Направляющая для трубчатого насоса с откачивающей штангой

Введение

Каждыйнасос с вакуумным насосомМонтаж начинается с выбора, который инженеры-технологи, бригады по завершению работ и специалисты по закупке оборудования часто недооценивают: вставной насос или трубный насос? Обе конфигурации имеют одни и те же пять основных компонентов и работают по одному и тому же физическому принципу, но принципиально различаются по способу установки, обслуживания и производительности при заданном диаметре труб.

Если вы примете правильное решение, у вас будет система, соответствующая дебиту вашей скважины, экономической эффективности работ по ее ремонту и эксплуатационным ограничениям. Если же вы ошибетесь, вы либо упустите возможность добычи из-за насоса недостаточной мощности, либо понесете затраты на капитальный ремонт, которые ухудшат экономическую эффективность установки на протяжении всего срока ее службы.

В этом руководстве подробно рассматриваются обе конфигурации: как каждая из них работает, как они сравниваются по действительно важным техническим параметрам и как структурировать решение о выборе в зависимости от условий бурения скважины и контекста эксплуатации. Цель состоит не в том, чтобы отдать предпочтение одному типу перед другим, а в том, чтобы предоставить инженеру, руководителю работ на месторождении и специалисту по оценке оборудования техническую основу для правильного выбора в каждой конкретной ситуации.

Фундамент: что общего у обоих типов насосов

Прежде чем рассматривать различия, важно определить, что общего у вставных и трубных насосов, поскольку именно общие принципы определяют их оба.штанговые насосы.

Оба типа насосов представляют собой поршневые насосы объемного действия, работающие в составе эксплуатационной колонны для подъема жидкости из скважины на поверхность. Оба изготовлены в соответствии со спецификацией API 11AX — стандартом, определяющим допуски по размерам, требования к материалам, спецификации геометрии клапанов и диапазоны зазора между плунжером и стволом для всех подземных насосных агрегатов с штанговым приводом. И оба содержат одни и те же пять функциональных компонентов:

Рабочий цилиндр насоса (корпус насоса) представляет собой неподвижный цилиндрический корпус насоса. Его внутренний диаметр является рабочей поверхностью для плунжера. Диаметр канала, толщина стенки и качество внутренней поверхности являются одними из наиболее важных параметров при изготовлении — они напрямую определяют эффективность насоса, срок его службы и диапазон условий работы скважины, в которых может работать насос.

Плунжер — это возвратно-поступательный элемент внутри ствола. Зазор между наружным диаметром плунжера и каналом ствола определяет, сколько жидкости проходит мимо плунжера за каждый ход — механизм потерь, называемый проскальзыванием, который снижает объемную эффективность. В современных конструкциях плунжеров на наружную поверхность наносятся твердые металлические покрытия методом напыления для снижения скорости износа в абразивных и коррозионных средах добываемой жидкости.

Обратный клапан представляет собой односторонний клапан, установленный внутри корпуса плунжера. При движении вниз он открывается, позволяя жидкости, сжатой в цилиндре, проходить вверх через плунжер. При движении вверх он закрывается, удерживаясь в закрытом положении весом столба жидкости над ним, предотвращая обратный поток.

Обратный клапан, расположенный в основании насосного узла, представляет собой односторонний клапан. При движении вверх он открывается под действием перепада давления, создаваемого поднимающимся плунжером, позволяя добываемой жидкости из затрубного пространства скважины заполнять ствол. При движении вниз он закрывается, предотвращая возврат жидкости в затрубное пространство по мере повышения давления в стволе.

Крепёжный узел (седловидное соединение) фиксирует насос на заданной глубине установки. Стандарт API 11AX определяет два типа крепёжных узлов: чашеобразный (с использованием эластомерных чашек, создающих фрикционное уплотнение с трубкой или седловым ниппелем) и механический (с надёжным защёлкивающим механизмом). Выбор типа крепёжного узла влияет как на усилие, необходимое для освобождения насоса для извлечения, так и на надёжность фиксации при восходящей гидравлической нагрузке от столба жидкости.

Эти пять компонентов выполняют одну и ту же функцию как в конфигурации с вставкой, так и в конфигурации с трубами. Различия между двумя типами насосов заключаются исключительно в способе соединения корпуса с колонной труб — и это структурное различие приводит к существенным различиям в диаметре, производительности, стоимости обслуживания и эксплуатационной гибкости.

Вставной насос: автономный, извлекаемый и разработанный для повышения эффективности работы.

