Скважинная добыча жидких углеводородов основывается главным образом на механизированных способах, с применением глубинных насосов. Несмотря на ряд преимуществ насосов с погружным электроприводом, продолжается широкое использование глубинных насосов с поверхностным приводом, например, с помощью штанг.
Две трети фонда (66%) действующих скважин стран СНГ (примерно 16,3% всего объема добычи нефти) эксплуатируются штанговыми скважинными насосными установками (ШСНУ). Дебит скважин составляет от десятков килограммов в сутки до нескольких тонн. Насосы спускают на глубину от нескольких десятков метров до 3000 м., а в отдельных скважинах на 3200 - 3400 м.
При работе установок, колонна насосных штанг совершает циклические возвратно – поступательные или вращательные движения внутри колонны насосно-компрессорных труб (НКТ), сопровождающиеся износом труб и штанг. Наиболее интенсивный износ происходит в искривленных участках ствола скважины. На этих участках колонна насосных штанг прилегает к внутренней поверхности НКТ муфтовыми соединениями, расположенными через интервалы, соответствующие длине штанги. Для снижения скорости износа НКТ, штанг и штанговых муфт используют штанговые центраторы различных конструкций, которые центрируют колонну штанг внутри НКТ и принимают на себя основные контактные механические нагрузки.
Рассмотрим основные отличия скважинных насосов с силовым верхним приводом с помощью штанг (штоков) широко распространенных в механизированной добыче нефтяных ресурсов.
Прежде всего к ним относятся насосы, как с возвратно поступательным перемещением рабочих органов – штанговые насосы (ШГН), так и с вращательным, например, одновинтовые насосы (ШВН). Приводные штанги также служат для подвески самих насосных агрегатов внутри насосно-компрессорных труб (НКТ), что требует обеспечения соосности длинномерных штанг (штоков) для исключения их контакта с поверхностью НКТ, который может привести к их истиранию, усилению коррозии.
В связи с различием движения штанг (штоков) насосных агрегатов: возвратно-поступательное у ШГН и вращательное у ШВН, исполнения втулок-центраторов и их применение для них различаются.
Втулки-центраторы ШГН.
Задача втулок-центраторов ШГН – предотвратить обрыв длинномерных изгибающихся штанг из-за силового касания с НКТ и истирания их и НКТ за счет материала центрирующих втулок, при этом втулки-центраторы не должны снижать энергоэффективность привода, создавать течение жидкости в зазоре втулка-отверстие НКТ и существенное гидравлическое сопротивление.
Втулки-центраторы ШГН выполняются съемными (рис.1) с функцией неподвижной фиксации на теле насосной штанги (штока) за счет упругости. Лимитируется усилие их осевого сдвига по телу штанги с целью исключения потери втулки при трении об НКТ и выпадении в скважину при спускоподъёмных операциях.
Втулки-центраторы ШВН.
Задача втулок-центраторов ШВН (рис.2)– предотвратить силовое касание изгибающейся штанги, выполняющей функцию приводного вала винтового насоса, с НКТ.
Втулки-центраторы ШВН выполняются для исключения истирания НКТ путем центрирования приводного вала винтового насоса как подшипниковые втулки, притормаживаемые при касании с НКТ.
В связи с требованием конструктивного исполнения втулки-центратора ШВН быть подшипником, центрирующим валом, их применение требует наличие ограничителей осевого перемещения, каковыми могут быть торцы муфт вала, а также ограничители перемещения втулки-центратора, монтируемые при сборке перед спусковыми операциями на скважине в случае съемных версий втулки-центратора.
СПОСОБЫ УСТАНОВКИ ВТУЛОК-ЦЕНТРАТОРОВ НАСОСНЫХ ШТАНГ
Существующие способы (рекомендации)
1-й пример (способ из руководств некоторых американских компаний):
• На первых двух штангах над насосом: две втулки, одну возле муфты, а другую в центре штанги.
• В нижней трети всей сборки штанг наиболее часто: По одной втулке-центратору на штангу, над муфтой на расстоянии от 30 до 50 см.
• В средней трети всей сборки штанг менее часто: По одной втулке-центратору на каждой второй штанге.
• В верхней трети всей сборки штанг наименее часто: По одной втулке-центратору на каждое место, где отмечается износ штанги.
2-й пример (взят из руководства компании «Петро Раббер»):
• От поверхности до 500 метров – установки втулки-центратора, как правило, не требуется, так как обычно сборка штанг прямолинейная (ставят лишь в места истирания, например, если там штанга 1 дюйм, то ставят центратор PRG2510).
• От 500 м до 800 м - устанавливаются втулки по одной на штанге (как правило, там есть штанги размером 7/8 дюйма, тогда ставят втулку-центратор PRG2578)
• От 800 м до 2000 м - устанавливаются втулки по одной на штанге (как правило, там есть штанги размером 3/4 дюйма, тогда ставят втулку-центратор PRG2534)
• От 2000 м до 3000 м - устанавливаются втулки по две на штанге (как правило, там есть штанги размером 3/4 дюйма, то ставят втулку-центратор PRG2534)
Аналогично в НКТ 2 дюйма ставят втулки-центраторы PRG2078, PRG2034 и PRG2058.
Плюс дополнительная установка втулки-центратора на каждое место, где есть потертость.
В связи с задачей эффективной локализации востребованных нефтедобывающей промышленностью компонентов, повышающих эксплуатационную надежность и ресурс, НК «Роснефть» обратилась к ООО «РЕАМ-РТИ» с заданием создать и освоить в производстве аналоги, не уступающие закупаемым по импорту.
В качестве размерности была задана ориентация на изделия компании «Петро Раббер»:
- PRG 2078, под наружный диаметр штанги 22 мм, и
- PRG – 2034, под наружный диаметр штанги 19 мм.
Исходя из анализа работоспособности зарубежных втулок-центраторов в отечественных скважинах с внутренним диаметром НКТ 73 мм был выбран уникальный абразивостойкий эластомер и разработана оригинальная технология изготовления съемных втулок-центраторов.
Для целей подтверждения работоспособности съемных втулок-центраторов из отечественных материалов ООО «РЕАМ-РТИ» разработала и изготовила для промысловых скважинных испытаний образцы (табл.1).
Втулки-центраторы многоразового использования, были изготовлены специалистами «РЕАМ-РТИ» из специального композитного эластомерного материала РС-26-90-5. На основе полученного опыта, наша компания, усовершенствовала конструкцию втулки-центратора, которая минимизирует усилие сдвига втулки по штанге. (рис.4).