2.1 Отечественный и зарубежный опыт, обзор мировых достижений повышения уровня сервисного обслуживания

Несмотря на то, что суммарная добыча нефти из скважин, оборудованных СШНУ, в России составляет в среднем около 22 %, доля механизированного фонда скважин, оснащенного СШНУ, оценивается в нашей стране цифрой порядка 60 % (в США — около 90 %). Штанговая колонна является элементом, который в первую очередь определяет длительность безотказной работы СШНУ. По разным данным из-за обрывов штанг происходят до 30-40% всех отказов СШНУ, что и предопределило объект исследования.

Совершенствование методов эксплуатации глубиннонасосных штанговых колонн, как одного из ключевых элементов СШНУ, направлено в первую очередь на увеличение экономической эффективности первостепенных производственных процессов, в том числе, использования основных средств — скважин, оборудования и т. д. Рентабельность добычи нефти в значительной мере определяется полезной отдачей ГНО. В свою очередь полезная отдача зависит, с одной стороны, от надёжности механизированного фонда скважин, определяющей сроки безаварийной эксплуатации, с другой — от совершенства и эффективности системы технического обслуживания и ремонта нефтедобывающего оборудования, определяющей долговечность применения ГНО. Частота ПРС зависит от качества новых штанг и штанг, прошедших техническое обслуживание с целью восстановления ресурса. Высокий удельный вес расходов на ПРС вынуждает потребителя искать инструменты оптимизации эксплуатационных затрат, с одной стороны — за счёт снижения частоты ремонтов с целью обеспечения длительного и безаварийного функционирования СШНУ в процессе добычи скважинной продукции, с другой — за счёт максимального использования ресурса оборудования. Такой подход обусловлен как высокой стоимостью ПРС по сравнению со стоимостью штанговой колонны, так и высокой совокупной стоимостью восполнения оборотного фонда насосных штанг в условиях повышения цен на металл.

Обязательными условиями при этом выступают необходимость сохранения объемов добычи нефти и снижения темпов обновления основного нефтепромыслового оборудования. Выполнение требований минимизации затрат на осуществление технологического процесса добычи нефти возможно только при обеспечении необходимого технического уровня и качества на всех этапах эксплуатации. Необходимость применения системного подхода к решению задач прогнозирования остаточного ресурса и снижения частоты обрывов штанговых колонн с учётом изменений технического состояния насосных штанг приобретает решающее значение при оценке эффективности использования оборудования и для разработки мероприятий по регулированию рентабельности добычи нефти. Создание системного подхода предполагает раскрытие целостности штанговой колонны как объекта надёжности, установление факторов, обеспечивающих надёжность её элементов, сведение разнообразных данных о возможных технических состояниях насосных штанг в единую теоретическую картину на основе математических и логических, моделей, определение закономерностей изменения параметров технического состояния и опасности отказов на всех этапах эксплуатации. Таким образом, основой методов эксплуатации должны стать системно полученные опытные результаты и целенаправленные исследования, формирующие теоретическую базу знаний кинетики разрушения насосных штанг, с применением результатов математического моделирования, лабораторных экспериментов, опытной и промышленной эксплуатации.

В прогнозе ведущего Российского академического центра по проблемам надёжности в машиностроении (ИМАШ РАН им. А.А. Благонравова) на ближайшие два десятилетия отмечается, что на данном этапе развития техники дальнейшее повышение надёжности оборудования может осуществляться только на основе комплексного контроля материалов и конструкций на разных стадиях их жизненного цикла. В последние полвека вопросам качественной и количественной оценки надёжности СШНУ при эксплуатации, в том числе насосных штанг, посвящено большое количество работ. Опубликовано значительное число монографий, статей и инструкций, в которых подробно рассмотрены причины, вызывающие отказы, методики расчета параметров штанговых колонн, рекомендации по выбору режимов откачки. Однако разнообразие информации затрудняет принятие качественных и количественных решений направленных на комплексное увеличение длительности безаварийной работы СТТТНУ и долговечности насосных штанг. Этим вопросам, в частности, были посвящены основополагающие работы A.C. Вирновского, который исследовал зависимость частоты разрушений от режимов и условий эксплуатации для случая одноосного циклического нагружения насосных штанг, и Б.Б. Крумана, обосновавшего высокую концентрацию напряжения в переходных зонах как первопричину обрывов штанг по телу. С.Г. Бабаевым сформулированы в общем виде вопросы надёжности нефтепромыслового оборудования. Вопросы работоспособности насосных штанг в большей или меньшей степени нашли также отражение в работах других авторов. Однако комплексного подхода к совершенствованию методов эксплуатации насосных штанг с учетом изменения в процессе эксплуатации их технического состояния до настоящего времени разработано, не было.

Отсутствие научно аргументированной системы сбора статистической информации, сложность систематизации порождают эмпиричность их применения. Основным препятствием на пути совершенствования методов эксплуатации насосных штанг с учётом их технического состояния являлось отсутствие результатов комплексных исследований их изменений на всех этапах жизненного 1 цикла на основе методов анализа и синтеза. Совершенствование методов эксплуатация насосных штанг с учётом их технического состояния должно быть направлено на обеспечение увеличения полезной отдачи глубиннонасосного оборудования путём установления экономически оптимального соотношения свойств безотказности штанговых колонн и долговечности насосных штанг за счёт достоверных оценки их технического состояния и прогноза его изменения на последовательных этапах эксплуатации. В свою очередь методы эксплуатации должны раздельно и в совокупности учитывать влияние на частоту обрывов штанговых колонн факторов, не зависящих от изменений технического состояния штанг, и технического состояния, приобретённого в результате эксплуатации. Как правило, скважины, оборудованные СШНУ, эксплуатируют участки с так называемыми трудноизвлекаемыми запасами, которые характеризуются на последней стадии разработки месторождений осложнениями, ведущими к снижению сроков безаварийной эксплуатации. Поэтому отдельное и особое внимание заслуживают вопросы поиска и реализации новых технических и технологических решений повышения надёжности штанговых колонн, направленных на увеличение сроков безаварийной эксплуатации скважины путём улучшения их конструкции и потребительских свойств.

Повышение эффективности работы насосных скважин оптимизацией работы штанговых колонн должно быть направлено на обеспечение безаварийной эксплуатации СШНУ и увеличение полезной отдачи ГНО путём установления экономически оптимального соотношения свойств безотказности и долговечности штанговых колонн.