CC BY
207УДК 622.276.53.054.23:621.67-83
С.Б. Якимов, главный специалист управления механизированной добычи и ГТМ, ОАО «НК «Роснефть»
Сепараторы песка для защиты погружных насосов. Текущая ситуация и перспективы применения технологии
Общей мировой тенденцией является значительная интенсификация объемов добычи нефти благодаря использованию таких технологий, как гидравлический разрыв пласта, кислотные обработки и эксплуатация скважин на форсированных режимах с низкими забойными давлениями. Пропорционально увеличениям объемов добываемой за счет методов интенсификации нефти растут и объемы добываемого песка. Несмотря на значительный прогресс в области развития технологий предотвращения выноса песка и создание новых типов оборудования с высокой абразивной устойчивостью, использование простейших устройств, устанавливаемых на прием насоса, все еще не потеряло актуальность. Сепараторы инерционного типа используются в нефтяной промышленности давно, но осталось еще много вопросов по целесообразности и эффективности их применения для защиты подземного оборудования с целью повышения ресурса его работы и снижения операционных затрат на добычу жидкости. В статье приведены и проанализированы проведенные исследования по определению стендовой эффективности сепараторов песка, а также представлены сведения по удачному и неудачному использованию данного дополнительного оборудования. Подробно описаны наиболее рациональные области использования сепараторов песка для защиты подземного оборудования, указаны направления по дальнейшему совершенствованию данной технологии.
Ключевые слова: десендер, сепаратор песка, защита ЭЦН и ШГН от песка, эффективность сепарации песка, увеличение наработки ЭЦН и ШГН, снижение количества отказов ЭЦН и ШГН.
ВВЕДЕНИЕ
На протяжении более чем вековой истории эксплуатации песконесущих нефтяных и водяных скважин, осложненных выносом песка, совершенствовались технологии, однако неизменными оставались основные технологические направления защиты подземного оборудования, сформулированные А.М. Пирвердяном в [1].
1. Осуществление комплекса мероприятий, направленных на предупреждение поступления песка из пласта в скважину.
2. Обеспечение выноса на поверхность значительной части песка, поступившего в скважину.
3. Предотвращение поступления в насос песка при помощи фильтров, устанавливаемых на приеме насоса.
4. Сепарация песка у приема насоса при помощи специальных защитных приспособлений (песочных сепараторов), работа которых основана на гравитационных и инерционных принципах. Современные методы борьбы с песком при добыче нефти и эксплуатации песконесущих скважин, изложенные сотрудником Норвежского университета науки и технологии [2], по направлениям защиты почти не отличаются от описанных выше, хотя за последние десятилетия произошло значительное
их развитие и совершенствование. В настоящее время наиболее интенсивно ведутся работы по первому из вышеуказанных направлений. С каждым годом увеличиваются объемы применения технологии вскрытия слабосцементированных коллекторов горизонтальными стволами, химической консолидации зерен песка в при-забойной зоне, установки гравийных фильтров в обсаженных и необсажен-ных стволах скважин, применения проппанта, покрытого специальной полимерной пленкой, и т.д. Развитие данных технологий, бесспорно, является наиболее рациональным, так
PUMPS
60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%
Ж
ГЬп
1,19 1 0,85 0,6 0,425 0,3 0,25 0,1 Размер частиц проппанта
■ В насосе с фильтром ■ В насосе без фильтра ■ Проба с забоя.
Рис. 1. Распределение фракционного состава выносимых абразивных частиц по пробам из насоса, оборудованного фильтром, насоса без фильтра и с забоя скважины после операции ГРП
как они позволяют полностью или частично решить ключевую проблему - вынос песка из пласта. Однако, как показано в работе [2], технологии по предупреждению выноса песка из скважин не всегда являются наиболее эффективными экономически, так как, во-первых, все они создают дополнительные сопротивления потоку жидкости в призабойной зоне и нередко снижают объемы добычи нефти, а во-вторых, требуют относительно больших затрат.
Второе направление - обеспечение выноса большей части песка на поверхность - является наиболее широко применяемым в мировой практике при эксплуатации месторождений с небольшим и умеренным выносом песка. По данным автора работы [2], наблюдается общая мировая тенденция к значительному увеличению объемов применения методов интенсификации добычи нефти, в результате чего увеличивается вынос пластового песка, поступающего на поверхность вместе с пластовой жидкостью. Тренд по большинству российских нефтедобывающих компаний тот же: широкомасштабное применение технологий интенсификации добычи нефти, таких как гидравлический разрыв пласта (ГРП), кислотные обработки (СКО) и эксплуатация скважин с забойными давлениями ниже давления насыщения, увеличило в разы добычу не только нефти, но и пластового песка. Для обеспечения высокой наработки на отказ электроцентробежных (ЭЦН) и штанговых глубинных насосов (ШГН) в условиях откачки жидкости с повышенным выносом абразивных частиц все нефтедобывающие российские компании разработали технические требования к насосам повышенной износоустойчивости, а российские производители наладили выпуск оборудования, соответствующего новым техническим требованиям. Некоторые нефтегазодобывающие компании полностью перешли на использование ЭЦН с рабочими органами из чугуна типа Ni-resist с промежуточными подшипниками на валу, что позволило значительно увеличить наработку оборудования на скважинах с выносом абразивного
песка [3]. Впервые были разработаны и внедрены технические требования к ШГН повышенной износоустойчивости, началось изготовление и испытание крупных опытных партий данного оборудования [4].
Предотвращение поступления в насос песка при помощи фильтров, устанавливаемых до погружного насоса или на его приеме, судя по публикации SPE (общество инженеров-нефтяников), не получило широкого распространения в зарубежной практике, однако активно используется инженерами в России.
Сведения по технологической и экономической эффективности применения защитных фильтров противоречивы. Во многом это связано с отсутствием достаточной информации для оценки их технологической эффективности. Так, например, наиболее часто фильтры устанавливаются на скважинах после проведения операции ГРП, и по причине того, что не во всех случаях происходит вынос проппанта, оценка эффективности их применения на основании фактически достигнутой наработки ЭЦН не является коррект-
<п О 50 100 ISO 200 250
Подача, м3/суг,
—40сПэ (итсатр) ЗБсПз (РГУ} —*—100 сГз (ишсатр)
—'100 сПэ {РГУ) 1сПз (11тсэтр-РГУ}
Рис. 2. Экспериментальные данные по эффективности сепарации частиц диаметром 0,9 мм, полученные в бразильском университете ипкатр и учеными российского РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина
ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ № 2 февраль 2014
45
НАСОСЫ
Рис. 3. Зависимость эффективности сепарации проппанта 30/60 сепараторами инерционного и гравитационного типов от подачи жидкости вязкостью 1 сПз
ной. Авторы работы [5] попытались оценить технологическую эффективность применения сетчатых фильтров с размером ячейки 0,4 мм на скважинах с очень высоким выносом проппанта. На рисунке 1 представлены сведения по распределению фракционного состава выносимых абразивных частиц по пробам из насоса, оборудованного фильтром, насоса без фильтра и с забоя скважины после операции ГРП. Как видно из представленных данных, размер выносимых частиц варьирует от 1,19 мм (наиболее крупные неповрежденные зерна проппанта) до 0,1
мм (пластовый кварц). По результатам исследований сделан вывод, что использование фильтров позволяет увеличить наработку на отказ, однако ввиду выноса широких фракций пластового песка, обломков и целых зерен проппанта происходит быстрое засорение фильтрующей поверхности и внутренней полости каркасной трубы, в результате чего поступление жидкости на прием насоса снижается. Сепарация песка на приеме насоса с применением простейших устройств гравитационного типа (труба в трубе) применяется для защиты ШГН, как
говорится, с незапамятных времен. Принцип работы и конструкция простейших схем сепараторов газа и песка гравитационного и инерционного типов описаны в [1]. Применение сепараторов песка, установленных до приема ЭЦН, является относительно новой технологией. До недавнего времени почти полностью отсутствовали сведения не только по их эффективности при испытаниях на стендах, но и в промысловых условиях. Заслуживает внимания тот факт, что подобные устройства защиты под названием «десендер» выпускаются такими западными компаниями, как Cavins , RMSpumptools, Lakos Separators and Filtration Solutions, Puyang Wanbo oilfield Pump & Equipment Co. Ltd, Spirit Global Energy Solutions, Premium artificial lift systems, и другими. В словаре нефтегазовых терминов десен-деру (сепаратору песка) дается такое определение: центробежный механизм для удаления песка из жидкости для защиты от абразивных частиц насоса, может иметь механический привод или работать под действием центробежных сил потока жидкости. Погружные сепараторы песка с приводом от дополнительно включенного в состав ЭЦН двигателя были разработаны [6] и прошли успешное испытание, однако, судя по всему, данная технология будет иметь весьма ограниченное распространение из-за относительной сложности конструкции, сравнительно высокой стоимости и увеличения энергопотребления на подъем жидкости. Основным достоинством сепараторов песка инерционного типа, использующих энергию потока жидкости, является полное отсутствие подвижных частей, низкие гидравлические сопротивления, простота конструкции и, как будет показано ниже, довольно высокая эффективность сепарации. К этому можно добавить, что стоимость данного оборудования довольно низка: к примеру, китайская компания Puyang Wanbo oilfield Pump & Equipment Co. Ltd предлагает десендеры по цене от 300 до 600 долл. США. Многие крупные западные производители УЭЦН, такие как Wood Group ESP и Baker Hughes, предлагают российским нефтегазодобывающим компаниям в качестве
Рис. 4. Эффективность сепарации частиц песка диаметром 0,1 мм сепараторами инерционного и гравитационного типов при вязкости жидкости 1 сПз
46
№ 2 февраль 2014 ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ
PUMPS
о '-1-1-1-1-1-1
0 20 40 60 80 100 120
Подача, м3/еут.
