Підвищення ефективності експлуатації штангових глибинно-насосних установок у ветрикальних і викривлених свердловинах

Abstract

Дисертаційна робота присвячена вивчення умов руху і навантаженості колони штанг у вертикальних і викривлених свердловинах і на цій основі підвищенню ефективності експлуатації штанг та погружних насосів. В роботі проведено дослідження руху плунжера погружного насосу з врахуванням деформацій колони штанг і різних законів руху точки підвісу штанг. Одержані рівняння для визначення втрати ходу плунжера у викривлених свердловинах з врахуванням згинальної жорсткості і без її врахування. З умови рівномірного навантаження одержані умови розташування центраторів на викривлених ділянках свердловин. Визначено вплив кута нахилу свердловини на завантаженість штанг в нижній частині колони при русі вниз. Одержані рівняння для визначення згинаючого моменту і напружень в защемленні штанги і плунжера. Вивчено можливість використання двох плунжерних насосів розташованих на різних рівнях для зменшення навантаженості на колону штанг. Здійснено промислове випробовування такої конструкції. Проведені експериментальні дослідження на лабораторній установці впливу кута викривлення свердловин на навантаженість штанг. Розроблена „Інструкція по розрахунку і вибору колони штанг” (керівний документ) прийнята до впровадження в НГВУ „Надвірнанафтогаз”, ГПУ „Полтавгазвидобування”, НГВУ „Чернігівнафтогаз”.

Диссертационная работа посвящена изучения условий движения и нагруженности колонны штанг в вертикальных и искривленных скважинах и на этой основе повышению эффективности эксплуатации штанг и погружных насосов. В работе проведены исследования движения плунжера погружного насоса с учетом деформаций колонны штанг и разных законов движения точки подвеса штанг. В результате колебаний колонны штанг появляется разбежность в перемещениях точки подвеса штанг и плунжера погружного насоса. Это явление отмечается в вертикальных скважинах. Перемещение плунжера может превышать перемещение точки подвеса штанг в результате чего появляются удары между плунжером и упорными втулками. Получены уравнения для определения продольных сил, которые необходимо приложить к колонне штанг при протягивании через искривленный участок скважины с учетом изгибной жесткости штанг и без ее учета. Определены условия движения колонны штанг вниз в искривленной скважине с учетом сил сопротивления изгибу. Установлено, что при значениях радиуса кривизны р<50м начинается интенсивное увеличение необходимой проталкивающей силы, обеспечивающей движенние колонны штанг вниз. Определены максимальные. усилия в точке подвеса колонны штанг при различных углах искривления скважины и при разных положениях по высоте искривленных участков. Установлено, что максимальное усилие возрастает при увеличении угла искривления скважины а, также, чем ниже расположен участок искривления. В искривленных скважинах, где действуют значительные силы трения, имеет место потеря хода плунжера, определяемая как разница между деформациями штанг при движении вверх и вниз. В работе показано, что при искривлении скважины на 30° потеря хода плунжера возрастает на 50% в сравнении с вертикальными, а при угле наклона в 45° потеря хода возрастает вдвое. Для уменьшения износа штанг и НКТ необходимо уменьшить силу контакта между ними. Одним из методов решения этой проблемы есть использование центраторов. Из условия равномерного распределения нагрузки получены условия расположения центраторов на искривленных участках скважин. В процессе движения колонны штанг вниз нижняя часть подвергается продольному изгибу в результате чего появляются напряжения изгиба в месте соединения штанг и плунжера. Определено влияние искривления скважин и диаметра плунжера погружного насоса на эти напряжения. Установлено, что при увеличении искривления скважин возрастает влияние поперечных сил определяемых весом штанг. Получены уравнения для определения изгибающего момента и напряжений в соединении штанг и плунжера. С целью уменьшения нагрузки на штанги рассмотрена конструкция колонны штанг с двумя погружными насосами расположенными на разных уровнях. Установлено, что такая схема позволяет разгрузить нижнюю часть колонны штанг. Рассмотрены динамические процессы в этой конструкции. Показано, что здесь может иметь место, как резонанс, так и антирезонанс. Осуществлено промышленное испытание такой конструкции. На лабораторной установке проведены экспериментальные исследования влияния угла искривления скважины на значение продольных усилий в штангах. Сравнение экспериментальных и теоретических результатов показали совпадение значений в пределах до 5%. Разработанная „Инструкция по расчету и выбору колонны штанг” (руководящий документ) принятая к внедрению в НГВУ „Надвірнанафтогаз”, ГПУ „Полтавгазвидобування”, НГВУ „Чернігвнафтогаз”.

Dissertation work is devoted studies of terms of motion and work-load of barbells column in vertical and distorted drillholes and increase of efficiency of exploitation of barbells and down-pumps on this basis Research of motion of plunger of down-pump are in-process conducted taking into account deformations of column of barbells and different laws of motion of point of attachment of barbells. Equalizations are got for determination of longitudinal forces which must be attached to the column of barbells at reaching through the distorted area of mining hole taking into account flexural inflexibility of barbells and without taking them into account. The terms of motion of barbells column are certain downward in the distorted mining hole taking into account forces of resistance to the bend. It was determined that the intensive increase of necessary pushing slightly force providing motion of barbells column downward begins at the values of radius of curvature p < 50m . Influence of curvature of mining holes and diameter of plunger of down-pump is certain on these tensions. Influence of transversal forces of the barbells determined by weight increases at the increase of curvature of mining holes. Equalizations are got for determination of flexion moment and tensions in connection of barbells and plunger. With the purpose of diminishing of loading on barbells construction of barbells column is considered with two down-pumps located at different levels. On the laboratory setting experimental researches of influencing of comer of curvature of mining hole are conducted on the value of longitudinal efforts in barbells. Comparison of experimental and theoretical results retained the coincidence of values scope to 5%.