На правах рукописи

УХАЛОВ КОНСТАНТИН АЛЕКСАНДРОВИЧ ИССЛЕДОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ ГЛУБИННО-НАСОСНОГО ОБОРУДОВАНИЯ В НАКЛОННО-НАПРАВЛЕННЫХ СКВАЖИНАХ (на примере Кальчинского месторождения) Специальность 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (нефтегазовая отрасль)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тюмень - 2005 2

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Тюменский государственный нефтегазовый университет.

Научный консультант: доктор технических наук, профессор, Заслуженный работник Высшей школы Российской Федерации Кучумов Рашит Ямгитдинович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Спасибов Виктор Максимович кандидат технических наук, Пальянов Петр Александрович

Ведущая организация: ОАО Сибирский научноисследовательский институт нефтяной промышленности

Защита состоится 20 января 2006 года в 1530 часов на заседании диссертационного совета Д 212.273.08 при ТюмГНГУ по адресу: 625000, г.

Тюмень, ул. Мельникайте, 72.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ТюмГНГУ по адресу:

625000, г. Тюмень, ул. Мельникайте, 72.

Автореферат разослан 16 декабря 2005 года.

Ученый секретарь диссертационного совета Пономарева Т.Г.

3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы Современное состояние нефтедобычи в Западной Сибири требует решения задач, связанных с оптимизацией работы механизированного фонда и повышения надежности скважинного оборудования. Характерной особенностью разработки нефтяных месторождений Западной Сибири является разбуривание их исключительно кустовыми наклонно направленными скважинами (ННС). Наклонно направленный характер профиля в сочетании с рядом факторов осложняет эксплуатацию скважин, резко снижает коэффициент их использования и, в конечном счете, заметно повышает себестоимость извлекаемой нефти. К другим осложняющим факторам эксплуатации относятся сравнительно большая глубина залегания пластов, высокое содержание воды и газа, отложения парафина и неорганических солей, образование высоковязких эмульсий.

При эксплуатации глубинно-насосных установок в осложненных условиях актуальной задачей является повышение надежности их работы.

Максимальное увеличение показателей эксплуатационной надежности глубинно-насосных установок достигается не только совершенствованием традиционных технических средств механизированной добычи (электроцентробежных и скважинных штанговых насосов), но и внедрением новых прогрессивных способов анализа и обработки промысловой информации.

Современные информационные технологии и вычислительная техника позволяют с большей достоверностью решать задачи повышения надежности работы глубинно-насосного оборудования на основе применения методов математического моделирования, теории вероятности и теории надежности.

Цель работы - исследование основных показателей надежности глубинно-насосных установок и моделирование эффективности системы технического обслуживания скважин в условиях Кальчинского месторождения.

Основные задачи

исследований:

Х анализ влияния геолого-промысловых и технологических параметров скважин на интенсивность отказов глубинно-насосных установок;

Х численное моделирование технико-экономических показателей применения системы технического обслуживания и ремонта скважин для различных типов глубинно-насосных установок;

Х разработка метода подбора скважинного оборудования на основе раннего диагностирования показателей работы глубинно-насосных установок;

Х определение пороговых значения геолого-промысловых и технологических параметров скважин, обеспечивающих эффективную работу глубинно-насосных установок;

Х разработка методики оценки остаточного ресурса глубинно-насосных установок на основе методов распознания образцов.

Методы решения задач При решении поставленных задач были использованы методы математической статистики, теории вероятности и теории надежности. Решение задач осуществлялось на основе обработки фактических промысловых данных по работе скважин Кальчинского месторождения.

Научная новизна 1. На основе обработки промысловой информации впервые установлены закономерности влияния геолого-промысловых и технологических параметров скважин на интенсивность отказов глубинно-насосных установок.

2. Разработан новый метод подбора типа и режима работы глубиннонасосных установок на основе расчета диагностических коэффициентов.

3. Впервые, для условий Кальчинского месторождения, произведено моделирование системы технического обслуживания глубинно-насосных установок и установлены оптимальные параметры проведения ремонтных работ.

4. Предложена методика оценки остаточного ресурса глубинно-насосных установок с применением метода потенциальных функций.

Практическая ценность работы 1. На базе расчета диагностических коэффициентов предложены диаграммы для выбора типа и режима работы глубинно-насосных установок.