0% газа 25% газа
Рис. 5. Зависимости изменения эффективности сепарации песка с диаметром зерен 0,1 мм от подачи и от процента свободного газа в жидкости
опции для защиты своего оборудования в особо тяжелых условиях эксплуатации комплектацию сепараторами песка вышеперечисленных западных компаний. Так, Wood Group ESP (в настоящий момент куплена компанией General Electric) предлагала использование сепараторов фирм Cavins или RMSpumptools, Baker Hughes - сепараторов RMSpumptools. После появления информации об успешном применении сепараторов песка ООО «Нефтеспец-техника» и RMSpumptools для защиты ЭЦН на песконесущих скважинах Ван-Еганского месторождения [7] подобные устройства начали выпускать российские производители: ОАО ПК «Борец», ЗАО «Новомет-Пермь», ООО «Алмаз», ЗАО «Элкам Нефтемаш».
СТЕНДОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ СЕПАРАТОРОВ ПЕСКА
В 2005 г. на конференции SPE инженеров Латинской Америки и Карибского региона, прошедшей в Рио-де-Жанейро, был представлен доклад о результатах стендовых испытаний сепаратора песка инерционного типа, проведенных учеными бразильского университета Капиноса (Unicamp) и бразильской государственной компанией Petrobras [8]. На основании экспериментальных данных, полученных на специально построенном стенде, были определены следующие зависимости эффективности сепарации от различны параметров:
1. От вязкости жидкости в диапазоне от 1 до 100 сПз при расходах 60 и 116 м3/сут. для частиц со средним диаметром 0,9 мм.
2. От расхода жидкости в диапазоне от 20 до 220 м3/сут. для значений вязкости 1, 40, 60 и 100 сПз для частиц со средним диаметром 0,9 мм.
3. От среднего диаметра сепарируемых частиц в диапазоне от 0,1 до 0,9 мм для значений вязкости жидкости 10, 20 и 50 сПз при постоянном расходе жидкости, равном 120 м3/сут.
4. От среднего диаметра частиц при изменении угла наклона лопаток сепаратора на 1 и 10 градусов при постоянной вязкости жидкости 10 сПз и постоянном расходе жидкости 120 м3/сут.
5. От площади сечения трубы для значений вязкости жидкости 10, 30 и 60 сПз при постоянном расходе жидкости 120 м3/сут. при диаметре частиц 0,25 мм. Проведенные исследования подтвердили справедливость общих для гидроциклонов зависимостей их эффективности от основных факторов: эффективность сепарации повышается при увеличении расхода жидкости и уменьшается при увеличении ее вязкости и при уменьшении диаметра, а соответственно, и массы частиц. Эффективность сепарации также уменьшается при увеличении площади сечения между наружной и внутренней
трубой сепаратора. Дополнительно было определено, что изменение угла наклона шнека сепаратора в пределах от 1 до 10 градусов не влияет на эффективность сепарации. Описанные выше исследования позволили установить не только общие зависимости эффективности сепарации частиц различных размеров в зависимости от дебита и вязкости жидкости, но и получить крайне важное представление об уровне коэффициента сепарации для конкретных случаев. Например, при вязкости жидкости 1 сПз при значении ее расхода 170 м3/сут. и выше эффективность сепарации песка с
Рис. 6. Зависимости изменения эффективности сепарации песка с диаметром зерен 0,1 мм от подачи и от процента свободного газа в жидкости сепаратора инерционного типа УСПШ-73
ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ № 2 февраль 2014
47
НАСОСЫ
Рис. 7. Сепаратор песка Sand Cat компании RMSpumptools
диаметром зерен 0,1 мм в сепараторе инерционного типа составляет 100%, но при увеличении вязкости до 20 сПз снижается до 10%. Применительно к ситуации, имеющей место на российских нефтяных месторождениях данных, полученных бразильскими учеными в [8] не было достаточно для нахождения зоны эффективного использования сепараторов песка и планирования их применения для защиты ЭЦН. Большинство скважин в Западной Сибири имеют наклонный профиль, часто ЭЦН работает со значительным отклонением от вертикальной оси. Насколько влияет угол наклона сепаратора на эффективность его работы, особенно при низких расходах жидкости? Большинство скважин в настоящее время эксплуатируются с забойными давлениями ниже давления насыщения и критически низкими давлениями на приеме насоса. О негатив-
ном влиянии наличия свободного газа на эффективность сепараторов песка указывалось еще в работе [1]. Насколько наличие свободного газа влияет на эффективность работы простейших сепараторов песка гравитационного типа и современных конструкций сепараторов инерционного типа? Сепараторы песка гравитационного типа вследствие простоты конструкции и меньшей стоимости получили широкое распространение, особенно для защиты ШГН от газа и песка, встречаются случаи их применения для защиты ЭЦН от выноса проппанта после проведения операции ГРП. Об их низкой эффективности на практике упоминает автор работы [9]. После прекращения выноса проппанта из призабойной зоны или после заполнения контейнера сепаратор превращается в выполнивший свою функцию узел, который в дальнейшем бесполезен. В этой связи нельзя ли для защиты оборудования после проведения ГРП использовать более дешевые сепараторы гравитационного типа? И, наконец, ввиду появления на российском рынке большого количества производителей подобных устройств с незначительными конструктивными различиями необходимо было провести стендовые испытания их эффективности. Отметим,что бразильские ученые тестировали только одну модель сепаратора песка, при этом не указали его производителя, а российские поставщики, предлагая данное оборудование, в его технических характеристиках указывают весьма ограниченные сведения по эффективности сепарации, не прилагая результатов стендовых испытаний.
