с поверхностным упрочением нагревом ТВЧ. Рассчитанная потребляемая мощность предполагает применение электродвигателей серии АОП2 с номинальной мощностью 10 кВт и числом оборотов 964/1465 об/мин, и АОП2 с номинальной мощностью 17 кВт и числом оборотов 970/1440 об/мин (или другой марки с соответствующими параметрами). Режим откачки устанавливается исходя из значений ожидаемых дебитов, начиная с минимальных значений S и n, увеличивая постепенно сначала длину хода, затем число качаний, добиваясь, при постоянном контроле оптимального режима работы установки. Для снижения вредного влияния газа и поддержания наполнения насоса на уровне 0.85 д.ед., приём насоса должен оборудоваться устройством (газовым якорем), с помощью которого уменьшается доля газа, поступающего в цилиндр насоса и, увеличивается его заполнение пластовой жидкостью.

Погружные центробежные электронасосы 

Скважины будут оборудоваться, применяемой на сегодняшний день установкой ПЦЭН серии 400 американской компании «Центрлифт». На устье скважины устанавливаются устройство для  регулирования частоты вращения электродвигателя (контроллер) и трансформатор. Компоновка подземного оборудования будет  спускаться на насосно-компрессорных  трубах диаметром 73 мм на глубину 1800 – 2000 м. Подземная часть установки  состоит из электрического кабеля, центробежного насоса, газосепаратора, уплотнительной секции (гидрозащита) и  электродвигателя. Электродвигатель и  гидрозащита имеют серии 385 и 387 соответственно. Проектируемые дебиты жидкости в  диапазоне от 40 до 100 м³/сут, благодаря наличию контроллера изменяемой скорости вращения будут получены изменением частоты электропитания от 30 до 90 Гц. Эксплуатация горизонтальных скважин рационально осуществлять ПЦЭН, при этом насос будет установлен на прямолинейном участке искривленного ствола.

Для эксплуатации скважин  винтовой штанговой насосной установкой (ВШНУ) выбираются скважины с потенциальным  дебитом, лежащим в области применения высокопроизводительных объёмных насосов. Винтовые насосы выпускаются многими  фирмами, которые являются в последнее  время прогрессивным способом механизированной добычи нефти. Винтовые насосные установки  имеют широкие диапазоны по производительности числу оборотов и развиваемому напору. Основными составными частями винтового насоса являются скважинный насос (ротор, статор) и узел устьевого привода. Статор, с закреплённым к нему входным патрубком, спускается в скважину на конце лифтовых труб в зону перфорации или перекрывая её. Ротор спускается на штангах, причём при работе насоса штанги испытывают постоянные нагрузки с минимальными колебаниями, что уменьшает риск коррозионных усталостных повреждений и обрывов. Для обеспечения дебитов жидкости в диапазоне от 7 до 40 м³/сут могут быть рекомендованы винтовые штанговые насосные установки 12Н10, 9N31 компании R&M ENERGY SYSTEMS CANADA или соответствующие им модели 40-063, 30-195 фирмы «WEATHERFORD – GRIFFIN».

На рисунках 6.1.4.1 и 6.1.4.2 приведены  графики режимов работы (зависимость  производительности и потребляемой мощности насоса от напора) рекомендуемых  моделей насоса при скорости вращения 100, 150 и 200 оборотов в минуту. Как видно  из графика 6.1, насос может обеспечить дебиты от 7 до 17 м³/сут при изменении скорости вращения от 100 до 200 оборотов в минуту. Как видно из графика 6.2, при увеличении скорости вращения со 100 до 200 оборотов в минуту, насос может подавать от 25 до 55 м³/сут. Режимы работы винтовых установок со скоростями вращения ротора не выше 200-250 об/мин, являются наиболее оптимальными, обеспечивающие наилучшую надёжность оборудования. В случае необходимости получения более высокого дебита, необходимо выбрать насос с большей производительностью и работать с меньшими оборотами.

Выбранные модели винтовых насосов с использованием приводной  системы (устьевого гидропривода), отвечающие необходимым требованиям по высоте подъёма жидкости, крутящему моменту, нагрузке, скорости вращения ротора и  марке эластомера должны обеспечить расчётные дебиты на оптимальном  режиме работы без остановок и  поломок установки. Режим работы насоса устанавливается по развиваемому напору с учётом фактических значений статического и динамического уровня жидкости в скважине, допустимой депрессии, напора теряемого на трение и сопротивление  при движении жидкости и с учётом давления в системе сбора.

