image
energas.ru

Территория Нефтегаз № 6 2017

Насосы. Компрессоры

01.06.2017 10:00 Влияние концентрации абразивных частиц в добываемой жидкости на надежность работы электроцентробежных погружных насосов
Одной из основных причин отказов установок электроцентробежных насосов (УЭЦН) при эксплуатации нефтяных месторождений с терригенными коллекторами является абразивный и эрозионный износ рабочих ступеней и засорение проходных каналов рабочих колес песком. На основании статистических данных по отказам оборудования, эксплуатирующего 6768 скважин месторождений Западной и Восточной Сибири с терригенным коллектором, построена зависимость надежности работы УЭЦН с колесами плавающего типа двухопорной конструкции из материала нирезист тип 1 с промежуточными подшипниками, установленными на валу на расстоянии 0,5 м от концентрации абразивных частиц в добываемой жидкости. Используя полученные зависимости, можно решать многие практические задачи, такие как оценка изменения средней наработки УЭЦН на отказ при увеличении или снижении концентрации абразивных частиц, прогнозирование средней наработки на новых месторождениях, принятие обоснованного решения об оптимальном уровне износоустойчивости оборудования, а также решения о целесообразности использования пескозащитных устройств и т. д.
Ключевые слова: надежность УЭЦН, эксплуатация УЭЦН в осложненных условиях, защита УЭЦН от песка, повышение наработки на отказ УЭЦН.
Ссылка для цитирования: Якимов С.Б., Шпортко А.А., Сабиров А.А., Булат А.В. Влияние концентрации абразивных частиц в добываемой жидкости на надежность работы электроцентробежных погружных насосов // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2017. № 6. С. 50–53.
Открыть PDF


По мнению большинства исследователей, на сегодняшний день одной из основных проблем при эксплуатации месторождений с терригенными коллекторами являются отказы установок электроцентробежных погружных насосов (УЭЦН), вызванные присутствием песка в добываемой жидкости [1–4].

В то же время как в отечественных, так и в зарубежных источниках полностью отсутствуют сведения о результатах изучения влияния концентрации абразивных частиц (КАЧ) на надежность работы данного оборудования. Авторы многих статей исследовали влияние концентрации взвешенных частиц (КВЧ) в добываемой жидкости на показатели надежности УЭЦН, очевидно, основываясь на том, что дисперсная фаза является по природе своей монодисперсной, т. е. состоит только из частиц кварца. Как было показано в работах [1, 5], это предположение является неверным, и поскольку в добываемой жидкости присутствуют как твердые абразивные частицы, так и мягкие неабразивные, дисперсная фаза является полидисперсной. По этой причине показатель КВЧ является малоинформативным, а результаты исследований, в которых использовался данный критерий, нельзя считать достоверными. Отсутствие исследований по влиянию уровня КАЧ на надежность работы УЭЦН не позволяет прогнозировать такие наиболее важные показатели, как средняя наработка на отказ и гарантированный ресурс работы, делать обоснованный выбор оптимального класса износоустойчивости ЭЦН, а также определять целесообразность использования устройств для защиты ЭЦН от песка и проведения работ по креплению призабойной зоны скважины.

Авторами работы [1] впервые была изучена зависимость средней наработки на отказ наиболее часто используемых ЭЦН с плавающими колесами из материала нирезист тип 1 двухопорной конструкции с промежуточными подшипниками, установленными на валу на расстоянии 0,5 м от КАЧ в добываемой жидкости. Следующей задачей стала оценка влияния КАЧ на такой показатель надежности работы УЭЦН, как вероятность безотказной работы, т. е. вероятность того, что в пределах заданной наработки отказа не возникает. Статистически вероятность безотказной работы P(t) определяется отношением числа исправно работающих УЭЦН к общему числу УЭЦН, находящихся под наблюдением [6]:

1.png                              (1), 

где N – количество УЭЦН, исправных на момент времени t = 0; N(t) – количество УЭЦН, исправных к моменту времени t; n(t) – количество УЭЦН, отказавших к моменту времени t.

