6 Рис. № 9. .4 Рекомендации по применению вставных труб 146мм для эксплуатационных колонн скважин 168 и 194мм.

Методика по охлаждению ПЭД диаметром 117мм в эксплуатационных колоннах 168 и 194 мм.

В связи с имеющейся необходимостью эксплуатации погружных электродвигателей диаметром 117мм. в эксплуатационных колоннах скважин диаметром 168 и 194 мм. Для достижения достаточного охлаждения ПЭД и недопущения преждевременных отказов УЭЦН по причине их перегрева предлагаю на предполагаемый участок установки УЭЦН (в частности ПЭД) устанавливать фрагмент эксплуатационной колонны 146 мм. с фиксацией его на стенках эксплуатационной колонны посредством пакерования. И последующим спуском в установленную НКТ 146мм погружного электродвигателя. Тем самым мы уменьшим площадь кольцевого пространства между погружным электродвигателем и внутренним диаметром эксплуатационной колонны и увеличим скорость охлаждающей жидкости, протекающей вокруг ПЭД. Это создаст реальные возможности для эксплуатации погружных электродвигателей в скважинах с малым коэффициентом продуктивности при диаметрах эксплуатационных колонн 168 и 194 мм. без перегрева двигателей.

Для чего необходимо первоначально провести скреперование (очистку стенок колонны) и спуск 1 обсадной НКТ ГОСТ 632-80. Наличие в настоящее время различных серий двигателей позволяет провести подбор комплекта УЭЦН общей длиной не более длины 3 труб 146 мм. В нижней части посредством переводника соединяем трубы 146 мм. с механическим пакером. Для данного вида работ необходим механический пакер, установка которого осуществляется посредством манипуляций с колонной технологического НКТ (на которых производится спуск оборудования). Герметизация на стенках эксплуатационной колонны пакерующих манжет будет сохраняться за счет веса спущенных труб 146мм. И еще одно условие для пакера – максимально возможное проходное отверстие в пакере.

При этом существует некоторое различие в комплектовании колонны труб 146мм для спуска в 168 и 194 колонны.

Разница заключается в том, что в 168 колонну невозможно спустить трубы 146мм в комплекте с соединительной муфтой, т. к. внешний диаметр ее муфты равен 166мм. Резьбовое соединение данной трубы как с переводником на пакер, так и с переводником для крепления к технологической НКТ должно быть выполнено внутренним на концах трубы 146мм.

Для спуска в эксплуатационную колонну 194мм можно использовать трубы 146мм в комплекте с соединительной муфтой, при этом представляется возможность для спуска максимально необходимого количества труб 146мм. Что создаст возможность максимально комфортному расположению УЭЦН для последующей его работы. При этом для более удачного попадания компенсатора и двигателя в трубу 146мм ввиду разницы диаметров необходимо верхнюю резьбу трубы 146 мм укомплектовать ловильной головкой. Внешний диаметр которой близок к внутреннему диаметру эксплуатационной колонны, в которую производится спуск. Рис. 6.3

Для спуска и подъема вставной трубы 146мм возможно использование рассоединительно – присоединительной верхней резьбы трубы, в которую вворачивается и выворачивается присоединительный переводник, навернутый на технологическую НКТ.

Недостатком данного предложения является:

• Применение пакера с максимально большим проходным диаметром, для спуска через него УЭЦН.

• Большой объем работ для подготовки эксплуатационной колонны к спуску вставной трубы диаметром 146 мм.

• Дополнительные спускоподъемные операции.

• Увеличение продолжительности ремонта и увеличение его стоимости.

В настоящее время найдено новое решение этой проблемы что показано на рисунках 6.5 и 6.6.

Описание: При монтаже УЭЦН на устье скважины кожух опускается в устье скважины и фиксируется хомутом. ПЭД вместе с гидрозащитой устанавливается во внутрь корпуса кожуха и фиксируется болтами крепления устройства “Бугель”, что позволяет кожуху держаться на корпусе ПЭД во время всех спускоподъемных операций (СПО) и при эксплуатации УЭЦН в скважине. С целью облегчения корпуса кожуха и предотвращения превышения допустимой нагрузки (предела текучести металла) фланцевых соединений ЭЦН и гидрозащиты корпус кожуха изготавливается из трубы 146 мм и протачивается до толщины стенок 2мм. В нижней части кожуха установлены центраторы для равномерного расположения вокруг ПЭД внутри кожуха.

