В процессе эксплуатации нефтеперекачивающих систем одним из наиболее распространенных факторов, влияющих как на эффективность добычи нефти, так и на срок службы оборудования, является гидроудар. Многие операторы нефтяных месторождений отмечают, что аномальные колебания нагрузки на насосные установки, снижение темпов добычи и усиление вибрации оборудования часто связаны с явлением гидроудара.
Повышенный уровень жидкости не только снижает эффективность работы, но и влияет на эффективность производственных процессов.трубные насосыОднако это также может ускорить износ насосных штанг, плунжеров и клапанных узлов, что увеличивает частоту технического обслуживания и эксплуатационные расходы. Следовательно, понимание первопричин утопления и внедрение целенаправленных мер по устранению проблемы имеют решающее значение для обеспечения стабильной добычи нефти из скважин.
В данной статье представлен подробный анализ причин, негативных последствий и распространенных решений, связанных с увеличением уровня жидкости в организме.трубные насосыс целью оказания помощи инженерам-нефтяникам и специалистам по закупкам в оптимизации работы их насосных систем.
Что такое гидроудар при использовании трубного насоса?
Гидравлический молоток — это явление, возникающее во время работы гидравлической системы.трубный насосПри этом из-за недостаточного заполнения цилиндра насоса жидкостью плунжер создает ударную силу, действующую на столб жидкости во время своего возвратно-поступательного движения.
В нормальных условиях добычи пластовая жидкость непрерывно поступает в ствол насоса, позволяя плунжеру совершать стабильное подъемное движение во время каждого возвратно-поступательного хода. Однако, когда пропускная способность нефтяной скважины по подаче жидкости недостаточна, ствол насоса не может быть полностью заполнен жидкостью; следовательно, при движении плунжера он оказывает ударную нагрузку на столб жидкости, вызывая гидроудар.
Проще говоря, гидромолот — это, по сути, результат несоответствия междутрубный насосвытесняющая способность пласта и способность пласта к подаче жидкости.
Как возникает гидроудар в трубном насосе?
Формирование гидроудара обычно происходит следующим образом:
Недостаточный приток жидкости из пласта.
Бочка насоса не заполняется полностью;
Поршень продолжает работать в соответствии с заданным ходом.
Поршень воздействует на столб жидкости.
Нагрузки системы подвержены аномальным колебаниям.
Возникает гидроудар.
В этих условиях, даже если насосная установка продолжит работать в обычном режиме, фактическая эффективность добычи нефти из скважины значительно снизится.
Пять распространенных причин гидроударов в трубных насосах
1. Недостаточная пропускная способность пласта для подачи пластовой жидкости.
Это наиболее распространенная причина гидроудара.
В процессе длительной эксплуатации нефтяной скважины пластовое давление постепенно снижается, и скорость поступления жидкости в ствол скважины замедляется. Если производительность насосной системы превышает фактическую пропускную способность пласта по подаче жидкости, насосный ствол не сможет полностью заполниться жидкостью.
К типичным сценариям относятся:
Снижение пластового давления нефти
Низкая пластовая проницаемость
Снижение продуктивности в зрелых скважинах
Недостаточный приток жидкости
Гидравлический удар чаще всего возникает, когда скорость пополнения пласта жидкостью не успевает за скоростью откачки.
2. Выбор насоса увеличенной мощности для труб.
Многие операторы нефтяных месторождений считают, что более мощный трубный насос обеспечивает более высокую производительность.
В действительности, если сама скважина имеет ограниченную пропускную способность по подаче жидкости, чрезмерно большой диаметр насоса приведет к тому, что теоретическая производительность насоса превысит фактическую пропускную способность пласта по подаче жидкости.
Результаты следующие:
Бочка насоса не заполняется полностью.
Эффективность заполнения насоса снижается.
Жидкостный молоток возникает часто.
Следовательно, выбор модели трубного насоса должен основываться на всесторонней оценке глубины скважины, суточного объема добычи жидкости и производительности по подаче пластовой жидкости, а не просто на стремлении к более высоким техническим характеристикам.
3. Чрезмерная скорость накачки (частота ходов поршня)
Чрезмерно высокая скорость откачки (в сутках) является еще одним существенным фактором, способствующим возникновению гидроударов.
Когда насос работает слишком быстро, жидкость не успевает полностью попасть в цилиндр насоса до того, как плунжер начнет свой следующий рабочий цикл.
Это приводит к следующему:
Недостаточно времени для заполнения жидкостью.