Перед кафедрой машин и оборудования нефтяной и газовой промышленности РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина и мной была поставлена задача разработки стенда для испытания погружных сепараторов песка и проведения работ по тестированию их эффективности в зависимости от расхода и вязкости жидкости, диаметра частиц. Дополнительно необходимо было определить влияние отклонения положения сепаратора от вертикальной оси на 45 градусов и наличия свободного газа на его приеме на эффективность сепарации. В соответ-
ствии с поставленной в техническом задании целью был построен стенд [10], разработана методика тестирования [11] и проведен ряд исследований эффективности сепараторов песка, сведения о результатах опубликованы в работах [12], [13]. Приведем краткие результаты данных тестирований. Поскольку, как можно предположить, бразильские исследователи определяли эффективность сепаратора песка одного из известных производителей данной продукции, для корректности проведения сравнительного теста в РГУ им. Губкина был завезен новый сепаратор песка фирмы Cavins (США), модель D2711. На рисунке 2 показаны экспериментальные данные по эффективности сепарации частиц диаметром 0,9 мм, полученные в бразильском университете ит'сатр, и данные, полученные учеными РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина. Из представленных данных видно, что результаты исследований, проведенных в двух разных университетах, полностью совпали. Наиболее важный вывод, который можно сделать на основании анализа результатов данных работ, - сепараторы инерционного типа обеспечивают полную сепарацию частиц диаметром 0,9 мм при вязкости жидкости 1 сПз в любых диапазонах подач, обеспечивают приемлемый уровень сепарации при вязкости жидкости 35 сПз и подачах жидкости выше 100 м3/сут., но значительно снижают эффективность при подаче менее 100 м3/сут. и вязкости 35 и более сПз. Эффективность сепарации частиц любого диаметра в диапазоне подач 25-200 м3/ сут. при вязкости 100 сПз крайне мала. Специально для проведения исследований были изготовлены и доставлены в РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина сепараторы песка гравитационного типа (труба в трубе) с наружными диаметрами 73 и 89 мм. Исследования показали их значительно меньшую эффективность при сепарации проппанта и тем более песка по сравнению с сепараторами инерционного типа российских и зарубежных производителей. На рисунке 3 показана зависимость эффективности сепарации проппанта 30/60 сепараторами инерционного и гравитационного типов от подачи жидкости
48
№ 2 февраль 2014 ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ
PUMPS
Рис. 8. Мониторинг количества и состава выносимых частиц при выводе на режим скважины Самотлорского месторождения после СКО
вязкостью 1 сПз (воды). Эффективность сепаратора инерционного типа УСПШ-73 отечественного производителя ООО «Нефтеспецтехника» лишь незначительно уступает сепаратору фирмы Cavins. Для повышения эффективности сепарации в области расходов жидкости менее 60 м3/сут. ООО «Нефтеспецтехника» предлагает использовать сепаратор УСПШ-60, эффективность которого при стендовых испытаниях оказалась достаточно высока.
Поскольку, как было описано выше и показано на рисунке 1, при освоении скважин после проведения операции ГРП происходит вынос частиц различного фракционного состава, в том числе и большого количества пластового кварца, было проведено изучение эффективности тех же сепараторов для отделения зерен песка диаметром 0,1 мм. Эффективность сепаратора гравитационного типа при 25 м3/сут. оказалась низкой - всего 36% и резко снижалась с увеличением расхода жидкости. Эффективность сепаратора СаУ1'п$ по-прежнему составляла 100% на всех режимах тестирования, а у сепаратора УСПШ-73 начала снижаться при уменьшении подачи жидкости ниже 150 м3/сут. При расходе жидкости ниже 50 м3/сут. эффективность УСПШ-60 находится на достаточно высоком уровне.
Проведенные исследования позволили установить, что эффективность сепаратора инерционного типа УСПШ-60, расположенного под углом 45 градусов, снижается при сепарации проппанта во всем тестируемом диапазоне расходом жидкости, эффективность сепарации песка 0,1 мм снижается при расходах жидкости менее 75 м3/сут. Для определения влияния свободного газа, находящегося в жидкости, на эффективность сепарации песка с диаметром зерен 0,1 мм были проведены исследования с использованием трех сепараторов: гравитационного типа с диаметром внешней трубы 73 мм, инерционного типа УСПШ-73 и сепаратора инерционного типа СаУ1'п$, модель D2711. На рисунке 5 показаны зависимости изменения эффективности сепаратора гравитационного типа по сепарации песка с диаметром зерен 0,1
мм от подачи и от процента свободного газа в жидкости. Результаты исследований показали, что при увеличении подачи более 50 м3/сут. эффективность сепарации снижается, так как газ перестает полностью сепарироваться, часть его начинает проходить через сепаратор, снижая эффективность его работы.
В значительно меньшей степени наличие свободного газа влияет на эффективность работы сепараторов инерционного типа. На рисунке 6 представлены зависимости изменения эффективности сепарации песка с диаметром зерен 0,1 мм от подачи и от процента свободного газа в жидкости сепаратора инерци-
Рис. 9. Мониторинг количества и состава выносимых частиц при выводе на режим высокодебитной скважины Самотлорского месторождения
ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ № 2 февраль 2014
49
so«
45« 451
Количество моиюжгн брлботе Наработка досгтусил Нард&спкл гххл*
■ У СП Ш с ма мж етным уплотме мием «УСПШс пакером » Д«сеидер{импортный]
Рис. 10. Результаты использования сепараторов песка для защиты ЭЦН на скважинах Самотлорского месторождения
онного типа УСПШ-73. Исследования показали лишь незначительное влияние наличия свободного газа в жидкости на коэффициент сепарации в областях подач выше 70 м3/сут. При увеличении содержания свободного газа в жидкости от 0 до 35% отмечается снижение эффективности сепарации песка 0,1 мм с 95,5 до 89%. Исследования также выявили полное отсутствие влияние наличия свободного газа в диапазоне 0-35% на эффективность работы сепаратора Cavins. Вообще результаты тестирования сепаратора этой фирмы впечатляют, видна работа по совершенствованию их конструкции и тщательной доводке. Вероятнее всего, авторы работы [14], указывая на то, что конструкции сепараторов песка не оптимизированы, имели в виду продукцию российских производителей.
ПРИМЕНЕНИЕ СЕПАРАТОРОВ ПЕСКА ДЛЯ ЗАЩИТЫ ПОГРУЖНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Сведений по достигнутой на практике эффективности применения сепараторов песка, как справедливо отмечено авторами работы [14], крайне мало, достигнутые результаты носят противоречивый характер. Первое упоминание о достижении серьезного эффекта по увеличению наработки ЭЦН при использовании сепараторов песка появилось в 2001 г. [15]. При эксплуатации сла-босцементированных высокопроницаемых коллекторов месторождения Cantuar Unit (Канада, штат Саскачеван) компания Renaissance Energy Ltd (позже вошла в компанию Husky Energy Inc) столкнулась с относительно низкой наработкой ЭЦН по причине их быстрого абразивного износа. Средняя нара-
ботка на отказ составляла 406 сут., но по некоторым часто ремонтируемым скважинам этот показатель составлял всего 106-142 сут. Средняя концентрация выносимого песка в добываемой жидкости составляла 100 мг/л, при этом при проведении замеров диапазон данного параметра варьировал от 1 до 10 000 мг/л. Для защиты ЭЦН в июне 1999 г. были использованы сепараторы фирмы Lakos Separators and Filtration Solutions, устанавливаемые на пакере со специальным клапаном для сброса песка в зумпф при наполнении контейнера. Продолжительность работы ЭЦН производительностью 275-960 м3/сут. при средней обводненности продукции 95% увеличилась с 404 до 720 суток. На первой скважине с установленным сепаратором песка установка была поднята для проведения изучения состояния десендера и наличия песка в зумпфе. Состояние десендера было идеальным, без следов износа, а зумпф был частично перекрыт песчаной пробкой. При эксплуатации высоко обводненных скважин Ван-Еганского нефтяного месторождения (Тюменская обл., Нижневартовский р-н) с применением ЭЦН имели место те же проблемы, что и на месторождении Cantuar Unit в Канаде. Пласты Покурской свиты данного месторождения слабо сцементированы, при эксплуатации скважин наблюдаются залповые выносы песка в концентрации до 10 000 мг/л, средняя концентрация выносимых из пласта абразивных минералов кварца и плагиоклаза составляла 150 мг/л. В 2007 г. было принято решение об испытании сепараторов песка для защиты ЭЦН, применив схему подвески их на пакере, как это сделала компания Renaissance Energy Ltd. Использовались сепараторы
Таблица 1. Сравнение наработки на отказ ШГН, смонтированных в СНГ и ТНК-НВ, за период 01.01.2011 г. - 01.04.2013 г.