Проектирование конструкции: Полный комплект оборудования для установки в скважине

Вставной насос — обозначаемый буквой R в номенклатуре API 11AX — представляет собой автономный узел. Его цилиндр, плунжер, клапаны и прижимное устройство собираются вместе до того, как насос опускается в скважину. Весь узел подсоединяется к нижней части колонны насосных штанг и опускается внутрь эксплуатационной трубы на заданную глубину, где прижимное устройство входит в ниппель, установленный в рамках обустройства скважины.

Такая конструкция означает, что весь насос — включая ствол — помещается внутри трубки. Насос должен быть рассчитан таким образом, чтобы проходить через отверстие трубки во время установки и извлечения, что ограничивает максимальный диаметр плунжера относительно размера трубки. Например, вставной насос, работающий в трубке диаметром 2 7/8 дюйма, будет иметь диаметр плунжера в диапазоне от 1,75 до 2,00 дюймов. Эквивалентный трубчатый насос в той же трубке будет вмещать плунжер приблизительно 2,25 дюйма — разница, которая напрямую влияет на производительность.

После установки плунжер соединяется с колонной штанг, и поверхностный насосный агрегат приводит его в движение возвратно-поступательным движением. Корпус клапана остается неподвижным, закрепленным в посадочном ниппеле; плунжер перемещается внутри корпуса, создавая перепады давления, которые прокачивают жидкость через клапаны и вверх по эксплуатационной трубе.

Установка и демонтаж: ключевое операционное преимущество.

Главной эксплуатационной характеристикой вставного насоса является способ его извлечения. Когда насос требует осмотра, обслуживания или замены — по любой причине — его извлекают, вытаскивая колонну насосной штанги. Эксплуатационные трубы остаются в скважине.

Для этой операции по извлечению штанг требуется специальное устройство: лебедка, установленная на грузовике, которая постепенно поднимает колонну штанг, соединяя наземный блок с каждым штоком по мере его выхода из скважины. Это стандартная, относительно простая полевая операция. Она не требует полной буровой установки для капитального ремонта скважин. Обычно для ее выполнения требуется от двух до трех человек, и она может быть завершена за 12–24 часа с момента принятия решения до возобновления работы насоса с заменой блока.

Экономическое значение этого фактора существенно и часто недооценивается при первоначальном выборе типа насоса. Стоимость операции по подъему скважины с помощью штангового насоса составляет лишь небольшую часть от стоимости полной мобилизации буровой установки для капитального ремонта. На месторождении, эксплуатирующем несколько скважин, разница в стоимости работ между обслуживанием вставного насоса и обслуживанием трубного насоса быстро накапливается в течение производственного горизонта от пяти до десяти лет.

Кроме того, трубам не требуется подвергаться каким-либо воздействиям. Многократная замена труб сопряжена с риском повреждения резьбы, ухудшения герметичности соединений и попадания мусора в скважину. Установка вставного насоса, требующая лишь извлечения штока на протяжении всего срока службы, защищает колонну труб от износа, связанного с многократными операциями по установке и извлечению.

Понимание системы обозначений API 11AX для вставных насосов

Трехбуквенный код типа насоса в системе обозначений API 11AX содержит конкретную техническую информацию о толщине стенки ствола и положении крепления — оба этих параметра влияют на то, для каких условий скважины подходит данный насос.

Толщина стенки ствола:

• H (толстостенный): Толщина стенки ствола достаточна для того, чтобы ствол сам обеспечивал себе структурную жесткость. Толстостенные стволы сохраняют геометрию канала ствола при более высоких перепадах давления и используются в глубоких скважинах и в тех случаях, когда важна стабильность ствола.

• L (легкостенные): более тонкая стенка ствола, радиальная поддержка которой обеспечивается окружающими трубами. Легкостенные стволы обычно обеспечивают больший диаметр при заданном диаметре труб (поскольку меньшая толщина стенки означает больший диаметр), но для их работы требуется наличие и целостность труб в качестве несущей конструкции. Они используются в неглубоких скважинах, где перепад давления ниже.

• W (тонкостенный / с мягкой набивкой): Использование мягкого уплотнительного материала между цилиндром и трубкой для создания иной конфигурации герметизации — реже встречается в стандартных областях применения.

Положение для удержания кнопки:

• A (Верхний анкер): Крепление расположено над стволом насоса. В этой конфигурации ствол свисает ниже посадочного ниппеля. Конструкции с верхним анкером являются универсальными и подходят для большинства условий бурения скважин.

• B (донное крепление): Крепление расположено ниже ствола скважины. Это позволяет расположить впускное отверстие насоса ниже точки крепления, что имеет преимущества в газоносных скважинах: жидкость поступает в насос снизу через крепление, улучшая разделение жидкости и газа до того, как жидкость достигнет запорного клапана. Конструкции с донным креплением также обеспечивают более низкое давление на входе насоса, что выгодно для применений с высоким перепадом давления.