Принцип действия: Принцип действия устройства построен на том факте, что уменьшая площадь кольцевого пространства между ПЭД и эксплуатационной колонной скважины мы принудительно увеличиваем скорость восходящего потока охлаждающей жидкости. Тем самым достигается нормализация охлаждения ПЭД и узла токоввода.

Рисунок 6.5 Крепление кожуха на УЭЦН с газосепаратором

Рисунок 6.6 Крепление кожуха на УЭЦН без газосепаратора.

Принцип действия: Принцип действия устройства построен на том факте, что уменьшая площадь кольцевого пространства между ПЭД и эксплуатационной колонной скважины мы принудительно увеличиваем скорость восходящего потока охлаждающей жидкости. Тем самым достигается нормализация охлаждения ПЭД и узла токоввода.

Данная разработка является перспективной для Зап.Моисеевского, Лесмуровского и Двуреченского месторождений в виду того, что она дает реальную возможность для безопасной эксплуатации ПЭД внешним габаритом 117 мм в эксплуатационных колоннах 194 и 168 мм.

Преимущества предложения: 1. Кожух входит в комплект погружного оборудования, устанавливается и опускается вместе с УЭЦН (нет необходимости в дополнительном СПО отдельно для кожуха). 2. Длина кожуха может изменяться по необходимости (по длине ПЭД+Г.З.).

6.5. Рекомендации по учету минимально необходимого притока из пласта пластовой продукции для достаточного охлаждения погружных электродвигателей УЭЦН при эксплуатации с номинальной частотой питающего напряжения.

На группе Крапивинских месторождений, как и по всем месторождениям ОАО «Томскнефть» ВНК ведется интенсивное введение в эксплуатацию новых типов погружных электродвигателей выпускаемых заводами изготовителями погружного оборудования. При проведении анализа причин отказов электродвигателей выяснено, что в ТТНД УДНГ «ТН» отсутствуют данные о минимально необходимом притока из пласта пластовой продукции для достаточного охлаждения погружных электродвигателей УЭЦН при эксплуатации с номинальной частотой. В связи, с чем данная особенность эксплуатации погружного оборудования не учитывалась. Это приводило к перегреву ПЭД и выход его из строя, оплавление кабеля удлинителя и разгерметизации узла токоввода. Так как в это время погружной двигатель работает не получая необходимого охлаждения соответствующего происходящему тепловыделению при работе двигателя с имеющейся нагрузкой.

Для решения поставленной сделан запрос в «ЭПУ Сервис», WCP REDA «Шлюмберже» и «Centrilift» о минимально необходимой скорости потока охлаждающей жидкости для всех типов эксплуатируемых ПЭД и сделаны соответствующие расчеты. Расчеты по наиболее часто используемым ПЭД представлены в таблице 6.1.

Таблица 6.1

Таблица перегрева электродвигателей РППЭДЯ и ПЭД в зависимости от величины притока
Тип двигателя	Рном кВт	Uн (вольт)	Jн (ток)	Наружний диаметр колонны, мм	Толщина стенки, мм	Скорость охлаждающей жидкости не менее, м/с	Q перегрева, м3/сут.
ЭД22-117М				194	10,9	0,05	54,2
				168	8,9	0,05	30,1
	22	750	24	168	8	0,05	31,9
				146	7	0,05	12,7
				146	7,7	0,05	11,4
				139,7	7,7	0,05	6,0
				194	10,9	0,07	90,5
				168	8,9	0,07	56,8
ЭД22-103М	22	650	31	168	8	0,07	59,4
				146	7	0,07	32,4
				146	7,7	0,07	30,6
				139,7	7,7	0,07	23,0
ЭД32-117				194	10,9	0,06	65,0
	32	1100	23	168	8,9	0,06	36,1
				168	8	0,06	38,3
				146	7	0,06	15,2
				146	7,7	0,06	13,7
				139,7	7,7	0,06	7,2
1ЭД32-117М	32	750	35,5	194	10,9	0,08	86,7
ЭД32-117М	32	1000	26	168	8,9	0,08	48,2
ЭД32-117ЛВ5	32	1000	25,5	168	8	0,08	51,1
1ЭД45-117М	45	1000	36,5	146	7	0,08	20,3
ЭД45-117М	45	1400	26	146	7,7	0,08	18,3
ЭД45-117ЛВ5	45			139,7	7,7	0,08	9,6
РППЭДЯ-40
РППЭДЯ-50				194	10,9	0,08	86,7
				168	8,9	0,08	48,2
				168	8	0,08	51,1
	38,4	775	42	146	7	0,08	20,3
				146	7,7	0,08	18,3
				139,7	7,7	0,08	9,6
РППЭДЯ-60				194	10,9	0,08	86,7
				168	8,9	0,08	48,2
				168	8	0,08	51,1
	46	930	42	146	7	0,08	20,3
				146	7,7	0,08	18,3
				139,7	7,7	0,08	9,6
ЭД32-103М				194	10,9	0,1	129,2
	32	900	31	168	8,9	0,1	81,1
				168	8	0,1	84,8
				146	7	0,1	46,2
				146	7,7	0,1	43,8
				139,7	7,7	0,1	32,9
				194	10,9	0,12	130,0
ЭД50-117М	50	1400	28	168	8,9	0,12	72,2
ЭД63-117М	63	2000	25	168	8	0,12	76,7
ЭД63-117ЛВ5	63	2000	25	146	7	0,12	30,4
ЭД63-117	63	1400	36	146	7,7	0,12	27,4
				139,7	7,7	0,12	14,3
РППЭДЯ-80				194	10,9	0,12	130,0
				168	8,9	0,12	72,2
				168	8	0,12	76,7
	62,1	1240	42	146	7	0,12	30,4
				146	7,7	0,12	27,4
				139,7	7,7	0,12	14,3
1ЭД63-117М	63	1000	51,5	194	10,9	0,3	325,0
ЭД70-117М	70			168	8,9	0,3	180,6
ПЭДС90-117	90	1950	37	168	8	0,3	191,7
ПЭДС100-117	100			146	7	0,3	76,0
ПЭДС125-117ЛВ5	125	2000	50	146	7,7	0,3	68,6
				139,7	7,7	0,3	35,9
РППЭДЯ-110				194	10,9	0,3	325,0
				168	8,9	0,3	180,6
				168	8	0,3	191,7
	86,5	1705	42	146	7	0,3	76,0
				146	7,7	0,3	68,6
				139,7	7,7	0,3	35,9
				194	10,9	0,3	325,0
				168	8,9	0,3	180,6
				168	8	0,3	191,7
РППЭДЯ-160	126	2485	42	146	7	0,3	76,0
				146	7,7	0,3	68,6
				139,7	7,7	0,3	35,9
РППЭДЯ-180				194	10,9	0,3	325,0
				168	8,9	0,3	180,6
				168	8	0,3	191,7
	140	2815	42	146	7	0,3	76,0
				146	7,7	0,3	68,6
				139,7	7,7	0,3	35,9
				194	10,9	0,3	325,0
ПЭДС125-117ЛВ5	125	2000	50	168	8,9	0,3	180,6
				168	8	0,3	191,7
ЭДС140-117М	140	2000	51,5	146	7	0,3	76,0
				146	7,7	0,3	68,6
ПЭДС125-117				194	10,9	0,4	433,3
	125	1950	51	168	8,9	0,4	240,8
				168	8	0,4	255,6
				146	7	0,4	101,4
				146	7,7	0,4	91,4
ПЭДС180-123В5				194	10,9	0,6	591,3
	180	2150	66	168	8,9	0,6	302,6
ПЭДС180-130В5,				194	10,9	0,6	519,2
	180	2300	61	168	8,9	0,6	230,4
				168	8	0,6	252,6
ПЭДС250-123В5				194	10,9	0,8	788,5
	250	2250	88	168	8,9	0,8	403,4
				168	8	0,8	432,9
ПЭДС250-130В5				194	10,9	0,8	692,3
	250	2300	85	168	8,9	0,8	307,3
				168	8	0,8	336,8
				194	10,9	1	865,4
ПЭДС360-130В5,	360	2300	123	168	8,9	1	384,1
				168	8	1	421,0
REDA				194	10,9	0,25	275,6
456 серия				194	10	0,25	286,1
115,8 мм				194	9,5	0,25	292,1
DN3000				168	8,9	0,25	155,2
				168	8	0,25	164,5
D4300N				146	7	0,25	68,1
				146	7,7	0,25	61,9
REDA				194	10,9	0,25	157,1
SN8500				194	10	0,25	167,7
142,8 мм				194	9,5	0,25	173,6
562 серия				168	8,9	0,25	36,8
				168	8	0,25	46,0
REDA				194	10,9	0,25	180,4
GN 10000				194	10	0,25	191,0
137,9 мм				194	9,5	0,25	196,9
543 серия				168	8,9	0,25	60,1
				168	8	0,25	69,3
Centrilift				194	10,9	0,33	371,5
450 серия				194	10	0,33	385,4
114,3 мм.				194	9,5	0,33	393,2
FC4300				168	8,9	0,33	212,6
				168	8	0,33	224,8
				146	7	0,33	97,6
				146	7,7	0,33	89,4