Оборудование Кол-во монтажей Суммарное отработанное время, сут. Суммарное кол-во отказов Средняя наработка отказавших скважин, сут. Увеличение наработки, %
ШГН без защитного устройства 1118 183 933 888 207
ШГН с сепаратором УСПШ гравитационного типа 359 54 918 217 253 22
ШГН с сепаратором гравитационного типа 179 33 556 156 215 3,8
PUMPS
песка УСПШ-73 производства ООО «Неф-теспецтехника» - 5 штук и сепараторы Sand Cat компании RMSpumptools - 15 штук (рис. 7). Приведенный рисунок сепаратора песка Sand Cat взят из презентации компании Wood Group ESP, впервые предложившей их использование и осуществившей поставку в Россию. Отметим, что на выбор схемы подвески сепаратора на пакере в значительной мере повлияли проведенные ранее испытания с подвеской сепараторов Sand Cat, оборудованных разъединительной манжетой на ЭЦН. В качестве контейнера использовались 5 штук НКТ диаметром 73 мм, и в процессе эксплуатации происходило быстрое их заполнение. Именно для возможности увеличения объема контейнера была использована схема подвески сепараторов на пакере без использования разъединительной манжеты.
Результаты данных промысловых испытаний описаны в [7]. В качестве контейнера использовались насосно-ком-прессорные трубы диаметром 89 мм в количестве 10-15 штук, которые подвешивались снизу сепараторов. Отметим,
что во всех случаях после подъема ЭЦН они были доверху заполнены песком, что подтверждает высокую эффективность сепараторов Sand Cat и УСПШ-73. Достигнуто увеличение времени работы скважин с 88 до 157 суток, то есть почти в 2 раза. Тем не менее основная доля ЭЦН с установленными сепараторами отказала из-за попадания в насосы песка: после заполнения контейнеров песок начинал попадать в насос. При планировании использования сепараторов песка необходимо иметь четкое представление о количестве и качестве выносимых абразивных частиц. Принятие решения о необходимости применения сепараторов на основании значений концентрации взвешенных частиц (КВЧ) в добываемой жидкости ввиду неинформативности данного показателя, скорее всего, приведет к отсутствию эффекта от использования данного дополнительного оборудования. Так, в 2007-2008 гг. ОАО «Нижневартовске нефтегазодобывающее предприятие» вместе с партией ЭЦН компании Wood Group ESP произвело закупку сепараторов Sand Cat. Не имея
опыта применения сепараторов и не проведя анализа по составу выносимых абразивных частиц, специалисты данного предприятия начали использовать их на всех скважинах с ЭЦН, имеющих низкую наработку на отказ, надеясь ее увеличить. Проведенный позже анализ показал, что основная доля выносимых частиц из юрских пластов месторождений, эксплуатируемых ОАО «Нижневартовское нефтегазодобывающее предприятие», приходится на гидроокислы железа и кристаллы солей, а содержание кварца в продукции скважин было невелико. Именно по этой причине эффект увеличения наработки не был достигнут. Большая часть контейнеров была заполнена меньше чем на 10-20%. Интересен тот факт, что по некоторым скважинам контейнеры были заполнены полностью, но проведенные анализы состава отсепарированного осадка показали, что это кристаллы карбоната кальция. Данные кристаллы имели очень малый размер частиц, но тем не менее они были отсепарированы. Неудачный опыт использования сепараторов на месторождениях ОАО
АРМ ГАРАНТ
Электроприводы ЭВИМТА
для задвижек ДУ 50 -1200 мм
Пневмоприводы ПСДС
для шаровых кранов ДУ 50 -1200 мм
Монтажные, пусконаладочные, ремонтные работы
на объектах нефтегазового комплека
г. Уфа, ул. Р. Зорге,. 19/5 тел./факс: (347) 223-74-15, 223-74-17 e-mail: arm да га nt@ufa matl.ru
www.armgarant.ru
Таблица 2. Сводные сведения об испытании сепараторов песка на различных месторождениях
Месторождение, условия эксплуатации скважин Схема установки сепаратора песка и схема установки Результаты применения технологии
Cantuar Unit (Канада), компания Renaissance Energy Ltd. Скважины с УЭЦН производительностью 275-960 м3/сут. с обводненностью 95%. Размер частиц песка - 0,001-9,5 мм Сепараторы фирмы Lakos Separators and Filtration Solutions на 41 скважине. Установка сепаратора на пакере с клапаном для сброса песка из контейнера в зумпф Увеличение средней наработки ЭЦН с 460 до 720 сут.
Ван-Еганское (Россия). Скважины с УЭЦН производительностью 30-250 м3/сут. Размер частиц песка - 0,05-0,5 мм Сепараторы Sand Cat фирмы RMSpumptools и УСПШ ОАО «Нефтеспецтехника». Установка сепаратора на пакере с контейнером из труб 89 мм без клапана для сброса песка Увеличение наработки ЭЦН с 88 до 157 сут.
Самотлорское (Россия). Скважины с УЭЦН производительностью 50-250 м3/сут. Размер частиц песка -0,05-0,25 мм Сепараторы фирмы Cavins на 61 скважине. Подвеска ниже ЭЦН с разъединительной манжетой Увеличение наработки ЭЦН с 275 до 471 сут.
Самотлорское (Россия). Скважины с УЭЦН производительностью 50-250 м3/сут. Размер частиц песка - 0,05-0,25 мм Сепараторы УСПШ-73 и УСПШ-89 ООО «Нефтеспецтехника» на 13 скважинах. Подвеска ниже ЭЦН с разъединительной манжетой Увеличение наработки ЭЦН со 130 до 454 сут.
Самотлорское (Россия). Скважины с УЭЦН производительностью 50-250 м3/сут. Размер частиц песка - 0,05-0,25 мм Сепараторы УСПШ-73 и УСПШ-89 ООО «Нефтеспецтехника» на 65 скважинах. Подвеска сепаратора на пакере с контейнером из труб 89 мм без клапана для сброса песка Увеличение наработки ЭЦН со 141 до 379 сут.
Ванкорское (Россия). Скважина с УЭЦН производительностью 260 м3/сут. Сепаратор Sand Cat фирмы RMSpumptools. Подвеска ниже ЭЦН с разъединительной манжетой Наработка до спуска сепаратора - 166 сут., после спуска - 146. Контейнер и насос забиты песком
Хохряковское, Кошильское и Пермяковское (Россия). Скважины с УЭЦН производительностью 50-150 м3/сут. Незначительное содержание кварца в продукции скважин Сепараторы Sand Cat фирмы RMSpumptools. Подвеска ниже ЭЦН с разъединительной манжетой Увеличение наработки с 146 до 160 сут.