4. Обоснование выбора устьевого и внутрискважинного оборудования скважин, и обвязки устья с газопроводом

Устьевое оборудование скважин 

На месторождении Каракудук  нефтяные скважины будут эксплуатироваться  фонтанным и механизированным (СШНУ, ПЦЭН и ВШНУ) способами.

Устьевое оборудование фонтанных  нефтяных скважин выбирается исходя из условий проекта разработки и  эксплуатации месторождения. Фонтанная  арматура АФК3 - 65×35 по ГОСТ 13846 – 89 (или  с соответствующей характеристикой  по классификации АНИ) на рабочее  давление 35 МПа (5000 PSI) соответствует условиям эксплуатации фонтанных скважин на месторождении. Диаметр проходного отверстия ствола елка и боковых отводов 65 мм. Управление запорными устройствами (задвижками) на боковых отводах ручным способом. Ствол фонтанной елки должен быть оборудован запорным устройством ручного управления и главным предохранительным клапаном, ручного управления. Боковые выкиды арматуры оборудуются регулируемыми штуцерами (или регулируемыми дросселями).

Устьевое оборудование скважин, эксплуатируемых ВШНУ, должно соответствовать  устьевому приводу канадской  компании «WEATHERFORD – GRIFFIN» - BDTX-B900, включающим устьевую раму с автоматическим замедлителем обратного хода, с ведомым шкивом 3В 25” OSF’, со съемной сальниковой коробкой, со стандартным соединением 2 7/8” с устьевым оборудованием, с электрическим двигателем различной мощности (10 – 30 л.с., 380 В, 29 – 38А, 50 Гц) и частоты вращения (975 – 1475 об/мин), шкив 4.8”. Исходя из опыта опробования ВШНУ на других месторождениях, для изменения производительности насоса без остановки скважины для смены шкивов, помимо стандартной конструкции панели управления насосом, целесообразно использовать панель управления с частотным регулятором скорости вращения электромотора.

Подземное оборудование скважин 

В таблице 6.1.5 приведена предлагаемая компоновка лифта для фонтанных  скважин указанием толщины стенок НКТ и глубины спуска.

Таблица 6.1.5 – Компоновка колонны  насосно – компрессорных труб.

Выбор одноступенчатой компоновки лифтовой колонны, размер и глубина  спуска основаны на том, что она обеспечивает:

• максимальную отдачу скважины;
• установку в скважине пакера (при необходимости), обеспечивающего эффективную и безопасную эксплуатацию скважины;
• проведение необходимых геофизических исследований;
• достаточную сопротивляемость всем нагрузкам, возникающих в ходе различных операций, которые могут проводиться в течении всего срока службы скважины.

Глубина спуска насосно-компрессорных  труб (до интервала перфорации) обусловлена  тем, что при этом обеспечивается более полный вынос воды с забоя  скважин при минимальных скоростях  потока (при низких дебитах). Кроме  того, при спуске НКТ до перфорации, улучшаются условия фонтанирования, так как газ из пласта поступает  непосредственно в подъемник  и скважина работает равномерно без  пульсаций.

Расчет на прочность и  предельная глубина спуска одноступенчатой  колонны, составленной из труб одинаковой прочности и толщины стенки, проведен согласно РД 39 1 306 79. С учетом максимальных нагрузок, действующих на НКТ, условиям эксплуатации отвечают трубы из стандартизированных  сталей марки Д (ГОСТ 633-80) с пределом текучести не менее 380 МПа или  J-55 (стандарт 5А АНИ).

Основными составными частями  подземного оборудования винтового  насоса являются скважинный насос (ротор, статор). Статор, спускается в скважину на конце лифтовых труб диаметром 73 мм на глубину 1000 – 1200 м и крепится с помощью динамического якоря. Для улучшения условий эксплуатации можно использовать подземную компоновку с применением хвостовика диаметром 48 мм, прикрепляемому к статору насоса после динамического якоря патрубком. Ротор насоса должен спускаться на штангах диаметром 22 мм, марки стали  «D».

5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЁТЫ.