1 ЦЕПНЫЕ ПРИВОДЫ СКВАЖИННЫХ ШТАНГОВЫХ НАСОСОВ 2 Условия деятельности ОАО «Татнефть» на современном этапе • Усложнение условий добычи из-за перехода крупных месторождений в позднюю стадию разработки • Ввод в разработку трудноизвлекаемых запасов углеводородов, в том числе высоковязких нефтей • Рост цен на металл и электроэнергию • Увеличение налоговой нагрузки 3 Действующий фонд скважин ОАО «Татнефть» на 01.01.2010г. УСШН 16560 83,5% УЭЦН 3232 16,3% Фонтан 30 0,2% Увеличение срока службы насоса 4 Увеличение расчетного срока службы насоса с ростом длины хода ТПШ привода 28,0% 30% 23,0% 25% 20% 15% 7,4% 10% 5% 0,0% 0% 2,1 3 6 Длина хода, м 7,3 2,5 2,5 Снижение вероятной частоты обрыва штанг, раз 5 Снижение вероятной частоты обрыва штанг с увеличением длины хода ТПШ привода 1,9 2,0 1,5 1,0 0,5 0,4 0,0 0,0 2,1 3 6 Длина хода, м 7,3 Влияние длины хода ТПШ на коэффициент подачи насоса при потере хода плунжера 20 см 6 9,5% Доля потери хода плунжера 10% 8% 6,7% 6% 3,3% 4% 2,7% 2% 0% 2,1 3 6 Длина хода, м 7,3 Уменьшение влияния потери хода, раз 7 Уменьшение влияния растяжения штанг на подачу насоса с ростом длины хода ТПШ привода 4 3,5 2,9 3 2 1,4 1 0,0 0 2,1 3 6 Длина хода, м 7,3 8 Потери напора при движении вязкой жидкости в трубах 64 m L u h 2 r d 2g h — потери напора m — динамическая вязкость жидкости L — длина трубы u — скорость движения жидкости r — плотность жидкости d — диаметр трубы g — ускорение свободного падения 9 Кинематические схемы приводов с РПМ Привод фирмы Bender Привод Риделя 10 Горизонтальный привод ТатНИПИнефть Т=5т S = 1,5 - 3 м n = 2 — 8 мин-1 Q = 3,7 т 11 Особенности РПМ с гибкими звеньями • скорость штанг на большей части хода постоянна и в 1,6…1,7 раза меньше максимальной скорости у КШМ • меньшая по сравнению с КШМ зависимость массы и габаритов от длины хода • наличие редуцирующих свойств • возможность малозатратного и эффективного обеспечения режимов работы с низкой частотой качаний • Возможность уравновешивания, близкого к идеальному Области эффективного применения приводов с РПМ 12 1. Эксплуатация малодебитных скважин и скважин с высоковязкой продукцией: – Уменьшение сил вязкого трения в 1,6 …1,7 раза – Эксплуатация в непрерывном режиме – Снижение нагрузок на штанги, амплитуды и частоты циклов – Повышение коэффициента наполнения насоса – Сокращение энергозатрат на подъем продукции. – Снижение затрат на монтаж и обслуживание 13 2. Области эффективного применения ЦП Эксплуатация высокодебитных скважин : – Кратное сокращение энергозатрат на подъем продукции по сравнению с УЭЦН – Возможность регулирования режима в широких пределах без потери КПД и без ПРС – Повышение эффективности эксплуатации скважин с высоковязкой продукцией – Повышение эффективности эксплуатации скважин при МСП в системе ППД 14 Привод ЦП10-20-1,2-2/4, монтируемый на облегченном фундаменте Т=1т S = 1,2 м n = 2 — 4 мин-1 Q=1т 15 Привод ЦП10-20-1,2-2/4, монтируемый на облегченном фундаменте 16 Привод ЦП10-20-1,2-2/4, монтируемый на устьевой арматуре 1 — преобразующий механизм 2 — редуктор 3 — узел крепления привода 4 — электродвигатель 5 — подвеска штока 6 — узел контроля натяжения канатов подвески Т=1т S = 1,2 м n = 2 — 4 мин-1 Q = 0,7 т 17 Привод ЦП-5 1 — электродвигатель 2 — клиноременная передача 3 — редуктор 4 — цепная передача 5 — преобразующий редуцирующий механизм 6 — уравновешивающие грузы 7 — канаты 8 — подвеска штока 9 — рама 10 — фундамент Т=5т S=2м n = 0,6 — 3 мин-1 Q = 5,5 т 18 Составляющие максимальной нагрузки в точке подвеса штанг УСШН с приводом ЦП-5 Скв. 2003Д Ашальчинского месторождения Эффективная вязкость продукции 1164 сП Привод ЦК-5: S=2м n = 1 мин-1 88,3% Насос НН-44 Н = 1056 м 100% 80% 60% 40% 7,3% 2,4% 20% 0% 2,0% Вес штанг и жидкости Трение штанг о трубы Вибрационная Гидродинамическая Кинематическая схема РПМ приводов Rotaflex и ПЦ 19 Относительные скорости ТПШ за цикл при равной скорости откачки Относительная скорость ТПШ, доли ед. 1 0,5 Время цикла, доли ед. 0 -0,5 -1 0 0,2 0,4 Станок-качалка 0,6 Цепной привод 0,8 1 20 Силуэты приводов в одинаковом масштабе 21 Цепные приводы ОАО «Татнефть» ПЦ 60–3–0,5/2,5 (патент №2200876) ПЦ 60-6-0,25/1,25 (патент №2200876) ПЦ 80-6-1/4 (патент № 2200876) 22 Цепные приводы ОАО «Татнефть» ПЦ 80-6-1/4 (патент №2283969) ПЦ 80-6-1/4 ПЦ 120-7,3-1/4 (патент №2283969) 23 Привод ПЦ60-3-0,5/2,5 закрытого исполнения 24 Модификация ПЦ 60-3-0,5/2,5 для применения при ОРЭ 25 Приводы ЦП60-2,1-0,5/2,5, ЦП40-2,1-0,5/2,5: технические характеристики Показатели ЦП 60-2,1-0,5/2,5 ЦП 40-2,1-0, 5/2,5 ПНШ-60-2,1- 25-01 Рмax, кН 60 40 60 S0, м 2,1 2,1 2,1 0,5 — 2,5 0,5 — 2,5 1,3 — 3,6 5 5 25 iред Nэ/д, кВт 100 5 100 3 125 7,5 Qполн, т 6,0 5,8 8,5 n, мин-1 Mкр, кН· м 26 Привод ПЦ60-3-0,5/2,5: технические характеристики Параметры Рмax, кН S0, м n, мин-1 Mкр, кН· м Nэ/д, кВт Qполн, т ЦП 60-3-0,5/2,5 ПНШТ60-3-31,5-125 60 3,0 0,5 — 2,5 60 3,0 1,3 — 3,6 5 3,0; 5,5 7,8 31,5 5,5 … 11 8,6 27 Приводы ПЦ80-6-1/4 и ПЦ120-7,3-1/4: технические характеристики Характеристики Грузоподъемность, т Длина хода ТПШ, м ПЦ80-6-1/4 ПЦ120-7,3-1/4 8 12 6,0 7,3 Частота качаний ТПШ, мин-1 1…4 Крутящий момент редуктора, кН· м 16 28 Мощность электродвигателя, кВт 22 55 - высота 10,2 12,3 - длина 6,5 7,0 Размеры, м: - ширина Полная масса, т Обеспечиваемая производительность (с насосами Ж 44 и 70 мм, Кп = 0,8), м3/сут 2,4 17,3 26 43…106 52…134 28 Области применения приводов ПЦ40, ПЦ60 ПЦ 40-2,1-0,5/2,5 ПЦ 60-3-0,5/2,5 1 — с насосом диаметром 27 мм; 2 — с насосом диаметром 32 мм; 3 — с насосом диаметром 38 мм; 4 — с насосом диаметром 44 мм; 5 — с насосом диаметром 57 мм; 6 — с насосом диаметром 70 мм. 29 Области применения приводов ПЦ80, ПЦ120 ПЦ 80-6-1/4 ПЦ 120-7,3-1/4 1 — с насосом диаметром 27 мм; 2 — с насосом диаметром 32 мм; 3 — с насосом диаметром 38 мм; 4 — с насосом диаметром 44 мм; 5 — с насосом диаметром 57 мм; 6 — с насосом диаметром 70 мм. 30 Области применения привода ПЦ 60–3–0,5/2,5 при добыче ВВН а б 1, 2, 3, 4 — с насосами диаметром плунжера 32, 38, 44 и 57 мм; а, б, в, г — эффективная вязкость продукции 100; 500; 1000 и 2000 мПа·с. 31 Области применения привода ПЦ 60–3–0,5/2,5 при добыче ВВН в г 1, 2, 3, 4 — с насосами диаметром плунжера 32, 38, 44 и 57 мм; а, б, в, г — эффективная вязкость продукции 100; 500; 1000 и 2000 мПа·с. 32 Характеристики двигателей приводов при циклической нагрузке цикл пост пост 1 пост ·К ф Cos цикл Kф in Pср . кв P Cos пост Cos пост 1 Cos пост ·К ф Pср . кв Pср 1 2 1 2 0 2 P ·dt 0 i t i 1 2 2 P ·dt i 1 in 2 ti i in Pср Pt i 1 in i i t i 1 i Теоретические нагрузочные кривые двигателей 33 приводов Кф=1,016 Кф=1,111 СК Рср Рср.