6.6 Рекомендации по расчету минимально необходимого притока из пласта пластовой продукции для достаточного охлаждения погружных электродвигателей УЭЦН при эксплуатации оборудования на частотах питающего напряжения отличных от номинального значения.

На группе Крапивинских месторождений, как и по всем месторождениям ОАО «Томскнефть» ВНК ведется интенсивное введение новых технологий, в частности добычи скважинной продукции посредством УЭЦН с применением частотных преобразователей. Анализируя выводы на режим УЭЦН с частотными преобразователями мною выявлен недостаток в проведении этих работ. Технологическая служба ЦДНГ-10 не учитывает необходимое охлаждение ПЭД при его работе с частотой питающего напряжения отличной от номинальной для работы данного УЭЦН. Вследствие чего при малом притоке из пласта (не установившееся направленное движение пластовой жидкости к эксплуатационной колонне) происходит перегрев ПЭД и выход его из строя, оплавление и разгерметизация узла токоввода. Так как в это время погружной двигатель работает не получая необходимого охлаждения соответствующего происходящему тепловыделению при работе двигателя с имеющейся нагрузкой. Проверка существующих инструкций по эксплуатации частотных преобразователей по ограничению изменения частоты с учетом минимально необходимого охлаждением двигателей разных типов и разных заводов изготовителей показала отсутствие правил и рекомендаций в части охлаждения двигателей при их длительной эксплуатации (к примеру, при выводе на режим или при снижении притока из пласта) на частотах питающей сети отличных от номинального значения. По всей видимости, это связано с основным направлением по использованию частотных преобразователей - интенсификация добычи скважинной продукции посредством увеличения питающей частоты. В таких случаях, как правило, имеет место хороший приток из пласта и недостатка в охлаждении не бывает.

Предложен следующий способ определения минимально необходимого притока из пласта для охлаждения ПЭД при работе УЭЦН на частотах питающего напряжения, отличных от номинального значения.

По имеющимся справочным данным заводов изготовителей нам известна необходимая скорость охлаждающей жидкости V₁ в кольцевом пространстве между ПЭД и эксплуатационной колонной при номинальной нагрузке W₁ для температуры жидкости 90 ⁰С, и отсюда определяем необходимый объем жидкости охлаждения за определенный период времени. Происходящее при этом тепловыделение двигателем, удаляемое охлаждающей жидкостью примем Т₁.

Как известно, потребляемая УЭЦН мощность - это кубическая зависимость от изменения питающей УЭЦН частоты. Отсюда, при работе УЭЦН на измененной частоте мощность, потребляемая УЭЦН изменится по отношению к номинальной мощности на величину: W₂=W₁*(f/50гц)³. Найденная мощность W₂ будет равна мощности передаваемой двигателем насосу при измененной частоте питания. Соотношение имеющихся данных W₂/W₁=V₂/V₁ дает нам V₂ - минимально необходимую скорость охлаждающей жидкости для выбранного режима работы УЭЦН по отношению к номинальной нагрузке. Таким образом, мы получили кубическую зависимость по изменению тепловыделения погружным электродвигателем на определенную величину Т_x (Т₂=Т₁-Т_x) и соответственно получили минимально необходимый объем охлаждающей жидкости проходящей в кольцевом пространстве между ПЭД и эксплуатационной колонной при эксплуатации УЭЦН на измененной частоте отличной от номинальной.

Данный метод актуален для определения необходимого охлаждения при выводе УЭЦН на установившийся режим работы, а также для случая чрезмерного износа комплектующих УЭЦН частей (текстолитовых шайб), засорения ЭЦН мех примесями, когда потребляемая мощность превышает расчетное значение по отношению к добываемой скважинной жидкости (работа с мех. примесями и осложненным вращением валов насоса).