Таким образом, выделяют четыре основных обозначения для вставных насосов:

Понимание четырехсторонней комбинации толщины стенки и положения анкера позволяет подобрать оптимальный вариант в соответствии с глубиной конкретной скважины, газонефтяным соотношением и дебитом, а не использовать единую конфигурацию для всех применений.

Универсальный соединительный элемент: изменение диаметра без касания трубы.

Одной из наиболее важных с практической точки зрения конструктивных особенностей системы вставных насосов API является универсальный ниппель для седла. Размеры опорного соединения, используемого в системах вставных насосов, стандартизированы для различных диаметров поршня насоса. Это означает, что при изменении условий эксплуатации — снижении производительности и необходимости использования меньшего диаметра поршня, или изменении давления в трубах, оптимальным становится другой диаметр поршня — диаметр поршня насоса можно изменить без регулировки, извлечения или замены колонны труб.

Меняется только сам насос. Штуцер в трубе предназначен для установки нового насоса. Такая гибкость особенно ценна на зрелых месторождениях, где продуктивность скважин меняется со временем, и где возможность адаптации размеров насоса без затрат на капитальный ремонт труб имеет ощутимую экономическую выгоду.

Трубчатый насос: максимальная производительность для высокоскоростных применений.

Проектирование конструкции: бочка как часть завершающего этапа строительства.

Трубный насос — обозначаемый буквой Т в номенклатуре API 11AX — использует принципиально иной подход к размещению ствола. Вместо того чтобы спускать ствол внутрь трубы в составе автономной вставки, ствол трубного насоса ввинчивается непосредственно в эксплуатационную колонну труб и спускается на глубину в рамках самой процедуры обустройства скважины.

После установки трубного насоса, трубная колонна собирается с насосным стволом в правильном положении — обычно в нижней части колонны, над перфорациями. Вся трубная колонна, включая секцию с насосным стволом, спускается в скважину на буровой установке для капитального ремонта. После того, как труба установлена ​​и зафиксирована, плунжер отдельно перемещается по колонне насосных штанг и опускается через трубу до тех пор, пока не войдет в насосный ствол.

Поршень соединяется с колонной штанг в верхней части и свисает в ствол ниже. Наземный насосный агрегат приводит в движение колонну штанг и поршень в стандартном цикле возвратно-поступательного движения. Ствол, являясь частью колонны труб, остается неподвижным, в то время как поршень перемещается внутри него.

Почему трубный насос обеспечивает более высокую производительность?

Различие в конструкции двух типов насосов приводит к существенной разнице в максимально достижимом диаметре канала. Вставной корпус насоса должен помещаться внутри трубки — между внешней стороной корпуса насоса и стенкой трубки должен быть зазор, позволяющий насосу проходить сквозь него. Это требование к зазору ограничивает максимальный диаметр канала.

Трубчатый насосный цилиндр — это труба, или, точнее, специально изготовленный участок трубы с прецизионно обработанным внутренним отверстием, который заменяет сегмент стандартной трубной колонны. Его внутреннее отверстие может заполнять весь доступный внутренний диаметр этого участка трубы, ограниченный только собственным внутренним диаметром трубы и производственными ограничениями обработанного отверстия.

В результате, при любом заданном диаметре трубки, трубчатый насос обеспечивает значительно больший диаметр плунжера, чем вставной насос. Разница составляет приблизительно от 0,25 до 0,50 дюймов в диаметре плунжера в зависимости от диаметра трубки. Поскольку рабочий объем насоса за один ход пропорционален квадрату радиуса плунжера, умноженному на длину хода, эта разница в диаметре приводит к пропорционально большему рабочему объему за один ход — и, следовательно, к большему объему производства при той же частоте и длине хода.

Например:

• В трубках диаметром 2 7/8 дюйма: вставной насос обеспечивает диаметр поршня приблизительно 1,75–2,00 дюйма; трубный насос обеспечивает диаметр поршня приблизительно 2,25 дюйма. Производительность трубного насоса за один ход примерно на 27–65% выше.

  
  

• В трубах диаметром 3 1/2 дюйма: вставной насос обеспечивает диаметр поршня приблизительно 2,25–2,50 дюйма; трубный насос обеспечивает диаметр поршня приблизительно 2,75 дюйма. Опять же, это значительное преимущество в объеме за один ход поршня.

Для скважин, где дебит насоса не может соответствовать притоку без работы на непрактично высоких скоростях хода поршня, трубный насос является оптимальным решением, позволяющим достичь целевого уровня добычи.

Поиск и обслуживание: критически важный компромисс

Компромисс в обслуживании трубного насоса очевиден и важен: поскольку корпус насоса является частью трубной колонны, для обслуживания корпуса требуется извлечь всю трубную колонну целиком.