кв 1 0,8 Мощность на валу э/д Мощность на валу э/д 0,8 0,6 0,4 0,2 0,6 0,4 0,2 0 Время цикла 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 0 0,2 ЦП Рср 0,4 Рср.кв 0,6 0,8 1 Время цикла 34 Влияние на Кф несовершенства нагрузочных кривых реальных приводов отклонения закона движения точки подвеса штанг от теоретического S0 ·n x · 1 cos t 2 30 невозможность идеального уравновешивания привода Теоретический Уравновешенного привода (разница для хода вверх и вниз ±10%) Неуравновешенного привода 1,2 2,1 3,2 35 Нагрузочная кривая ПНШ80-3-40 на скв. № 6376А НГДУ «Лениногорскнефть» 3,1 Активная мощность, кВт 2,6 2,1 1,6 1,1 0,6 0,1 0 5 10 15 20 Время, с 25 30 35 40 Нагрузочная кривая ПЦ80-6-1/4 на скв. № 23551 НГДУ «Лениногорскнефть» 36 Активная мощность, кВт 4,5 4 3,5 3 2,5 0,005 0,0075 0,01 0,0125 0,015 0,0175 Время, ч 0,02 0,0225 0,025 0,0275 0,03 70 При Кф=1,2 60 При Кф=2,1 При Кф=3,2 50 40 D, % 37 Влияние условий работы на сравнительные характеристики электродвигателей приводов 30 20 10 0 20 30 40 50 60 70 Загрузка, % 80 90 100 38 Влияние вязкости продукции на энергозатраты в зависимости от диаметра плунжера/частоты качаний 1; 2; 3; 4 — с насосами диаметром 57, 44, 38 и 32 мм при частоте качаний ТПШ соответственно 2,7; 4,5; 6,1 и 8,8 мин-1 Доля энергозатрат на преодоление вязкого трения, % Заданный дебит УСШН 17,7 м3/сут 40% 4 3 30% 2 1 20% 10% 0% 0 500 1000 1500 Эффективная вязкость продукции, мПа·с 2000 39 Снижение энергозатрат на подъем вязкой продукции при применении ЦП 40 Содержание книги • Кинематика ЦП • Производительность и нагрузки • Конструкции ЦП • Эксплуатационные характеристики ЦП • Проектирование эксплуатации скважин • Направления совершенствования ЦП Графики удельного энергопотребления при различных способах эксплуатации скважины (привод СК, цепной привод, УВШН, УЭЦН) удельное энергопотребление, кВтч/м3 41 40 35 30 СКН 25 20 УВШН 15 10 УЭЦН Цепной привод 5 0 0 20 40 60 80 100 120 дебит, м3/сут Цепной привод ЭЦН УВШН СКН 140 42 Экономия удельных энергозатрат, полученных на скважинах с УЭЦН до и после внедрения ПЦ80 УЭЦН Экономия ПЦ 80 3,9 скв.9195 54,7% 8,6 2,2 скв.9186 78 % 10 3,9 скв.39454 13,4 4 скв.16801 70,9% 80 % 6 скв.20499 24 % 7,9 1,5 скв.6017а 20 88,9% 13,6 0 5 10 кВт*ч/м3 15 20 25 Динамика действующего фонда скважин, оборудованных цепными приводами ПЦ60 и ПЦ80 в ОАО «Татнефть» 43 1200 1043 1000 910 885 754 800 550 600 343 400 160 200 45 55 83 24 38 72 125 192 230 253 289 0 2002 2003 2004 2005 2006 ПЦ60 2007 ПЦ80 2008 2009 на ожид на 01.05.10 01.01.11 44 Эффективность внедрения ПЦ60 с длиной хода 3м, до и после на «проблемном» фонде 1134 Рост МРП на 465 сут 669 Снижение ПРС в 1,7 раза 184 110 ПРС по всем причинам До внедрения МРП После внедрения 45 Эффективность внедрения ПЦ80 с длиной хода 6м, до и после на «проблемном» фонде Рост МРП на 375 сут 344 Снижение ПРС в 2,1 раза 46 22 ПРС по всем причинам До внедрения МРП После внедрения 719 География поставок ПЦ 46 ОАО ТНК-Нижневартовск ООО Бугурусланнефть ОАО Самаранефтегаз Республика Казахстан За пределами РТ АНК Башнефть ОАО Саратовнефтегаз Татнефть Шешмаойл В Татарстане Татех Кондурчанефть Татойлгаз Алойл Благодаров-ойл Троицкнефть ГЕОТЕХ Охтин-Ойл Кара Алтын Геология 47 Монография «Цепные приводы скважинных штанговых насосов»