Пример расчета: при выводе на режим УЭЦН работает на частоте 40 герц.

В течении первого часа работы УЭЦН выводится на режим в соответствии с инструкцией по выводу на режим. В конце первого часа работы необходимо определить достаточность притока из пласта для охлаждения электродвигателя при данной загрузке (и тепловыделении соответственно).

Для чего по номинальным характеристикам погружного электродвигателя узнаем его номинальную мощность W₁ при номинальной частоте.

Для более точного расчета замеряем, данные по току и напряжению при работе с измененной частотой, подсчитываем потребляемую мощность по формуле: W₁=V*A*3^1/2 (Ват). Для получения расчетных значений можно использовать формулу: W₂=W₁*(f/50гц)³

Определяем приток скважинной жидкости из пласта (по замеру подачи жидкости в АГЗУ и изменению динамического уровня). По полученному притоку и площади кольцевого пространства определяем скорость охлаждающей жидкости вокруг ПЭД V₁=Q/(((D_{кол.внутр})² *)/4 - ((D_{внеш.ПЭД})² * )/4))*10^-6*86400 (м/с) при данном режиме работы. Далее по формуле W₂/W₁=V₂/V₁ находим V₂ м/с и, умножая ее на площадь в кольцевом пространстве между ПЭД и эксплуатационной колонной, получаем минимально необходимый объем притока из пласта охлаждающей жидкости для охлаждения погружного двигателя Q=(((D_{кол. внутр})²*)/4-((D_{внеш.ПЭД})² * )/4))*10^-6*86400* V₂ (м³/сутки).

При снижении фактически полученного притока менее расчетного минимально необходимого притока, необходимо принимать решение об изменении режима работы УЭЦН на автоматический повторный режим для отключения УЭЦН на необходимое ему охлаждение.

Из всего выше изложенного можно сделать вывод: данный метод очень прост и не требует значительных математических расчетов, одновременно он позволяет провести достаточно точные расчеты, не нарушая правил расчетов по охлаждению погружных электродвигателей проведенных разными конструкторскими отделами разных заводов изготовителей погружных электродвигателей. Данная методика одинаково эффективна как для всех типов двигателей российского производства, так и для импортных двигателей. Расчеты могут производиться простым калькулятором без наличия компьютера.

Так же нужно отметить, что расчеты будут иметь незначительную погрешность в области частот менее 35 герц в меньшую сторону (необходимо вводить поправку в сторону увеличения объема охлаждающей жидкости) но работа двигателей с такими частотами запрещается инструкциями заводов изготовителей погружного оборудования.

Пользуясь данными расчетами и учитывая минимально необходимое охлаждение ПЭД, технологические службы НГДУ смогут вовремя предотвратить перегрев и выход из строя УЭЦН при их эксплуатации в комплекте с частотными преобразователями.

Кроме того, для увеличения межремонтного периода работы скважин необходимо следующее:

• Закупка пробных партий УЭЦН износостойкого исполнения с рабочими колесами для скважин с высоким содержанием КВЧ, чтобы предотвратить заклинивание насосов и увеличить срок службы рабочих органов насосов, для избежания снижения производительности УЭЦН.

• Жесткий контроль со стороны геологической службы, за информацией предоставляемой службой ООО «Контроль-Сервис». Во-первых, не верные динамические уровни приводят к ошибкам при определении потенциала скважины и как следствие неверный подбор УЭЦН и недостаточный приток жидкости из пласта. Во-вторых, слабый контроль геологической службы за работой скважин работающих с УЭЦН приводит к эксплуатации УЭЦН с динамическими уровнями 100-300 м. над приемом насоса.

• Дополнительная закупка частотных преобразователей или С.У. «Электон-05» токовой нагрузкой 800 ампер со встроенными частотными преобразователями для осуществления плавного запуска УЭЦН и снижения электрических нагрузок на кабель и обмотку ПЭД. Применение частотных преобразователей позволит избежать остановок скважин в накопление при ВНР, регулируя частоту вращения ПЭД для поддержания стабильного динамического уровня, и тем самым не создавая нагрузок на ПЭД (исключение явления регулирования динамического уровня методом штуцирования).