Это полноценная операция по капитальному ремонту скважины. Буровая установка должна быть доставлена ​​к месту бурения. Сначала извлекается колонна насосных штанг для подъема поршня. Затем необходимо поочередно извлечь всю эксплуатационную колонну — всю трубную колонну, которая может состоять из тысяч футов труб, провести техническое обслуживание или замену насосного ствола и повторно спустить колонну труб. В большинстве случаев перед извлечением труб необходимо также заглушить скважину — процесс, включающий закачку глушильной жидкости в ствол скважины для выравнивания пластового давления и временной остановки притока жидкости.

Время, затрачиваемое на обслуживание трубного насоса, варьируется от одного до нескольких дней в зависимости от глубины скважины, возможностей буровой установки и состояния трубных соединений. Стоимость одного обслуживания кратна стоимости аналогичного извлечения штока из вставного насоса.

Для скважин, требующих частого обслуживания насосов — из-за выноса песка, коррозионно-активных жидкостей, высоких рабочих температур или любого другого фактора, сокращающего срок службы насоса, — разница в стоимости обслуживания становится доминирующим фактором при расчете общей стоимости владения.

Сравнительный технический анализ бок о бок

Преимущества вставного насоса: где аргументы в его пользу наиболее убедительны.

Разница в стоимости работ по восстановлению является доминирующим фактором для большинства скважин.

Для большинства наземных нефтяных скважин в мире, характеризующихся низкими или умеренными темпами добычи, зрелыми условиями месторождения и экономикой добычи, чувствительной к эксплуатационным затратам, наиболее важным практическим преимуществом вставного насоса является модель обслуживания с помощью штока.

Мобилизация буровой установки для капитального ремонта скважины обходится в несколько раз дороже, чем операция с использованием штангового подъемника, как по стоимости оборудования, так и по времени. В отдаленных районах доступность буровой установки может увеличить время между принятием решения о техническом обслуживании насоса и первым днем ​​возобновления добычи до нескольких недель, в течение которых скважина не производит ничего или производит меньше, чем на полную мощность. В отличие от этого, штанговый подъемник часто может быть развернут в короткие сроки, выполнить обслуживание в течение одного рабочего дня и возобновить добычу в скважине в тот же день.

Экономическое преимущество такого подхода к обслуживанию наиболее ярко проявляется, когда скважины требуют частого обслуживания — именно это и происходит в сложных геологических формациях. Скважина, добывающая песчаную жидкость, коррозионную жидкость или смесь с высоким газонефтяным соотношением, потребует более частого обслуживания насоса, чем чистая, простая скважина. Низкая стоимость обслуживания вставного насоса обеспечивает гибкость при обслуживании скважин по мере необходимости, без ограничений по стоимости и срокам, связанных с эксплуатацией буровой установки.

Более подробная информация о настройке вставки.

В большинстве практических применений вставной насос может быть установлен глубже, чем трубный насос. Это обусловлено конструктивной независимостью вставного насоса: его корпус представляет собой самодостаточную толстостенную конструкцию, которая не зависит от окружающих труб для радиальной поддержки, как это происходит в случае тонкостенного трубного насоса.

Для специализированных применений в глубоких скважинах, описанных более подробно ниже, конфигурация вставки — особенно конструкции с толстыми стенками — обеспечивает целостность канала ствола скважины при длительном воздействии высоких перепадов давления в глубоких пластах, где конструкции с тонкими стенками, поддерживаемые трубами, начали бы деформироваться.

Специальные конструкции вставок для сложных условий эксплуатации скважин.

Вставной насос является платформой, на которой были разработаны самые сложные конструкции специализированных насосов — именно потому, что модель обслуживания с помощью штока позволяет экономически целесообразно подбирать конструкцию насоса под конкретные условия скважины без необходимости проведения полного капитального ремонта буровой установки каждый раз, когда требуется обслуживание.

Толстостенный вставной насос RXB представляет собой передовое решение в этой специализированной категории конструкций. Его корпус изготовлен из высокопрочной легированной стали с многослойным износостойким покрытием на внутренней поверхности канала. Толстостенная конструкция сохраняет геометрию канала при циклических высоких перепадах давления, характерных для скважин средней и большой глубины, где в конструкциях с одностенным корпусом наблюдается «эффект дыхания» — циклическое изгибание стенки под переменным давлением, постепенно нарушающее посадку плунжера и корпуса. За счет устранения этого циклического изменения размеров благодаря структурной жесткости конструкция RXB повышает стабильность работы более чем на 30% по сравнению с традиционными конструкциями и обеспечивает срок службы в один-три раза дольше в эквивалентных условиях скважины.