«Нижневартовское нефтегазодобывающее предприятие»заставил по-иному посмотреть на проблему выноса мех-примесей: детально изучить их состав, определить индекс агрессивности по большинству месторождений с терри-генными коллекторами [16]. С целью изучения областей эффективного использования сепараторов песка на скважинах Самотлорского месторождения были проведены промысловые исследования изучения количества и качества содержащихся в добываемой жидкости частиц в течение 14 дней после запуска скважин в работу [17]. Исследования проводились на скважинах, по которым был проведен подземный ремонт по смене оборудования, по скважинам с обработанной соляной кислотой призабойной зоной и на скважинах, запущенных после операции ГРП. В результате было установлено, что после проведения кислотных обработок в процессе выхода скважины на режим имеют место залповые выбросы песка. Мониторинг количества и состава выносимых частиц при выводе на режим одной из скважин Самотлорского месторождения после СКО показан на
рисунке 8. Из представленных данных видно, что в определенный момент происходит резкое увеличение концентрации кварца в добываемой жидкости. Исследования показали и значительный вынос песка после запуска некоторых скважин со слабосцементированным коллектором (пласты группы АВ). На рисунке 9 показан мониторинг количества и состава выносимых частиц при выводе на режим высокодебитной скважины Самотлорского месторождения. Из представленных данных видно, что концентрация кварца в первый час работы ЭЦН после запуска достигла 4000 мг/л, а на протяжении примерно 42 часов работы была довольно высокой. Были проведены и работы по мониторингу выноса песка и после проведения на скважинах работ, направленных на предотвращение выноса песка из призабойной зоны. Было отмечено, что не все применяемые технологии обеспечивают защиту оборудования в течение всего ресурса его работы. Так, при выводе на режим скважин с установленными гравийными фильтрами в первые часы работы может иметь место прохождение части пластового
песка через гравийную набивку. На скважинах, обработанных составом для консолидации зерен песка, с течением времени эффект прекращается, и он начинает снова выноситься жидкостью, а значит, и попадать в насос [18]. Данные исследования позволили определить зону наиболее оптимального использования сепараторов песка для скважин Самотлорского месторождения. Это скважины со слабосцементи-рованными коллекторами пластов группы АВ с повышенным выкосом кварца и плагиоклаза, скважины, на которых проведена СКО или ГРП. Специалисты ОАО «ТНК-Нижневартовск», разрабатывающие северо-западную часть Самотлорского месторождения, провели выбор скважин-кандидатов с использованием описанных выше рекомендаций. Для защиты оборудования использовались сепараторы песка фирмы Cavins и сепараторы песка УСПШ ООО «Нефте-спецтехника». 61 сепаратор сэу1'п$ и 13 УСПШ подвешивались на ЭЦН, 65 сепараторов УСПШ были установлены с подвеской на пакере. Основная часть сепараторов была установлена на часто ремонтируемые скважины, на
PUMPS
Рис. 11. Моделирование рабочего процесса сепаратора механических примесей СПНЦ
которых, по данным проводимых анализов состава выносимых мехпримесей, имело место повышенное содержание абразивных частиц. Особо подчеркну, что скважины-кандидаты подбирались не на основании сведений о количестве КВЧ,а на основании сведений по концентрации кварца и плагиоклаза в добываемой жидкости. Дополнительно использовались сведения о величине износа поднятых из скважин насосов. Результаты использования сепараторов песка для защиты ЭЦН на скважинах Са-мотлорского месторождения показаны на рисунке 10.
Разрабатывающие Самотлорское месторождение ОАО «Самотлорнефтегаз» и ОАО «ТНК-Нижневартовск» широко используют сепараторы песка инерционного типа для защиты скважин с ШГН уже несколько лет. На 01.01.2014 г. 34% фонда скважин с ШГН эксплуатируются с сепараторами инерционного и гравитационного типов,установленных на приеме насоса. В таблице 1 представлены сведения по наработке скважин с ШГН без применения защитного оборудования на приеме, с сепаратором инерционного типа и сепаратором гравитационного типа за период с 01.01.2011 по 01.04.2012 г. Как видно из приведенных сведений, использование сепараторов инерционного типа позволяет увеличить наработку ШГН в среднем на 43 суток, что соответствует 22%. Увеличение наработки при использовании сепараторов гравитационного типа, используемых в основном для снижения влияния газа, не происходит. В таблице 2 представлены сводные сведения об испытании сепараторов песка на различных месторождениях.
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СЕПАРАТОРОВ ПЕСКА
Несмотря на столь обнадеживающие результаты первых опытов использования сепараторов песка, нельзя говорить о целесообразности их массового использования для защиты ЭЦН и ШГН во всех без исключения скважинах с терригенными коллекторами. Первое значительное препятствие на пути использования этих устройств - их неспособность решить проблему кар-
динально. Как было отмечено выше, наиболее рациональным, особенно на скважинах с относительно высоким выносом песка, является проведение работ с целью препятствия его выноса из призабойной зоны. Убедительным примером сказанного является тот факт, что использование сепараторов на части скважин Ван-Еганского месторождения позволило добиться увеличения наработки только с 88 до 157 суток. Такой результат не устроил специалистов ООО «СП Ваньеганнефть», и они начали испытания различных технологий предотвращения выноса песка из призабойной зоны. Были испытаны технологии установки гравийных фильтров, различ-
ные технологии консолидации песка. Наиболее успешной и эффективной оказалась технология применения реагента Sequre 2020 компании Champion Technologies. После ее применения наработка ЭЦН по скважинам пласта ПК Ван-Еганского месторождения увеличилась до 450-650 суток, после чего необходимость применения сепараторов песка отпала сама собой. Вторым существенным препятствием на пути широкого применения данной технологии является значительное ограничение в геометрических размерах используемых контейнеров для складирования отсепарированного песка. Как показал вышеописанный опыт использова-
Рис. 12. Сепаратор механических примесей СПНЦ-73
Рис. 13. Результаты стендовых испытаний сепаратора СПНЦ (модельная жидкость -вязкость 10 сПз)
ния сепараторов на месторождениях Cantuar Unit и Ван-Еганском, эффективное применение сепараторов для защиты высокопроизводительных ЭЦН возможно только в случае использования специального клапана для сброса накопившегося в контейнере песка в зумпф, если таковой имеется. Заметим, что успеху использования сепараторов на месторождении Cantuar Unit способствовало наличие достаточного по глубине зумпфа в колонне диаметром 178 мм. Использование сепараторов с контейнерами,оснащенными клапаном автоматического сброса песка в зумпф,
позволило бы несколько расширить зону применения данного оборудования. Однако объемы внедрения данной технологии будут целиком зависеть от количества песконесущих скважин с достаточным зумпфом. На сегодняшний день многие российские производители уже сконструировали клапаны сброса песка, и перед нефтедобывающими компаниями стоит задача испытания данного оборудования. На скважинах с относительно небольшим и умеренным выносом песка наиболее рациональной следует считать технологию добычи его на поверхность
с использованием оборудования повышенного класса износоустойчивости. Однако использование сепараторов в ряде случаев также может быть эффективным. Интересно, что производитель сепараторов песка Lakos Separators and Filtration Solutions позиционирует свое оборудование как ресурсосберегающее. Поскольку, как было показано выше, использование сепараторов данной фирмы для защиты ЭЦН на месторождение Cantuar Unit позволило значительно снизить износ рабочих органов, было предотвращено повышенное потребление электроэнергии, необходимое для поддержания прежней производительности с использованием частотного регулирования. Учитывая приведенную выше статистику отказов ШГН по Самотлорскому месторождению, использование технологии рационально для защиты ШГН на терригенных коллекторах. Значительным преимуществом при этом является малый объем добываемой жидкости и, как правило, небольшое содержание абразивных частиц (до 100 мг/л), благодаря чему объема контейнера, как правило, достаточно для сепарируемых частиц.
Другой областью эффективного использования сепараторов песка является их применение для защиты широко используемых в России низко производительных ЭЦН (15-35 м3/сут.), из-за своих конструктивных особенностей имеющих меньший геометрический размер
Таблица 3. Характеристики сепараторов компании Cavins
Дебит жидкости, м3/сут. Номенклатурный ряд
ЭЦН ШГН Условный диаметр НКТ, мм
min max min max 60 73 89
11,9 23,9 5,6 11,9 D2301 D2701 D3401
15,9 31,8 8,0 15,9 D2302 D2702 D3402
27,8 55,7 13,5 27,8 D2303 D2703 D3403
39,8 79,5 19,9 39,8 D2305 D2705 D3405
59,6 119,3 29,4 59,6 D2307 D2707 D3407
87,5 175,0 43,7 87,5 D2311 D2711 D3411
127,2 254,4 63,6 127,2 D2316 D2716 D3416
190,8 381,6 95,4 190,8 D2324 D2724 D3424
286,2 572,4 143,1 286,2 D2336 D2736 D3436
381,6 636,0 190,8 318,0 - D2740 D3440
508,8 795,0 254,4 397,5 - D2750 D34
PUMPS
Таблица 4. Минимальные технические требования к эффективности сепараторов песка
Показатель 15 35 75 150 250
Номинальный дебит жидкости, указываемый в маркировке десендера, м3/сут.