2. Разработано методическое руководство по повышению эксплуатационной надежности глубинно-насосных установок и выбору их режимов работы в условиях Кальчинского месторождения.

3. Разработан программный комплекс по моделированию техникоэкономических показателей эффективности применения системы технического обслуживания и ремонта скважин.

4. Разработан программный продукт, позволяющий определять остаточный ресурс глубинно-насосных установок с помощью метода потенциальных функций.

Реализация результатов работы На основе полученных результатов исследования разработано и внедрено методическое руководство по выбору режимов работы глубинно-насосных установок и повышению их надежности. Годовой экономический эффект от внедрения методического руководства на Кальчинском нефтяном месторождения составил 3,54 млн. руб.

Апробация работы Основные результаты диссертационной работы докладывались на третьей Всероссийской научно-технической конференции, посвященной 40-летию Тюменского государственного нефтегазового университета, Моделирование технологических процессов бурения, добычи и транспортировки нефти и газа на основе современных информационных технологий, Тюмень, 2002г.; на научно-технической конференции, посвященной 90-летию со дня рождения В.И. Муравленко, Нефть и газ: проблемы недропользования, добычи и транспортировки, Тюмень, 2002г; на международной научно-практической конференции ученых, аспирантов и представителей предприятий Ашировские чтения, Самара, 2002г; на научно-практической конференции Геологопромысловые исследования скважин и пластов, Тюмень, 2003г; на областной научно-практической конференции Электроэнергетика и применение передовых современных технологий в нефтегазовой промышленности, Тюмень, 2003г; на первой научно-практической конференции молодых ученых и специалистов Проблемы геологии и разработки нефтяных месторождений, Тюмень, 2003г; на международной научно-технической конференции Новые информационные технологии в нефтегазовой промышленности и энергетике, Тюмень, 2003г.

Публикации По теме диссертационной работы опубликовано 19 печатных работ и одно методическое руководство.

Структура и объем работы Диссертационная работа состоит из введения, 4 разделов, основных выводов и рекомендаций, списка использованных источников, включающего 111 наименований и приложения. Работа изложена на 192 страницах печатного текста, содержит 18 таблиц и 76 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы диссертационной работы, сформулированы цели, основные задачи исследования, научная новизна, практическая ценность и реализация результатов работы.

В первом разделе проведен анализ работ в области надежности скважинного оборудования и рассмотрены основные направления ее повышения.

Основа теории глубинно-насосного способа добычи нефти была разработана в 40-50 годы прошлого столетия. Глубинно-насосная эксплуатация скважин относятся к сложным, с точки зрения оптимизации, процессам.

Данный факт обусловлен наличием большого количества взаимосвязанных параметров, изучение и контроль, которых сложно осуществить.

Необходимость одновременного регулирования довольно большого количества параметров затрудняет комплексное решение проблемы работы фонда скважин.

В процессе эксплуатации скважин одной из основных задач является обеспечение их надежной работы. С этой целью в первом разделе рассмотрены основные понятия и характеристики надежности глубинно-насосного оборудования. Проведен анализ существующих методов исследования, показателей эксплуатационной надежности скважинного оборудования.

В настоящее время разработано много современных способов обеспечения работоспособности глубинно-насосных установок. Основными их задачами является эффективная эксплуатация скважин, при которой достигается, с одной стороны - ожидаемый дебит, а с другой - достаточная надежность в работе глубинно-насосного оборудования. Существует много методик подбора глубинно-насосного оборудования, нашедших применение в нефтедобывающей промышленности: А.Н. Адонина, А.С. Вирновского, А. М.

Пирвердяна, И.А.Чарного, П. Д. Ляпкова, И. М. Муравьева, И. Т. Мищенко, Р. Я.

Кучумова, А. А. Богданова, К.Р. Уразакова, В.И. Дарищева, В.Н. Ивановского, Ш.К. Гиматудинова и ряд других. Однако, каждая из них не учитывает надежность работы подземного оборудования. Следовательно, методику по подбору глубинно-насосного оборудования необходимо адаптировать к условиям конкретного месторождения на основе оценки надежности оборудования при существующем режиме работы скважин.

Развитие информационных технологий позволяет с большей точностью решать поставленные задачи на основе применения методов математического моделирования, теории вероятности и теории надежности.