Все компоненты трубопровода насоса RXB изготовлены из нержавеющей стали с износостойким покрытием — это требование к материалу, учитывающее коррозию в средах добываемой жидкости, содержащих сероводород, диоксид углерода или пластовую воду с высоким содержанием хлоридов, где стандартные компоненты из углеродистой стали постепенно изнашиваются между интервалами обслуживания. Конструкция рассчитана на работу на глубине до 10 000 футов, что охватывает диапазон глубин подавляющего большинства продуктивных наземных нефтяных месторождений по всему миру.

Поскольку RXB — это вставной насос, при необходимости его извлечение осуществляется путем вытягивания штока. Превосходная конструкция насоса с увеличенным сроком службы и конфигурация, минимизирующая затраты на обслуживание, — это сочетание определяет экономическую целесообразность выбора хорошо спроектированного вставного насоса в сложных условиях эксплуатации.

Насос с противогазовой вставкой предназначен для скважин с высоким газонефтяным соотношением благодаря механическому клапану подачи масла с возможностью открытия и закрытия, который выталкивает газ из ствола при каждом ходе поршня, устраняя газовую пробку, которую стандартные конструкции клапанов не могут надежно предотвратить. Доступен в вариантах с диаметром ствола Φ44 мм и Φ57 мм, совместимый с трубами диаметром 2 3/8 дюйма, 2 7/8 дюйма и 3 1/2 дюйма, что позволяет использовать различные комбинации диаметров и размеров труб для большинства газоносных скважин на суше.

В насосе с длинным плунжером для контроля пескообразования используется боковая геометрия маслозаборника, предотвращающая накопление песка на входе насоса, в сочетании с увеличенной длиной плунжера для распределения абразивного износа по большей контактной поверхности. Оба механизма напрямую увеличивают срок службы насоса в пластах, где стандартный насос с плунжером потребовал бы частой замены — и каждая замена в этой конфигурации остается недорогой процедурой извлечения штока, а не операцией, зависящей от буровой установки.

Преимущества трубчатых насосов: где максимальная производительность оправдывает компромисс

Когда темпы добычи делают разницу в диаметре ствола решающей.

Существует пороговый уровень производительности, выше которого максимальная достижимая производительность вставного насоса не может обеспечить приток в скважину без чрезмерно высокой частоты ходов поршня. При частоте ходов поршня выше примерно 15-20 ходов в минуту резко возрастает усталостная нагрузка на колонну штанг, ускоряется износ поверхностного блока, и система начинает работать за пределами своих проектных параметров. Если максимальная производительность вставного насоса при разумной частоте ходов недостаточна для обеспечения добычи из скважины, то использование трубного насоса становится не просто предпочтительной мерой, а технической необходимостью.

Для скважин, добывающих более 800–1000 баррелей жидкости в сутки, больший диаметр трубного насоса обеспечивает производительность, достаточную для обработки такого притока в пределах нормальных рабочих параметров. Для высокодебитных добывающих скважин — новых скважин в высокопроницаемых пластах, скважин на проектах вторичной добычи с высоким содержанием воды и большими объемами жидкости — трубный насос является конфигурацией, которая делает достижение целевого уровня добычи технически осуществимым.

Перемещение вязких жидкостей: преимущества большого диаметра.

Большой диаметр плунжера трубного насоса создает низкое сопротивление потоку жидкости, поскольку столбу жидкости не нужно разгоняться до высокой скорости в узких каналах для входа и выхода из насоса. В скважинах, добывающих тяжелую нефть с повышенной вязкостью, это преимущество геометрии потока снижает падение давления в насосе и позволяет насосу перекачивать вязкую жидкость с меньшими потерями энергии, чем вставной насос меньшего диаметра в той же скважине.

Для высокопроизводительных операций с тяжелой нефтью — когда скважина добывает большие объемы вязкой нефти — сочетание максимального диаметра и большого расхода делает трубный насос более практичным выбором, несмотря на более высокие затраты на обслуживание.

Расчет диаметра скважины: сравнение размеров бетона.

Выбор между вставным и трубным насосом часто сводится к простому расчету производительности. Вот как это можно сформулировать:

Шаг 1: Определите требуемый суточный целевой показатель добычи жидкости (BFPD).

Шаг 2: Определите практический диапазон частоты ходов для данной установки (обычно от 6 до 14 ходов в минуту для большинства применений).

Шаг 3: Рассчитайте необходимый рабочий объём насоса за один ход поршня:

• Требуемое смещение (баррелей/ход) = Целевой показатель BFPD ÷ Количество ходов в день (ходов/мин) × 1440

Шаг 4: Рассчитайте необходимый диаметр плунжера для данного перемещения при выбранной длине хода:

• Площадь поршня (дюйм²) = Рабочий объём (баррель/ход поршня) × 231 (дюйм³/галлон) × 42 (галлон/баррель) ÷ Длина хода поршня (дюйм)

• Требуемый диаметр = 2 × √(Площадь поршня ÷ π)

Шаг 5: Сравните требуемый диаметр плунжера с максимально достижимым внутренним диаметром для вставных и трубчатых насосов при наличии трубок соответствующего размера.