Значения расходов жидкости при тестировании, м3/сут. 10, 15, 25 25, 35, 50 50, 75, 100 100, 150, 200 200, 250, 300
Минимально допустимая эффективность сепарации при тестировании на воде, материал -кварцевый песок, 0,1 мм 75 85 90 95 100
Минимально допустимая эффективность сепарации при тестировании на воде с содержанием свободного газа 25% Снижение эффективности не более чем на 5% Не регламентируется
Минимально допустимая эффективность сепарации при тестировании на глицериновом растворе с вязкостью 25 сПз, материал - проппант 30/60 15 25 40 90 100
Максимально допустимые потери давления в сепараторе при испытании на воде, МПа 0,08 при 25 м3/сут. 0,15 при 50 м3/сут. 0,25 при 75 м3/сут. 0,5 при 150 м3/сут. 1,5 при 250 м3/сут.
проходных каналов и по этой причине в большей степени подвергающихся риску заклинивания. Как было показано выше, после СКО скважин с тер-ригенными коллекторами имеют место залповые выбросы песка, а если учесть то обстоятельство, что, как правило, ме-
роприятия по интенсификации притока производятся именно на скважинах с низким дебитом, применение сепараторов песка является рациональным. При добыче нефти из сильно обводненных скважин со слабосцементиро-ванными коллекторами, как правило,
остро стоит вопрос о рентабельности их эксплуатации, поэтому относительно дорогостоящие технологии крепления призабойной зоны вообще не используются или используются наиболее дешевые из них. Увеличения наработки при использовании сепараторов песка
кзит
КОПЕЙСКИЙ ЗАВОД изоляции труь
ООО «Копейский завод изоляции труб»
15 лет работы на рынке
ООО «Копейский завод изоляции труб» осуществляет такие виды деятельности как
• Нанесение антикоррозионных покрытий (двух- и трёхслойных) на основе экструдированного полиэтилена на наружную поверхность стальных труб диаметром 57-1420 мм.
• Нанесение любых лакокрасочных покрытий на внутреннюю поверхность стальных труб диаметром до 1420 мм. Для покрытия используется широкий ассортимент современных материалов на основе эпоксидных, полиуретановых и цинконаполненных композиций.
> Изготовление гнутых отводов методом холодного гнутья из стальных труб (в том числе из предварительно заизолированных с двух-, трёхслойным покрытием) диаметром от 219 до 1420 мм.
• Изготовление свай и опор из стальных бесшовных и электросварных переосвидетельствованных труб, диаметром до 1420 мм включительно из углеродистых и низколегированных сталей. Предназначаются для использования в строительстве в качестве свай фундаментов и крепления котлованов, опор освещения, подпорных стенок, рекламных стоек.
• Восстановление труб для повторного применения:
- очистка от наружной изоляции труб б/у диаметром
- внутренняя очистка труб б/у диаметром
- механическая торцовка концов труб диаметром
- ремонт коррозионных дефектов.
> Освидетельствование труб с проведением гидроиспытаний давлением до 100 атмосфер
в собственной аттестованной лаборатории. Лаборатория оснащена современным оборудованием отечественного и импортного производства.
РФ, Челябинская обл., г. Копейск, ул. Мечникова, д.1; тел/факс: (35139) 2-09-81,2-09-82,21-001,21-002;е-таП: [email protected], [email protected], www.kzit.ru
на правах рекламы
Рис. 14. Сравнительные характеристики СПНЦ и Cavins (модельная жидкость - вязкость 10 сПз; модельные механические примеси - песок 100 Mesh)
можно ожидать и на данной категории скважин. Ближайшей целью является изучение возможности использования ЭЦН стандартного исполнения не только с более низкой абразивной стойкостью, но и более дешевых по стоимости в комплектации с сепараторами песка для добычи нефти из сильно обводненных скважин, находящихся на грани рентабельности.
Вопрос применения сепараторов песка для защиты оборудования от проппанта не такой простой, как может показаться на первый взгляд. С одной стороны, эффективность сепарации проппанта достигает почти 100%, если в процессе освоения скважины на поверхность добывается вода. С другой стороны, вязкость геля, используемого при операции ГРП, очень высока, и при запуске скважины через несколько суток после обработки вязкость жидкости, выходящей из призабойной зоны (вязкость линейного геля), составляет примерно 25 сПз. Объем линейного геля с такой вязкостью составляет 50-150 м3/сут., и в зависимости от производительности спущенного насоса время его откачки может составлять от нескольких часов до нескольких суток. Исходя из экспериментальных данных тестирования сепараторов, представленных на рисунке 2, видно, что эффективность
УСПШ при дебитах жидкости вязкостью 35 сПз находится на низком уровне. Другим очень важным фактором, делающим использование сепараторов песка на данной категории скважин эффективным, является значительный прогресс, достигнутый за последнее десятилетие в области технологий и материалов, используемых при ГРП, обеспечивающих полное отсутствие выноса проппанта или по крайней мере значительное его снижение. Проведенный мониторинг изменения количества и качества выносимых из пласта частиц по скважинам Самотлорского месторождения после ГРП с применением RSP (проппант, покрытый специальной полимерной оболочкой для улучшения его закрепления) показал полное отсутствие его выноса. Справедливости ради можно сказать, что проведенный мониторинг установил высокий вынос кварцевого песка в период освоения скважин. В случае если первый насос быстро вышел из строя по причине засорения песком или проппантом, применение сепараторов песка для защиты второго насоса, учитывая, что вязкость добываемой жидкости к этому времени должна значительно снизиться, можно считать рациональным. Ввиду того что, как показано на рисунке 1, после проведения ГРП из скважины выносятся не
только целые, неповрежденные зерна проппанта, но и раздробленные его осколки, а также пластовые минералы, подобрать фильтр для обеспечения длительной защиты ЭЦН сложно. Это обстоятельство является еще одним аргументом в пользу выбора сепаратора песка.