Выполнить данные исследования можно только при условии принятия следующих допущений:

1) оценивается надежность только однотипного оборудования разных производителей, не имеющего конструктивных различий и изготовленного по одной технологии;

2) для оценки используется статистика отказов оборудования по месторождениям, на которых влияние других осложняющих факторов, таких как коррозия и отложение солей, сравнительно невелико;

3) оценке подлежит влияние КАЧ на общую надежность работы УЭЦН. Выделить конструкционную и эксплуатационную надежность, как это рекомендуется сделать в [7], по большому числу скважин с наработками, превышающими один год, не представляется возможным.,

1_1.png

Основываясь на статистической информации о причинах отказов по 6768 скважинам за 2012–2013 гг. различных месторождений Западной и Восточной Сибири с терригенными коллекторами, представленной в [1], была построена зависимость общей надежности УЭЦН от разного уровня КАЧ (рис. 1). Данная зависимость отражает общую вероятность безотказной работы УЭЦН с колесами плавающего типа двухопорной конструкции из материала нирезист тип 1 с промежуточными подшипниками, установленными на валу на расстоянии 0,5 м от КАЧ, т. е. построена по статистике всех отказов, а не только отказов, вызванных негативным действием абразивных частиц. Методологически данный подход не совсем верен, но в настоящее время оценить количественное влияние КАЧ на вероятность безотказной работы с применением других подходов сложно. На сложность построения данной зависимости указывает и факт полного отсутствия научных исследований, проведенных в предыдущие периоды. Для анализа принимались как случаи отказов функционирования УЭЦН, т. е. отказы оборудования по причине выхода их строя, так и параметрические отказы, т. е. снижение подачи насоса более чем на 20 %.

Поскольку использование графиков зависимости, показанной на рис. 1, не совсем удобно для определения вероятности безотказной работы ЭЦН при различных конкретных значениях показателей КАЧ, эти графики были преобразованы в графики зависимости средней наработки на отказ от величины КАЧ для различных значений вероятности безотказной работы УЭЦН (рис. 2).

Используя зависимость, графически представленную на рис. 2, можно решать многие практические задачи, такие как оценка изменения средней наработки УЭЦН на отказ при увеличении или снижении КАЧ, прогнозирование средней наработки на новых месторождениях, принятие обоснованных решений об оптимальном уровне износоустойчивости оборудования и о целесообразности использования пескозащитных устройств и др.

1_1_1.png

Результаты проведенных исследований противоречат декларируемым производителями УЭЦН показателям надежности. Хотя гарантийные обязательства завода не являются показателем надежности оборудования, устанавливая лишь отношения между потребителем и производителем [6], гарантийный срок работы УЭЦН рассматриваемой группы исполнения составляет один год при уровне КАЧ 500 мг/л [8]. Используя график на рис. 2, можно определить, что даже при уровне КАЧ 140 мг/л при вероятности безотказной работы 0,5 средняя наработка УЭЦН на отказ составит менее 200 сут, т. е. будет меньше гарантийного периода. Средняя наработка на отказ, соответствующая гарантийному периоду работы, т. е. 365 сут, достигается при уровне КАЧ 60 мг/л. Как было показано в [1, 5], по большому количеству объектов разработки с терригенными коллекторами нефтяных месторождений Западной и Восточной Сибири уровень КАЧ не превышает данного значения, что и делает возможным получить наработку УЭЦН, превышающую гарантийный период. По мнению авторов статьи, противоречия результатов проведенных исследований и существующих представлений о влиянии КАЧ на надежность УЭЦН отчасти объясняются тем, что конструкторы заводов при проектировании показателей надежности могут рассчитать ресурс работы только по параметру «Износ» и прогнозировать случаи возникновения отказов, вызванных засорением рабочих органов песком, не в состоянии.
В любом случае проведенные исследования дают основания для пересмотра существующих представлений о влиянии КАЧ на надежность работы УЭЦН.

 

Выводы:

1. На основании статистических данных по отказам оборудования, эксплуатирующего 6768 скважин месторождений Западной и Восточной Сибири с терригенным коллектором, построена зависимость надежности работы УЭЦН с колесами плавающего типа двухопорной конструкции из материала нирезист тип 1 с промежуточными подшипниками, установленными на валу на расстоянии 0,5 м от КАЧ в добываемой жидкости.

2. Установлено несоответствие существующих представлений о влиянии КАЧ на надежность УЭЦН фактическим показателям.



← Назад к списку


im - научные статьи.