Если требуемый диаметр находится в пределах диапазона диаметров, достижимых для вставного насоса при заданном размере трубки, то вставной насос является приемлемой конфигурацией. Если он превышает максимальный диаметр вставного насоса, но находится в пределах диапазона диаметров трубного насоса, то требуется трубный насос. Если он превышает оба параметра, необходимо пересмотреть размеры насоса, размер трубки или параметры хода поршня.

Этот расчет позволяет установить пороговое значение скорости добычи для перехода от вставного насоса к трубному насосу, специфичное для каждой скважины и зависящее от длины хода поршня, частоты хода и диаметра трубы, — вместо применения общего правила, которое может не соответствовать фактическим условиям скважины.

Руководство по выбору на основе сценариев

Скважина с низкой или умеренной дебитностью на зрелом месторождении (ниже 600 баррелей в сутки).

Это основное применение вставного насоса. Для скважины с производительностью менее 600 баррелей жидкости в сутки диаметр отверстия вставки насоса в любой стандартной трубе обеспечивает достаточный объем вытеснения при нормальной частоте хода поршня. Преимущество в экономической эффективности — усилие на штанге по сравнению с усилием на трубе — является определяющим фактором выбора. Выберите конфигурацию вставки и соответствующее обозначение (RHA, RHB, RLA или RLB) в зависимости от глубины и газонефтяного соотношения.

Высокопроизводительная новая скважина для заканчивания или вторичного извлечения нефти (более 800 баррелей в сутки)

Для скважины, которая будет добывать более 800 баррелей жидкости в сутки — будь то высокопроницаемая добывающая скважина или скважина, эксплуатируемая методом заводнения с высоким содержанием воды, — убедитесь, что максимальный диаметр вставного насоса для запланированного размера труб может обеспечить требуемый объем вытеснения при приемлемой частоте хода. Если это невозможно, то технически правильным выбором является трубный насос. Более высокая стоимость обслуживания за одно вмешательство — это приемлемый компромисс для требуемой производительности.

Газоносная скважина с умеренной скоростью потока.

Выберите вставной насос с донным креплением (RHB или RLB), чтобы воспользоваться преимуществами более низкого давления на входе насоса и улучшенного разделения газа и жидкости, которые обеспечивает донное крепление. Рассмотрите специальную конструкцию вставного насоса, предотвращающую утечку газа, если газонефтяное соотношение достаточно высокое, чтобы стандартные конструкции клапанов вызывали газовые пробки в аналогичных скважинах. Модель обслуживания вставного насоса с ручным приводом особенно ценна в газоносных скважинах, где проблемы с производительностью, связанные с насосом, как правило, требуют более частого вмешательства, чем в скважинах с чистой жидкостью.

Песчаная формация с неопределенной продолжительностью жизни песчаника.

Используйте вставной насос с длинноплунжерной конструкцией для борьбы с песком. Боковая геометрия маслозаборника и увеличенная длина контакта плунжера продлевают срок службы в абразивных условиях, а модель обслуживания с помощью штанги гарантирует, что когда обслуживание все-таки потребуется, затраты на ремонт будут приемлемыми. Если бы в этой же скважине использовался трубный насос, и обслуживание требовалось бы каждые 12–18 месяцев из-за повреждения ствола буровой колонны песком, то совокупные затраты на капитальный ремонт буровой установки за пять лет существенно изменили бы экономическую целесообразность.

Глубокая скважина на глубине более 8000 футов.

Используйте насос с толстостенным вставным креплением — RHA или RHB — в сочетании со специальной конструкцией RXB, где глубина скважины и перепад давления делают устойчивость ствола критически важным фактором. Толстостенный ствол сохраняет геометрию канала ствола при длительном высоком перепаде давления. Вставное крепление позволяет извлекать насос с помощью штангового привода при необходимости обслуживания, не нарушая работу колонны труб, которая была тщательно спущена для обеспечения завершения глубокой скважины.

Месторождение с несколькими скважинами и ограниченным доступом для буровых установок по капитальному ремонту скважин.

Для полевых работ в отдаленных районах или зонах с ограниченной доступностью буровых установок сервисная модель вставного насоса обеспечивает значительное эксплуатационное преимущество независимо от темпов добычи. Возможность обслуживания любой скважины на месторождении с помощью штангового выталкивающего устройства — без ожидания графика работы буровой установки — снижает как плановые затраты на техническое обслуживание, так и продолжительность незапланированных простоев при неожиданном выходе насосов из строя.

Распространенные ошибки отбора

Выбор трубного насоса для всех высокоскоростных применений без проверки того, что диаметр отверстия насоса-вставки действительно недостаточен, нецелесообразен. Автоматическое предположение о том, что высокая производительность требует трубного насоса, не всегда верно. В трубах диаметром 3 1/2 дюйма и более диаметр отверстия насоса-вставки может обеспечить значительный объем вытеснения. Выполните расчет диаметра отверстия, прежде чем принимать решение об использовании модели обслуживания, зависящей от буровой установки.

Выбор вставного насоса для всех скважин с целью минимизации затрат на обслуживание без проверки достаточности диаметра. Вставной насос, который не может обеспечить производительность скважины при разумной частоте хода поршня, будет работать с высокой частотой хода, увеличивая усталостную нагрузку на шток и ускоряя износ поверхностного блока. Недостаточный по мощности насос, работающий с высокой частотой, не является экономически выгодным решением — это ускоряет его выход из строя.

При выборе насоса для вставки не учитывайте обозначение типа крепления (верхнее или нижнее). Конфигурации верхнего и нижнего крепления ведут себя по-разному в скважинах с высоким содержанием газа и в скважинах с высоким давлением на входе насоса. Выбор правильного положения крепления ничего не стоит — это часть спецификации насоса. Выбор неправильного положения в скважине с высоким содержанием газа приведет к проблемам с газовым загрязнением, которые будут выглядеть как отказы насоса, хотя на самом деле это ошибки конфигурации.

Недооценка частоты капитального ремонта трубных насосов в сложных скважинах. В скважине с чистой жидкостью, работающей в рамках проектных параметров, ствол трубного насоса может работать несколько лет, прежде чем потребуется обслуживание. В скважине с песчаной, газоносной или коррозионной средой этот срок службы может значительно сократиться. Если условия скважины предполагают частую необходимость обслуживания, модель стоимости капитального ремонта трубного насоса становится доминирующим фактором в общей стоимости владения — и конфигурация вставного насоса, даже с меньшим диаметром, может обеспечить более низкие общие эксплуатационные расходы в течение всего срока службы скважины.

Неспособность учесть гибкость изменения диаметра скважины при долгосрочном планировании. Универсальный ниппель вставного насоса позволяет регулировать диаметр скважины без извлечения обсадной трубы, а также влияет на продуктивность скважины с течением времени. Обсадной насос такой гибкости не обеспечивает. Для скважин, где ожидаются значительные изменения дебита в течение всего срока эксплуатации, адаптивность вставного насоса имеет ценность, которую трудно оценить количественно на начальном этапе выбора, но которая становится очевидной по мере развития месторождения.

Часто задаваемые вопросы

В: Можно ли заменить вставной насос на трубчатый насос, не снимая трубку?

А: Нет. Переход от вставного насоса к трубному насосу требует полной переборки труб, поскольку цилиндр трубного насоса должен быть ввинчен в колонну труб. Обратный переход — от трубного насоса к вставному — также требует извлечения цилиндра насоса из колонны и установки на его место посадочного ниппеля. Эти затраты на переоборудование являются одной из причин, почему первоначальный выбор типа насоса имеет такое большое значение — смена типа в середине срока эксплуатации скважины обходится дорого.

В: Какова максимальная производительность, достижимая с помощью вставного насоса?

А: Это зависит от диаметра трубы, доступной длины хода и допустимой частоты ходов. В трубе диаметром 3 1/2 дюйма с вставным насосом диаметром 2,50 дюйма, при ходе 144 дюйма и частоте ходов 14 ходов в минуту, теоретическая производительность приближается к 1000 баррелям жидкости в сутки. На практике объемный КПД 70–85% приводит к показателю 700–850 баррелей в сутки. Для большинства скважин в этом диапазоне дебитов правильно подобранный вставной насос покрывает потребности в добыче в пределах нормальных рабочих параметров.

В: Почему донный анкерный насос (RHB) показывает лучшие результаты в скважинах с высоким содержанием газа?

A: В конфигурации с нижним креплением впускное отверстие насоса располагается ниже прижимного узла. Это позволяет расположить запорный клапан ближе к эксплуатационным перфорациям и в точке с более низким давлением в стволе скважины, что, как правило, улучшает разделение жидкости и газа до того, как жидкость попадет в насос. Газовые пузырьки имеют тенденцию подниматься; расположение впускного отверстия насоса там, где гидростатическое давление наиболее высокое, а концентрация газа наименее высокая, дает запорному клапану наилучшие шансы пропускать жидкость, а не газ. Конструкции с верхним креплением более универсальны; конструкции с нижним креплением особенно выгодны в газонасыщенных средах или при высоком перепаде давления.

В: Как часто следует проводить техническое обслуживание вставного насоса в обычных условиях эксплуатации?

А: В скважине с чистой жидкостью и в условиях эксплуатации, соответствующих проектным параметрам насоса, компоненты вставного насоса могут работать от двух до четырех лет и более до необходимости обслуживания. В сложных скважинах — при выносе песка, работе с коррозионно-активной жидкостью, высоких рабочих температурах — интервалы обслуживания могут сократиться до 12–18 месяцев. Преимущество вставной конфигурации заключается в том, что при необходимости обслуживания операция по извлечению штока выполняется быстро и недорого по сравнению с любыми альтернативными вариантами, зависящими от буровой установки. Это делает целесообразным обслуживание вставных насосов при появлении первых признаков снижения эффективности — измеряемых с помощью динамометрического анализа — вместо того, чтобы ждать полного отказа.

В: Распространяется ли сертификация API 11AX как на вставные, так и на трубчатые насосы?

A: Да. Спецификация API 11AX охватывает как вставные (обозначение R), так и трубчатые (обозначение T) насосы, а также все их компоненты. Стандарт устанавливает допуски размеров для диаметров цилиндров, наружных диаметров плунжеров, геометрии седла клапана и требований к твердости материала для обеих конфигураций. Сертификация API 11AX гарантирует соответствие компонентов установленным спецификациям и обеспечивает стандартизированную размерную основу для взаимозаменяемости между поставщиками. Сертификация системы управления качеством ISO 9001 на уровне производства обеспечивает дополнительную гарантию стабильности производственных процессов — обе сертификации вместе представляют собой стандарт качества для профессиональных закупок насосов для нефтедобывающей промышленности.

Заключение

Выбор между вставным и трубчатым насосом — одно из наиболее важных решений при проектировании.насос с вакуумным насосомустановка — и зачастую она осуществляется на основе привычки или общих правил, а не на основе систематического анализа потребностей конкретной скважины в добыче и операционных условиях.

Вставной насос заслужил свое место в качестве наиболее широко используемой в отрасли конфигурации благодаря сочетанию технической гибкости и низких затрат на обслуживание. Его модель извлечения с помощью штанги — без буровой установки, без глушения скважины, от 12 до 24 часов для восстановления добычи — создает экономическое преимущество в обслуживании, которое накапливается при каждом вмешательстве на протяжении всего срока эксплуатации скважины. Универсальный ниппель обеспечивает гибкость в выборе диаметра скважины по мере изменения ее продуктивности с течением времени. Широкий спектр специализированных конструкций вставок — толстостенные для глубины, донные анкерные для газа, противогазовые клапаны для высокого газонефтяного отношения, длинные плунжеры для песка, толстостенные RXB для обеспечения устойчивости в глубоких скважинах — означает, что конфигурация вставки может быть подобрана в соответствии с конкретными условиями скважины, которые создают проблемы для стандартных конструкций.

Трубный насос находит свое место в высокопроизводительных системах, где максимальный достижимый диаметр вставного насоса не может обеспечить требуемый объем добычи при приемлемых рабочих параметрах. Для скважин, добыча которых превышает предельный объем, который может обеспечить вставной насос, максимальный диаметр трубного насоса для заданного диаметра трубы является не предпочтением, а технической необходимостью. Более высокая стоимость обслуживания за одно вмешательство — это приемлемая стоимость требуемой производительности системы.

Правильный подход к этому решению должен быть систематическим: рассчитать необходимый рабочий объём насоса, исходя из целевого показателя добычи и рабочих параметров, сравнить его с достижимым диаметром для каждого типа насоса в планируемом типоразмере труб, учесть ожидаемую частоту обслуживания при данных условиях бурения скважины и рассчитать общую стоимость владения на протяжении планируемого периода добычи. Этот анализ — применяемый к конкретным данным скважины, а не к общим правилам — неизменно даёт правильный ответ.

Анасос с вакуумным насосомПравильно спроектированная система, начиная с момента принятия решения о первоначальной конфигурации, демонстрирует лучшие результаты, чем система, допущенная позже. Инженерные инвестиции, сделанные на этапе выбора, окупаются за счет увеличения времени безотказной работы, снижения эксплуатационных расходов и упрощения обслуживания на протяжении всего срока службы установки.

Для получения технической консультации по выбору типа насоса, соответствия стандарту API 11AX или разработки специализированных вставных насосов для конкретных условий вашей скважины, свяжитесь с нашей инженерной командой, предоставив данные о глубине скважины, диаметре труб, целевом темпе добычи и характеристиках жидкости.