НОВЫЕЗАДАЧИ ПЕРЕД
ОТЕЧЕСТВЕННЫМИ
ПРОИЗВОДИТЕЛЯМИ
Проведенные исследования эффективности погружных сепараторов песка, изготовленных отечественными производителями, показали меньшую их эффективность по сравнению с сепаратором Cavins (США), особенно при увеличении вязкости жидкости и в областях низкого ее расхода (менее 50 м3/сут.). Судя по всему, специалисты Саушэ очень серьезно поработали над конструкцией и доводкой своих сепараторов. Несмотря на высокие показатели эффективности модели D2711 по сепарации песка с диаметром зерен 0,1 мм в диапазоне расходов жидкости от 50 до 200 м3/сут., производитель сужает рекомендуемый диапазон применения до 87,9-175 м3/сут. Возможно, это связано с эффективностью сепарации песка с размером зерен менее 0,1 мм. В таблице 3 представлены сведения из каталога компании Саушэ по номенклатурному ряду выпускаемых ею сепараторов. Из приведенных данных видно, что диапазон дебитов от 5,6 до 795 м3/сут. перекрывают 11 типоразмеров сепараторов, причем с уменьшением номинального дебита диапазон применения заметно сужается. Ни один из отечественных производителей пока не предлагает номенклатурный ряд, перекрывающий диапазон дебитов от 5 до 800 м3/сут. с обеспечением высокой эффективности сепарации на воде и на жидкости вязкостью 25 сПз. Конечно, главная причина этого не в производителях оборудования, а в крайне низком спросе на данную продукцию со стороны нефтедобывающих компаний. Вместе с тем, как было показано выше, сепараторы песка инерционного типа в силу их значительно более высокой эффективности могут успешно применяться для снижения отказов при
PUMPS
эксплуатации большинства скважин с ШГН и части скважин с ЭЦН. Разработка линейки номенклатурного ряда погружных сепараторов песка, обеспечивающих максимально высокие показатели сепарации, является одной из задач отечественных производителей. В таблице 4 приводятся минимальные технические требования к эффективности сепараторов песка, подготовленные на основании исследований,проведенных на кафедре машин и оборудования РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина. Несмотря на то что указанные в данных технических требованиях минимальные значения эффективности сепарации ниже, чем у протестированного сепаратора фирмы Cavins, большинство протестированных отечественных сепараторов в них не вписываются. Для решения поставленных задач совместно с сотрудниками кафедры МОНиГП РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина были разработаны математиче-
ские модели скважинных сепараторов механических примесей, на которых были проведены компьютерные эксперименты (рис. 11). На основании полученных результатов компьютерного эксперимента были разработаны и изготовлены несколько экспериментальных образцов сепараторов серии СПНЦ [19] (рис. 12). Опытно-натурные образцы сепараторов СПНЦ прошли полномасштабные стендовые испытания на модельных жидкостях с различной вязкостью и газосодержанием (рис. 13). Анализ стендовых испытаний показал эффективность данной конструкции на уровне лучших зарубежных образцов (рис. 14). На сегодняшний день успешно прошли опытно-промысловые испытания сеапараторы СПНЦ на Са-мотлорском месторождении, а также на месторождениях Томской области [20]. Минимальная задача, стоящая перед российскими производителями сепараторов, - поднять качество своей
продукции до обозначенного уровня. Максимальная - наладить выпуск оборудования, по эффективности не уступающего импортному. С учетом появления на рынке производителей из КНР времени у российских заводов на решение этих задач не так уж много.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
На сегодняшний день наибольшее распространение сепараторы песка получили для защиты скважин с ШГН. Для защиты скважин с ЭЦН они используются значительно реже. Простота и дешевизна технологии позволяет по-иному взглянуть на возможности расширения ее использования. Несмотря на появление современных технологий борьбы с выносом песка из призабойной зоны и освоения выпуска оборудования с высокой абразивной стойкостью, применение сепараторов песка по-прежнему является актуальным.
Литература:
1. Пирвердян А.М. Защита скважинного насоса от песка и газа. - М.: Недра, 198б. - С. 78-79.
2. Udoh Richard. Sand & fines in multiphase oil and gas production // Norwegian University of Science and Technology, Department of Petroleum Engineering and Applied Geophysics. - 2G13.
3. Борлинг Д.С., Свидерский С.В., Горланов С.Ф. Наилучшие практики и инновации для увеличения наработки УЭЦН на примере зрелых месторождений компании ТНК-ВР. SPE 13б407.
4. Якимов С.Б., Подкорытов С.М. Первый этап испытаний штанговых насосов повышенной износоустойчивости производства ОАО «Ижнефтемаш» // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. - М.: ВНИИОЭНГ, 2G13. - № 3. - С. 4-12.
5. Якимов С.Б., Косарев И.А. Изучение эффективности применения проволочных фильтров для защиты ЭЦН при большом выносе проппанта // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. - М.: ВНИИОЭНГ, 2G13. - № б. - С. 29-32.
6. Дроздов А.Н., Кудряшов С.И., Агеев Ш.Р., Иванов А.А., Черемисинов E^., Левин Ю.А., Маркелов Д.В., Дружинин Ю.А., Вербицкий В.С., Деньгаев А.В., Ламбин Д.Н., Кочергин А.М. Погружная установка для добычи нефти. Патент РФ № 2278959.
7. Якимов С.Б., Афанасьев А.В., Манин П.А. Применение диссентеров для защиты ЭЦН на пластах Покурской свиты // Новатор: журнал о технологиях ТНК-ВР. - 2GG9. - Вып. 27. - С. 27-31.
8. Martins J.A., Rosa E.S. Experimental analysis of swirl tubes as downhole desander device. SPE 94б73.
9. Маркелов Д.В. Центробежная сепарация газа и твердых частиц в приемных устройствах погружных насосных установок для добычи нефти: автореферат дисс. на соискание ученой степени кандидата технических наук. - М., 2GG7.
1G. Патент RU №124497 «Стенд для проведения испытаний скважинных газопесочных сепараторов». Авт. изобрет. Ивановский В.Н., Сабиров А.А., Булат А.В., Димаев Т.Н., Якимов С.Б., Деговцов А.В., Пекин С.С. - кл. E 21 В 43/38, заявл. G8.G8.2G12, опубл. 27.G1.2G13 - Б.И. № 3.
11. Сабиров А.А., Булат А.В., Свидерский С.В., Якимов С.Б. Уточнение методики стендовых испытаний скважинных сепараторов механических примесей.
12. Булат А.В., Ивановский В.Н., Сабиров А.А., Свидерский С.В., Якимов С.Б. Влияние вязкости добываемого флюида на рабочую характеристику скважинных сепараторов механических примесей // Оборудование и технологии в нефтегазовом комплексе. - М.: ВНИИОЭНГ, 2G12. - № 5. - С. 22-3G.
13. Булат А.В., Ивановский В.Н., Сабиров А.А., Свидерский С.В., Якимов С.Б. Влияние наличия свободного газа на рабочую характеристику скважинных сепараторов механических примесей // Оборудование и технологии в нефтегазовом комплексе. - М.: ВНИИОЭНГ, 2G12. - № 5. - С. 31-3б.
14. Антипина Н.А., Каплан А.Л., Пещеренко С.Н. Погружные сепараторы механических примесей // Бурение и нефть. - 2G11. - № 12.
15. Coffee S. (Enerscope Systems Inc.), Briffett M. (Husky Energy Inc.). Downhole desander prevents ESP damage in high-watercut well // Oil&gas. - G5.11.2GG1.
16. Якимов С.Б. Индекс агрессивности на месторождениях ТНК-ВР в Западной Сибири. // Нефтепромысловое дело: научн.-техн. журн. - М: ВНИИОЭНГ, 2GG8. - № 9. - С. 33-38.
17. Якимов С.Б. О выборе технологий защиты подземного оборудования от песка с учетом динамики его выноса при запуске скважин на Самотлорском нефтяном месторождении // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. - М.: ВНИИОЭНГ, 2G13. - № б. - С. 81-89.
18. Якимов С.Б. Особенности эксплуатации погружных насосов после проведения работ по ограничению выноса песка из призабойной зоны // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. - М.: ВНИИОЭНГ, 2G14. - № 1.
19. Патент RU № 1243G8 «Скважинный газопесочный якорь». Авт. изобрет. Ивановский В.Н., Сабиров А.А., Булат А.В., Димаев Т.Н., Якимов С.Б., Деговцов А.В., Пекин С.С. - кл. E 21 В 43/38, заявл. 21.G8.2G12, опубл. 2G.G1.2G13. - Б.И. № 2.
2G. Булат А.В., Ивановский В.Н., Сабиров А.А., Якимов С.Б., Тетюев П.Б. Предварительные результаты опытно-промысловых испытаний сепаратора механических примесей // Территория «НEФТEГАЗ». - 2G12. - № 11. - С. 12-1б.