Частичное заполнение ствола насоса
Снижение эффективности насоса
Увеличение частоты возникновения гидроударов
Следовательно, в скважинах с частичным дефицитом жидкости соответствующее снижение скорости откачки часто может эффективно смягчить проблему гидроудара.
4. Газовые помехи
В нефтяных скважинах с высоким газожидкостным соотношением часто возникают как гидроудары, так и газовые пробки.
Когда в трубчатый насос попадает большой объем свободного газа, он занимает место внутри корпуса насоса, что снижает эффективность заполнения жидкостью.
К распространённым последствиям относятся:
Снижена эффективность заполнения насоса.
Снижение вытеснения жидкости
Увеличение частоты возникновения гидроударов
Начало явления газовой пробки
Поэтому в скважинах с высоким содержанием газа обычно требуется одновременное внимание как к проблемам, связанным с газовым загрязнением, так и к проблемам, вызванным гидроударом.
5. Износ или выход из строя компонентов клапана
После длительной эксплуатации трубного насоса его клапанные компоненты могут начать изнашиваться. Например:
Износ шарового клапана
Износ седел клапанов
Ухудшение герметизирующих свойств.
Если клапан не закрывается плотно, происходит обратный поток жидкости, что приводит к уменьшению фактического объема поднимаемой жидкости.
Это состояние также приводит к недостаточному заполнению ствола насоса, что, в свою очередь, вызывает гидроудар.
Каковы вредные последствия использования жидкого молотка?
Влияние на систему штангового бурения
Ударные нагрузки, возникающие при гидроударе, оказывают непрерывное напряжение на колонну насосных штанг.
Длительная эксплуатация в таких условиях может привести к:
усталость стержня и струны
Износ в местах соединений
Повышенный риск поломки стержня
Влияние на насос для труб
Частое воздействие гидроударов ускоряет износ важных компонентов насоса.
включая:
Поршень
ствол насоса
подвижный клапан
Стоячий клапан
В результате срок службы оборудования может значительно сократиться.
Влияние на эффективность производства
Жидкостный гидроудар напрямую ухудшает эксплуатационные характеристики нефтяной скважины.
Это проявляется следующим образом:
Снижение эффективности насоса
Снижение фактического объема производства
Увеличение потребления энергии
Более высокие затраты на техническое обслуживание
Поэтому крайне важно оперативно выявлять и устранять проблемы, связанные с гидроударом.
Как решить проблемы с давлением жидкости в трубных насосах?
1. Соответственно снизьте скорость перекачки.
Для нефтяных скважин с недостаточным притоком жидкости наиболее прямым и эффективным методом обычно является снижение скорости откачки (частоты ходов поршня).
После снижения скорости насоса:
Время заполнения жидкостью увеличивается.
Повышается эффективность наполнения насоса.
Феномен «жидкостного фунта» смягчается.
Многие зрелые скважины применяют этот подход для улучшения показателей добычи.
2. Пересмотрите размеры трубного насоса.
Если утопление сохраняется в течение длительного периода, следует проверить, соответствуют ли текущие характеристики насосного оборудования условиям скважины.
Оценка должна включать в себя:
Глубина скважины
Суточный объем добычи жидкости
Емкость резервуара для подачи пластовой жидкости
Содержание/условия газа
Правильный подбор размера насоса для трубопроводов может значительно повысить эффективность работы системы.
3. Оптимизация режима работы насосов.
Регулировка параметров насоса также может помочь смягчить проблемы, связанные с утяжелением жидкости.
Например:
Регулировка длины хода
Регулировка скорости насоса
Внедрение прерывистого производства
Эти меры помогают повысить эффективность заполнения резервуара насоса жидкостью.
4. Минимизация газовых помех
Для скважин с высоким содержанием газа следует принять меры по снижению попадания газа в ствол насоса.
К распространенным методам относятся:
Установка газового якоря
Оптимизация глубины настройки насоса
Повышение эффективности разделения газа и жидкости
Как правило, снижение попадания свободного газа в насос приводит к повышению эффективности заполнения жидкостью.
5. Осмотр и техническое обслуживание компонентов клапана.
Регулярная проверка состояния компонентов клапана имеет решающее значение.
К основным областям, подлежащим проверке, относятся:
Шарики клапанов
седла клапанов
Герметизация поверхностей
Своевременная замена изношенных компонентов может предотвратить проблемы с утечкой жидкости, вызванные обратным потоком.