Другим фактором, определяющим эффективную эксплуатации скважин, является система ее обслуживания и ремонта. Одним из перспективных направлений, позволяющим повысить эксплуатационную надежность работы нефтепромысловых систем, является организация планово-предупредительных ремонтов (ППР) скважин и их подземного оборудования. Задачей обслуживания является увеличение сроков эксплуатации оборудования и уменьшение его организационных простоев.

Оценка показателей технического обслуживания и ремонта (ТОР) скважин была выполнена для условий ОАО Юганскнефтегаз, ОАО Сибнефть-Ноябрьскнефтегаз, АНК Башнефть, ТПП Урайнефтегаз и ОАО Роснефть-Пурнефтегаз. В результате выявлено, что на различных месторождениях отказы скважин, оборудованных штанговыми скважинными насосными (ШСН) и электроцентробежными насосными (ЭЦН) установками, подчиняются распределению Вейбулла. Однако, неодинаковые геологические условия, режимы эксплуатации насосов, физико-химические свойства продукции и характеристики конструкции скважин приводят к построению законов распределения отказов глубинно-насосных установок с различными параметрами распределения. Таким образом, для каждого конкретного месторождения необходимо определять показатели технического обслуживания и ремонта глубинно-насосных установок, позволяющие эффективно осуществлять ремонтные работы на скважинах.

Во втором разделе проведен анализ причин отказов скважинного оборудования и исследование влияния геолого-промысловых и технологических параметров скважин на интенсивность отказов глубиннонасосных установок.

На основании анализа причин отказов установок ШСН и ЭЦН, возникших в течение восьми лет, определены основные причины выхода их из строя. В результате выявлено, что основной причиной отказов УШСН является обрыв штанг (42,6%), а для УЭЦН - отказы погружного кабеля (51,1 %).

В данном разделе рассмотрено влияние продуктивности, обводненности продукции, показателей искривления скважины и режима работы насоса на интенсивность отказов установок ШСН и ЭЦН. В зависимости от используемого типа глубинно-насосного оборудования скважины были разбиты на шесть групп. Для решения данного вопроса применялись статистические методы исследования, основанные на проверке групп скважин на однородность и определении теоретического закона распределения отказов глубиннонасосных установок. Проверка групп скважин на однородность по наработке на отказ выполнена с использованием критерия хи-квадрат:

I 1 (n ' N - n ''N ) i 2 i, (1) = i=N N n ' + n '' 1 2 i i где I Ч число интервалов статистического ряда;

ni' Ч частота в i-м интервале для первого распределения;

N1 Ч общее число значений случайной величины для первого распределения;

ni'' Ч частота в i-м интервале для второго распределения;

N2 Ч общее число значений случайной величины для второго распределения;

Оценка близости статистического и теоретического распределений произведена по критерию К. Пирсона (2) и А. Н. Колмогорова.

Критерий 2 определяется по формуле k (n - nP ) i i =, (2) n =nP i где К Ч число интервалов статистического ряда;

ni Ч частота в i-м интервале;

n Ч общее число значений случайной величины;

Рi Ч теоретическая вероятность попадания случайной величины в i-й интервал.

При использовании критерия А.Н. Колмогорова строят статистическую функцию распределения F*() и теоретическую функцию распределения F() для распределения Вейбулла. Затем оценивают максимальную величину расхождения между функциями F*() и F(), т.е.

Dmax= F*() - F(). (3) По результатам обработки промысловых данных по наработке на отказ установок ШСН и ЭЦН построены законы распределения интенсивности отказов. Определено, что интенсивность отказов глубинно-насосного оборудования в зависимости от геолого-промысловых и технологических параметров работы скважин на Кальчинском месторождении описываются нормальным законом распределения или распределением Вейбулла (таблица 1).

Таблица 1- Законы распределения интенсивности отказов глубинно-насосных установок в зависимости от геолого-промысловых и технологических параметров скважин Тип насоса Наименование показателя НВ1Б-32 НВ1Б-44 НН2Б-44 ЭЦН-50 ЭЦН-60 ЭЦН-1,1 0,6 0,7 0,7 0,0,1.Коэффициент продуктивности, ( ) = 0,9545 ( ) = 0,3859 ( ) = 0,4716 ( ) = 0,3070 ( ) = 0,2483 ( ) = 0,м3/сутМПа.