НАСОСЫ
UDC 622.276.53.054.23:621.67-83
S.B. Yakimov, Chief Specialist of the Department for artificial lift and wellwork, Rosneft OJSC
Sand separation plant to protect downhole pumps. Current situation and prospects for the technology application
The general worldwide trend is significant intensification of oil production volumes due to application of technologies such as hydraulic fracturing, acid treatment and wells operation on forced operation conditions with low bottom hole pressure. The volume of extracted sand increases proportionally to the increase in the oil volume produced by using the oil intensification methods. Despite significant progress in the area of technologies development to prevent sand recovery and creation of new types of the equipment with high abrasion resistance, simple devices set for pump suction are still being used. Inertial type separators have been used in the oil industry for a long time, but there are still many questions about appropriateness and efficiency of their use to protect underground equipment in order to enhance its operational life and reduce operating costs for liquid production. The article describes and analyzes the research conducted to determine testbed efficiency of sand separation plants, as well as provides information about successful and unsuccessful use of this auxiliary equipment. It describes in detail the most efficient areas of sand separation plants use to protect underground equipment, specifies areas for further improvement of this technology. Keywords: desander, sand separation plant, protection of electrically driven centrifugal pump (EDCP) and sucker-rod pumping unit (SRPU) from sand, sand separation efficiency, life extension of EDCP and SRPU, reduction of the number of failures of EDCP and SRPU.
References:
1. Pirverdyan A.M. Zatshita skvazhinnogo nasosa ot peska i gaza (Protection of the bottom-hole pump from sand and gas). - Moscow: Nedra, 1986&
- P. 78-79.
2. Udoh Richard. Sand & fines in multiphase oil and gas production // Norwegian University of Science and Technology, Department of Petroleum Engineering and Applied Geophysics. - 2013.
3. Borling D.S., Sviderskiy S.V., Gorlanov S.F. Nailuchshie praktiki i innovatsii dlya uvelicheniya narabotki UENTz na primere zrelykh mestorozhdenyi kompanii TNK-BP (Best practices and innovations to extend SRPU life in terms of mature fields of TNK-BP). SPE 136407.
4. Yakimov S.B., Podkorytov S.M. Pervyi etap ispytanyi shtangovykh nasosov povyshennoi iznosoustoichivosti proizvodstva OAO «Izhneftemash» (The first stage of tests of high-resistant rod pumps manufactured by Izhneftemash JSC) // Equipment and technologies for the oil and gas industry. - Moscow: VNIIOENG, 2013. - No. 3. - P. 4-12.
5. Yakimov S.B., Kosarev I.A. Izuchenie effektivnosti primeneniya provolochnykh fil'trov dlya zatshity ETsN pri bol'shom vynose proppanta (Study of efficiency to use wire-wrapped filters for EDCP protection in case of large proppant backflow) // Equipment and technologies for the oil and gas industry. - Moscow: VNIIOENG, 2013. - No. 6. - P. 29-32.
6. Drozdov A.N., Kudryashov S.I., Ageev Sh.R., Ivanov A.A., Cheremisinov Ye.M., Levin Yu.A., Markelov D.V., Druzhinin Yu.A., Verbitskiy V.S., Dengaev A.V., Lambin D.N., Kochergin A.M. Pogruzhnaya ustanovka dlya dobychi nefti (Downhole unit for oil production). RF patent No. 2278959.
7. Yakimov S.B., Afanasyev A.V., Manin P.A. Primenenie dissenterov dlya zatshity ETsN na plastakh Pokurskoi svity (Use of dissenters to protect EDCP on Pokurskoe suite layers) // Novator: journal on technologies of TNK-BP. - 2009. - Issue 27. - P. 27-31.
8. Martins J.A., Rosa E.S. Experimental analysis of swirl tubes as downhole desander device. SPE 94673.
9. Markelov D.V. Tsentrobezhnaya separatsiya gaza i tverdykh chastits v priemnykh ustroistvakh pogruzhnykh nasosnykh ustanovok dlya dobychi nefti (Centrifugal separation of gas and solid particles in the receiving facilities of downhole pump units for oil production): author's abstract of the Ph.D. thesis in Engineering Science. - Moscow, 2007.
10. RU patent No. 124497 «Stend dlya provedeniya ispytanyi skvazhinnykh gazopesochnykh separatorov» («Stand for testing of bottom-hole gas and sand separators»). Author's invention. V.N. Ivanovskiy, A.A. Sabirov, A.V. Bulat, T.N. Dimaev, S.B. Yakimov, A.V. Degovtsov, S.S. Pekin. - cl. E 21 B 43/38, statement dated 08.08.2012, published on 27.01.2013 - B.I. No. 3.
11. Sabirov A.A., Bulat A.V., Sviderskiy S.V., Yakimov S.B. Utochnenie metodiki stendovykh ispytanyi skvazhinnykh separatorov mekhanicheskikh primesei (Specification of bed test methods of bottom-hole mechanical impurities separators).
12. Bulat A.V., Ivanovskiy V.N., Sabirov A.A., Sviderskiy S.V., Yakimov S.B. Vliyanie vyazkosti dobyvaemogo flyuida na rabochuyu kharakteristiku skvazhinnykh separatorov mekhanicheskikh primesei (Impact of produced fluid viscosity on operation factor of bottom-hole mechanical impurities separators) // Equipment and technologies in the oil and gas industry. - Moscow: VNIIOENG, 2012. - No. 5. - P. 22-30.
13. Bulat A.V., Ivanovskiy V.N., Sabirov A.A., Sviderskiy S.V., Yakimov S.B. Vliyanie nalichiya svobodnogo gaza na rabochuyu kharakteristiku skvazhinnykh separatorov mekhanicheskikh primesei (Impact of free gas availability on operation factor of bottom-hole mechanical impurities separators) // Equipment and technologies in the oil and gas industry. - Moscow: VNIIOENG, 2012. - No. 5. - P. 31-36.
14. Antipina N.A., Kaplan A.L., Peshcherenko S.N. Pogruzhnye separatory mekhanicheskikh primesei (Downhole mechanical impurities separators) // Drilling and oil. - 2011. - No. 12.
15. Coffee S. (Enerscope Systems Inc.), Briffett M. (Husky Energy Inc.). Downhole desander prevents ESP damage in high-watercut well // Oil&gas.
- 05.11.2001.
16. Yakimov S.B. Indeks agressivnosti na mestorozhdeniyakh TNK-BP v Zapadnoi Sibiri (Aggressivity index at TNK-BP fields in Western Siberia) // Oil field business: scientific and technical journal - M.: VNIIOENG, 2008. - No. 9. - P. 33-38.
17. Yakimov S.B. O vybore tekhnologyi zatshity podzemnogo oborudovaniya ot peska s uchetom dinamiki ego vynosa pri zapuske skvazhin na Samotlorskom neftyanom mestorozhdenii (On selection of technologies to protect underground equipment from sand considering dynamics of its recovery when starting up wells at Samotlorskoye oil field) // Equipment and technologies for the oil and gas industry. - Moscow: VNIIOENG, 2013. - No. 6. - P. 81-89.
18. Yakimov S.B. Osobennosti ekspluatatsii pogruzhnykh nasosov posle provedeniya rabot po ogranicheniyu vynosa peska iz prizaboinoi zony (Specifics of downhole pumps operation after works performance to limit sand recovery from the bottom-hole area) // Equipment and technologies for the oil and gas industry. - Moscow: VNIIOENG, 2014. - No. 1.
19. RU patent No. 124308 «Skvazhinnyi gazopesochnyi yakor'» («Bottom-hole gas-sand anchor»). Author's invention. V.N. Ivanovskiy, A.A. Sabirov, A.V. Bulat, T.N. Dimaev, S.B. Yakimov, A.V. Degovtsov, S.S. Pekin. - cl. E 21 B 43/38, statement dated 21.08.2012, published on 20.01.2013. - B.I. No. 2.
20. Bulat A.V., Ivanovskiy V.N., Sabirov A.A., Yakimov S.B., Tetyuev P.B. Predvaritel'nye rezul'taty opytno-promyslovykh ispytanyi separatora mekhanicheskikh primesei (Preliminary results of pilot tests of mechanical impurities separator) // NEFTEGAS Territory. - 2012. - No. 11. - P. 12-16.
58
№ 2 февраль 2014 ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ
