книги / Технологические процессы и технические средства для глубинно-насосной эксплуатации нефтяных скважин

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

В.В. Семёнов, Ю.Г. Матвеев

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕПРОЦЕССЫИТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВАДЛЯГЛУБИННО-НАСОСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИНЕФТЯНЫХСКВАЖИН

Монография

Издательство Пермского национального исследовательского

политехнического университета

2012

1.8.2.Определение остаточных напряжений в теле фрагмента насосной штанги по теории малых упругопластических

1.9.Промышленная реализация процессов восстановления пространственной геометрии, упрочнения, установления прочностных характеристик, устранения биения концевых участков

4

1.10.3.Причины разрушения полых штанг насосных в скважине № 652

и№ 742 Баклановского и Павловского месторождений нефти

2.2.Неразрушающийконтрольсостоянияповерхности иподповерхностного слояконцевогоучастка штангиметодомизмеренияшумовБаркгаузена

3.1.Способы и технические средства для разрушающего

инеразрушающего контроля природы дефектов и установления эксплуатационных характеристик насосных штанг

3.3.Неразрушающий метод определения предела пропорциональности материала насосных штанг (предела микротекучести) по кривым

5

3.4.Неразрушающий метод определения предела выносливости длинномерного изделия из стали 20Н2М при статическом

4.1.Гидродинамические усилия от взаимодействия среды и колонны штанг, снабженной устройствами для очистки рабочих поверхностей

6

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время более 60 % нефтяных скважин на промыслах Российской Федерации оснащены скважинными штанговыми насосными установками (СШНУ). Надежность привода и его функциональные возможности, надежность колонны штанг в осложненных условиях работы и ее ремонтопригодность являются определяющими условиями для обеспечения эффективной работы глубинного плунжерного насоса. Поэтому работы, направленные на повышение эффективности эксплуатации глубинных плунжерных насосов, являются особо актуальными.

Так, впервые предложено и установлено следующее:

♦ концепция диагностики насосных штанг на предмет установления дефектов сплошности, неоднородности структуры, физико-меха- нических и эксплуатационных свойств материала штанг неразрушающимися и разрушающимися методами:

–магнитоиндукционная диагностика материала тела штанги в постоянном магнитном поле при действии растягивающей нагрузки;

–по уровню шумов Баркгаузена в теле упругодеформируемой штанги, ассиметрично повторяющейся нагрузкой;

–по виду индикаторной линии, проложенной по телу штанги, пластически деформированному действием продольной растягивающей нагрузки и кручением;

–по виду механической характеристики материала штанги, деформируемой действием продольной растягивающей нагрузки до микропластики и по виду механической характеристики материала,

вдальнейшем пластически деформируемого действием продольно растягивающей нагрузки и кручения;

–по характеру изменения напряженности магнитного поля рассеяния от действия продольной растягивающей нагрузки, приложенной к локально намагниченной штанге; по характеру изменения тан-

7

генциальной составляющей магнитного поля остаточно намагниченной штанги под нагрузкой в области как упругой, так и пластической ее деформации, что позволяет сделать заключение о существовании необратимых процессов в материале штанги, характеризующих её эксплуатационные свойства;

♦два новых фактора, влияющих на работоспособность насосных штанг: протяженный по длине и радиусу металлической штанги слой с пониженной твердостью; обезуглероженный слой с неоднородной глубиной как по периметру, так и по длине штанги, приводящий к снижению ее надежности в эксплуатации;

♦режим одновременной химико-термической обработки концевых участков штанги и термической обработки тела штанги обеспечивает возможность сварки при разрыве штанги на границе концевого участка и ее тела;

♦технологический режим, включающий упругомикропластическую деформацию тела штанги действием продольной растягивающей нагрузки и кручения, обеспечивает восстановления ее первоначальной геометрии и упрочнение;

♦математическая модель условий работы скребков совместно

сколонной штанг, на основе анализа которой предложены и разработаныновые технические решения, конструкции скребков и центраторов;

♦математическая модель тепломассообменных процессов в нефтяной скважине, которая позволила разработать новые технические решения, протяженные нагреватели для прогрева оборудования и добываемой жидкости.

Предложенные научные положения, способы, технические решения и технические средства, их реализующие, обоснованы как теоретически, с использованием известных положений механики и тепломассообмена, так и экспериментально, с использованием метрологического поверенного оборудования, с точностью, соответствующей протекаемым процессам в исследуемых и разрабатываемых технологиях. Результаты экспериментальных исследований обработаны с использованием стандартных методов математической статистики. Достоверность подтверждается также сходимостью результатов экспериментальных, лабораторных и промысловых исследований.

8

По результатам проведенных исследований разработаны способы и методы определения работоспособности насосных штанг и технические решения, обеспечившие повышение их эксплуатационной характеристики, исходя из экономической и технической целесообразности, подтвержденные результатами их эксплуатации в промышленности.

Реализованы в промышленных условиях характеризующиеся новизной технологии изготовления насосных штанг, обеспечивающие их новые качественные показатели.

Обоснованы, разработаны и реализованы в промышленных условиях (ПО «Пермнефть», ООО «ПермНИПИнефть», ПО «Белоруснефть», ПО «Укрнефть», ОАО «ЛУКОЙЛ» и т.д.) методы и способы разрушающего и неразрушающего контроля и технические средства, их реализующие (плоский изгиб, изгиб с вращением фрагментов, упругая или упругопластическая деформация фрагмента продольной нагрузкой и/или кручением, ускоренные вибродинамические испытания, магнитные методы контроля, включая шумы Баркгаузена).

На основе проведенных научных исследований, технических решений создана концепция инспектирования длинномерных изделий, например насосных штанг.

Разработаны и реализованы технологии, включающие режимы нагружения, восстановления пространственной геометрии, упрочнения, установления механических характеристик, неразрушающего контроля насосных штанг отечественного и зарубежного производства, бывших в эксплуатации, и технические средства, используемые в ОАО «ЛУКОЙЛ», ОАО «АНК «Башнефть», ОАО «Татнефть», ОАО «НК «Роснефть», ОАО «Сибнефть», ТНК BP.

Разработана и обоснована технология ремонта насосно-компрес- сорных труб, используемая в ООО «Буровая компания «Евразия».

Предложены новые способы и технические средства (штанговращатели, штанги со скребками и центраторами), обеспечивающие повышение межремонтного периода работы насосных штанг, нашедшие практическое применение в ООО «ЛУКОЙЛ-Пермь».

9

Разработаны способы и технические средства, обеспечивающие многомерное магнитное воздействие на добываемую жидкость, а также способы и технические средства внутрисважинного путевого прогрева жидкости, нашедшие практическое применение в ОАО «ЛУКОЙЛ», ТНК ВР.

Авторы выражает глубокую благодарность доцентам Г.А. Чазову, В.Е. Калугину, В.В. Пепеляеву, Я.Т. Федоровичу, профессорам Н.И. Крысину, Н.Н. Вассерману, М.Г. Резину, Ф.Н. Сарапулову, А.Ю. Коняеву, С.П. Василевскому, Е.М. Огаркову, В.Ф. Новикову, директору ОАО «Очёрский машзавод» А.А. Хохлову, главному инженеру ОАО «Очёрский машзавод» А.Е. Дюжикову, генеральному директору ЗАО «ИНОКАР» Н.П. Надымову, зам. генерального директора ЗАО «Спецмаш» Е.И. Гуревичу, зав. лабораторией ООО

«ПермНИПИнефть» Ю.А. Васеву, руководству и специалистам «ПермНИПИнефть», специалистам кафедры сопротивления материалов и кафедры МТО ПГТУ, руководству и специалистам ООО

«ЛУКОЙЛ-Пермь», в особенности главным специалистам НГДУ «Кунгурнефть» В.П. Василяди, Л.В. Сергеевой, ОАО «Очёрский машзавод», ОАО «Мотовилихинские заводы», ЗАО «ИНОКАР», ООО

«ИНОКАР-Сервис», ООО ПВФ «Виброцентр» за консультации, внимание при проведении лабораторных и промышленных исследований и испытаний и сотрудникам кафедры «Нефтепромысловое оборудование» Уфимского государственного нефтяного технического университета», которым авторы благодарны за консультации и ценные предложения.

10