6. Выбирайте надежные трубные насосы, соответствующие стандартам API.
Конструкция и качество изготовления самого трубного насоса также существенно влияют на его долговременную эксплуатационную стабильность.
Трубные насосы типа TH изготавливаются в соответствии со стандартом API 11AX и имеют толстостенную конструкцию корпуса, что делает их пригодными для широкого спектра условий эксплуатации скважин. Технические характеристики продукции варьируются от 1,25 до 3,75 дюймов, что позволяет выбирать и настраивать насос в соответствии с конкретными условиями эксплуатации скважины.
Кроме того, состав материала изделия может быть адаптирован к конкретным условиям скважины заказчика для удовлетворения требований к износостойкости, прочности и надежности, предъявляемых различными условиями нефтедобычи.
Для насосных систем, требующих длительной и стабильной работы, выбор трубного насоса, соответствующего конкретным условиям скважины, помогает минимизировать риск отказа оборудования и повысить общую стабильность добычи.
Как определить, происходит ли в скважине застой жидкости?
В ходе полевых работ при возникновении следующих явлений следует учитывать возможность возникновения проблем с запасами жидкости:
На динамометрической карте обнаружены признаки, указывающие на дефицит жидкости.
Эффективность насоса значительно снижается.
Объём производства снижается.
Колебания нагрузки на насосную установку усиливаются.
Вибрация оборудования усиливается.
Потребление энергии аномально возрастает.
При возникновении вышеуказанных условий рекомендуется своевременно проводить анализ состояния скважины и осмотр оборудования.
В чём разница между жидким шлюзом и газовым шлюзом?
Многие люди склонны путать жидкий фунт с газовым затвором.
В действительности, причины этих двух явлений различны.
Проблема «жидкостного удара» в основном вызвана недостаточным поступлением жидкости, в результате чего резервуар насоса не заполняется жидкостью полностью, что впоследствии приводит к возникновению ударных нагрузок.
Газовая пробка, напротив, в основном вызвана попаданием большого объема газа в ствол насоса, что препятствует нормальному подъему жидкости.
Хотя оба состояния могут привести к снижению производительности и уменьшению эффективности насоса, соответствующие меры по их устранению не идентичны; поэтому крайне важно точно определить первопричину проблемы.
ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ:
Приводит ли высокое давление жидкости в трубном насосе к неизбежному выходу из строя штока?
Не обязательно; однако длительное воздействие жидкого яда увеличивает риск усталости арматуры, что повышает вероятность поломки якоря.
Требуется ли в случае высокого уровня жидкости немедленная замена трубного насоса?
Не обязательно. Прежде чем определять необходимость корректировки характеристик насоса, следует сначала проанализировать производительность подачи жидкости, настройки частоты хода поршня и состояние скважины.
Почему скважины с высоким содержанием газа склонны к образованию жидких отложений?
Газ препятствует эффективному заполнению насосного ствола жидкостью, снижая скорость наполнения насоса и, следовательно, увеличивая вероятность образования жидкостного налета.
Может ли снижение частоты гребков решить все проблемы с содержанием жидкости в воде?
Нет. Снижение частоты ударов — это лишь одно из распространенных решений; также необходим всесторонний анализ конкретных условий скважины.
Как можно предотвратить повторное возникновение проблемы «жидкого фунта»?
Правильный выбор оборудования, оптимизация режима перекачки, контроль газовых помех и регулярное техническое обслуживание компонентов клапанов являются ключевыми мерами для предотвращения застоя жидкости.
Удар жидкости в трубном насосе — это не просто единичный отказ оборудования, а результат совокупного взаимодействия между пропускной способностью пласта по подаче жидкости, выбранным размером насоса, параметрами перекачки и конкретными условиями скважины. Удар жидкости может произойти, если запас жидкости в пласте недостаточен, диаметр насоса выбран неправильно, частота ходов слишком высока или выходят из строя компоненты клапана.
Правильный выбор технических характеристик трубного насоса, оптимизация режима откачки, снижение влияния газовых помех и улучшение технического обслуживания оборудования позволяют эффективно уменьшить проблемы, связанные с избыточным давлением жидкости, тем самым повышая эффективность добычи из скважины и снижая долгосрочные эксплуатационные расходы. Для скважин, работающих в сложных условиях, выбор трубного насоса типа TH, соответствующего стандарту API 11AX и хорошо подходящего к конкретным условиям скважины, также способствует повышению стабильности и надежности системы откачки нефти.