Эффективность работы установок скважинных штанговых насосов, получивших широкое распространение при механизированной добычи нефти, в значительной степени определяется обоснованным проектированием компоновки штанговой колонны, осуществляющей передачу возвратно-поступательного движения привода плунжеру штангового насоса. В качестве материала, используемого при изготовлении насосных штанг наиболее часто применяется сталь. Однако при необходимости увеличения длины штанговой колонны (вследствие снижения пластовых давлений, вовлечения в разработку глубокозалегающих объектов) применение стальных штанговых колонн может привести к снижению эффективности эксплуатации за счет существенного возрастания суммарного веса колонны и нагрузок на привод. В связи с этим в последние годы на месторождениях России повсеместно в глубоких скважинах, включая малодебитные для добычи нефти, используются электроцентробежные насосные установки (УЭЦН). Обеспечить рентабельную эксплуатацию глубоких скважин штанговыми установками можно путем использования композитных штанг из стекловолокна, позволяющих за счет существенно меньшего веса, более высокой прочности и коррозионной устойчивости значительно снизить нагрузку на насосное оборудование и наземный привод.
В статье рассмотрена математическая модель установки с комбинированной штанговой колонной, состоящей из стальной и стеклопластиковой ступеней. Выполнены расчеты динамических деформаций и нагрузок при работе штанговой установки со стальной и комбинированной колоннами в скважине с малой вязкостью откачиваемой жидкости. Анализ результатов моделирования показал, что эффективность комбинированной штанговой колонны возрастает с увеличением глубины спуска для насосов малого диаметра. Определены области резонансных чисел качаний для комбинированной штанговой колонны, при которых увеличиваются амплитуда колебаний штанговой колонны и эффективный ход плунжера за счет совпадения частоты качаний головки балансира с собственной частотой колебаний колонны штанг. Результаты моделирование показали, что наиболее рациональным для реализации является режим до резонансной частоты, с числом качаний, которое близко к резонансному, но не превышает его. Это позволяет обеспечить эффективный ход плунжера за счет развития динамических деформаций и снизить максимальные и приведенные напряжения в штанговой колонне и нагрузки на привод штангового насоса за счет существенного облечения колонны штанг.
Список литературы
1. Gibbs S.G. Application of Fiberglass Sucker Rods // SPE 20151-PA. – 1991. – https://doi.org/10.2118/20151-PA
2. Harley A. Tripp. Mechanical Performance of Fiberglass Sucker-Rod Strings // SPE 14346-PA. – 1988. – https://doi.org/10.2118/14346-PA.
3. The Research and Application of Carbon Fiber Rods in Deep Oil Wells of Xinjiang Oilfield, China / Ruidong Zhao, Xishun Zhang, Zhen Tao [et al.] // SPE 184203-MS. – 2016.
4. Performance and application of fiber glass sucker rod [J] / Hu Yewen, Guo
Jianshe, Feng Ding [et al.] // Oil Field Equipment. – 2010. – V. 39 (1). – P. 35–38.
5. Study on application of fiber glass sucker rod in offshore separate-layer water injection wells / Zheng Jinzhong, Jiang Guangbin, Wang Xiangdong [et al.] // Oil Field Equipment. – 2010. – V. 39 (9). – Р. 55–57.
6. Optimization of fiber glass and steel composite rod design [J] / Cen Xueqi, Wu Xiaodong, Gaofei [et al.] // Oil Field Equipment. – 2012. – V. 41 (5). – Р. 31–35.
7. Вассерман И.Н., Шардаков И.Н., Вассерман H.H. Динамика стеклопластиковых и комбинированных штанговых колонн // Проблемы машиностроения и надежности машин. – 2009. – № 1. – С. 35–39.
8. Dynamic model of a Rod Pump Installation for inclined wells / R.N. Bakhtizin, K.R. Urazakov, S.F. Ismagilov [et al.] // Socar Proceedings. – 2017. – № 4. – P. 74–82.
9. Расчет теоретической динамограммы с учетом осложнений в работе скважинного штангового насоса / К.Р. Уразаков, Р.Н. Бахтизин, С.Ф. Исмагилов, А.С. Топольников // Нефтяное хозяйство. – 2014. – № 1. – С. 90–93.
10. Седов Л.И. Механика сплошной среды. Т. 2. – СПб.: Лань, 2004. – 560 с.
11. Насосные штанги / Р.Н. Бахтизин, Р.Р. Ризванов, К.Р. Уразаков, Т.А. Хакимов. – Уфа: Изд-во «Нефтегазовое дело», 2012. – 80 с.
12. Takacs G. Sucker-Rod Pumping Handbook // Elsevier Science Publ., 2015. – 598 p.
13. Пат. №2527278 РФ. Композиционный материал на основе полидициклопентадиена, состав для получения матрицы и способ получения композиционного материала / В.В. Афанасьев, С.А. Алхимов, Н.Б. Беспалова, Д.Б. Земцов, О.В. Маслобойщикова, Д.Н. Чередилин, Е.В. Шутко; заявитель и патентообладатель ПАО «НК «Роснефть». – № 2013113742; заявл. 28.03.13; опубл. 27.08.14.
