Методы оптимизации процесса эксплуатации скважин, оборудованных установками электроцентробежных насосов



Состояние нефтяной промышленности России на современном этапе требует значительных изменений в подходах к эксплуатации скважин. В условиях ухудшающихся эксплуатационных характеристик и необходимости повышения эффективности добычи, особое внимание уделяется внедрению инновационных методов, одним из которых является использование установок погружных электроцентробежных насосов (УЭЦН).

Ключевые слова: УЭЦН, оптимизация, пласт, нефтедобыча, оборудование, подбор, штуцер.

На месторождении для изменения производительности УЭЦН применяются несколько методов оптимизации, которые позволяют поддерживать эффективность работы оборудования в изменяющихся условиях:

– установка штуцера — этот метод заключается в создании дополнительного гидравлического сопротивления на устье скважины, что приводит к снижению отбора продукции. Это позволяет регулировать объем отбираемой жидкости и поддерживать стабильную работу скважины;

– частотное регулирование — современное оборудование для управления УЭЦН позволяет автоматически подстраивать режим работы насосов под изменяющиеся параметры добычи скважины. Это значительно снижает трудозатраты на контроль и обслуживание, а также повышает точность регулировки отборов, обеспечивая более эффективную эксплуатацию скважины;

– использование более мощного глубинно-насосного оборудования — выбор более мощных и эффективных УЭЦН позволяет поддерживать требуемый режим работы скважины на протяжении долгого времени, несмотря на постепенное возрастание нагрузок на оборудование.

Все эти методы оптимизации направлены на повышение общей эффективности системы «пласт — скважина — насос», что позволяет увеличить долговечность и производительность скважин при минимальных затратах на обслуживание.

Ограничение производительности УЭЦН с помощью установки штуцера заключается в создании дополнительного гидравлического сопротивления на устье скважины. Это воздействие приводит к смещению напорно-расходной характеристики электроцентробежного насоса влево, что, в свою очередь, снижает отбор продукции из скважины.

Штуцер выполняет несколько ключевых функций для поддержания оптимальных условий работы скважины и установки УЭЦН:

– поддержание рабочего режима нефтяной скважины, обеспечивая непрерывную добычу без прекращений;

– установка заданного давления в скважине, что позволяет регулировать баланс между напором и расходом жидкости;

– контроль расхода жидкости, что позволяет поддерживать эффективность работы насоса и предотвращать возможные аварийные ситуации.

Устанавливается на фонтанной арматуре после задвижки (рисунок 1).

Рис. 1. Схема установки штуцера

Таким образом, штуцер является важным элементом в регулировке работы скважины, обеспечивая стабильность и долговечность работы установок УЭЦН в условиях изменяющихся параметров добычи.

Линия оптимальной производительности электроцентробежного насоса сужается и смещается в левую зону, что приводит к снижению отбора продукции из скважины. Это явление наблюдается, когда используется ограничение дебита, например, через установку одинарного штуцера. В результате изменения напора одной ступени УЭЦН (ΔР _с ) происходит изменение в пределах Δ = 0,025–0,045 м вод. ст. при изменении производительности рабочей ступени на 1 м ³ /сут. Эти данные получены с использованием графоаналитического метода для отечественных ЭЦН, где диапазон номинальной производительности колеблется от 30 до 125 м ³ /сут.

Для конкретной скважины № 1, в которой работает установка УЭЦН5–60–1300 с 180 рабочими ступенями и динамическим уровнем 409 м, необходимо произвести снижение отбора жидкости. Это может быть достигнуто с помощью установки износостойкого штуцера, при этом предварительный расчет диаметра штуцера является обязательным для обеспечения нормализованной работы установки и предотвращения перегрузки УЭЦН.

Другим эффективным методом регулирования отборов из скважин является изменение частоты питающего напряжения на станции управления УЭЦН. В данном случае производительность электроцентробежного насоса и частота вращения вала насоса находятся в прямой зависимости. Это означает, что увеличение числа оборотов вала на 10 % приводит к пропорциональному увеличению производительности ЭЦН на 10 %, и наоборот, снижение числа оборотов снижает производительность насоса на тот же процент.

Этот важный принцип работы ЭЦН может быть использован для точного и гибкого управления производительностью добывающей скважины, особенно в условиях изменения параметров пласта, таких как дебит, давление и обводненность. Регулировка частоты вращения насоса позволяет динамично подстраивать работу установки под изменяющиеся условия, что способствует оптимизации работы системы и повышению ее эффективности.

Если ни один из описанных методов регулирования не даёт должного эффекта и не позволяет достичь необходимой производительности или напора, то возникает необходимость в замене насоса. Это решение может стать последним шагом для восстановления эффективной работы скважины и поддержания оптимальных технологических параметров.

Проведем оптимизацию погружного оборудования УЭЦН по классической методике, исходные данные для расчета по скважине № 1.

– пластовое давление Р _пл =18,2 МПа;

– фактический дебит Q _ф =59 м ³ /сут;

– планируемый дебит Q _план = 80м ³ /сут;

– динамический уровень Н _дин = 409м;

– плотность добываемой жидкости 962 кг/м ³ .

Следовательно, для данной скважины выбираем насос УЭЦН5–80–800.

Результаты расчетов оптимизации сведены в таблицу 1.

Таблица 1

Результаты расчетов оптимизации

Способ оптимизации	Значение
Диаметр штуцера, мм	4,9
Частота, Гц	37,5
Замена насоса	Замена УЭЦН5–60–1300 на УЭЦН5–80–800

Таким образом, на скважине № 1 доступны все три метода регулирования для оптимизации работы насоса УЭЦН5–60–1300. Для достижения оптимальных параметров работы можно применить следующие способы:

– ограничение напора и подачи с помощью установки штуцера диаметром d = 4,9 мм. Это позволит создать дополнительное гидравлическое сопротивление, что приведет к снижению отбора продукции, но при этом поможет регулировать работу насоса в рамках его оптимальных характеристик;

– изменение частоты питающего напряжения с 55 Гц на 37,5 Гц. Это позволяет изменять число оборотов вала насоса, что напрямую влияет на его производительность и напор, позволяя настроить насос в зависимости от конкретных условий работы;

– замена насоса с УЭЦН5–60–1300 на более мощный УЭЦН5–80–800. Это может быть решением, если вышеуказанные методы не дают необходимого результата. Новый насос с более высокими характеристиками может обеспечивать нужный уровень напора и производительности для данной скважины.

Каждый из этих методов позволяет гибко регулировать работу насоса, повышая эффективность добычи нефти и снижая вероятность возникновения внештатных ситуаций.

Литература:

1. Борисов А. В. Оптимизация режимов работы УЭЦН для повышения их надежности / А. В. Борисов, Е. С. Кузнецова // Нефтяное хозяйство. — 2020. — № 6. — С. 45–50.
2. Григорьев В. С. Методы борьбы с АСПО при эксплуатации УЭЦН / В. С. Григорьев, А. Л. Дорофеев // Оборудование для нефтегазовой промышленности. — 2021. — № 5. — С. 84–89.
3. Ермаков С. П. Повышение производительности скважин с УЭЦН с помощью частотного регулирования / С. П. Ермаков, Н. В. Павлова // Научный вестник Уфимского государственного нефтяного технического университета. — 2021. — Т. 45, № 1. — С. 19–27.
4. Жуков С. Н. Применение ингибиторов в скважинных установках для повышения эффективности работы / С. Н. Жуков, О. Н. Кравченко // Инновации в энергетике и нефти. — 2019. — № 9. — С. 22–28.