Презентация «Цепные приводы скважинных штанговых насосов

1
ЦЕПНЫЕ
ПРИВОДЫ
СКВАЖИННЫХ
ШТАНГОВЫХ
НАСОСОВ
2
Условия деятельности ОАО «Татнефть» на
современном этапе
• Усложнение условий добычи из-за перехода
крупных месторождений в позднюю стадию
разработки
• Ввод в разработку трудноизвлекаемых запасов
углеводородов, в том числе высоковязких нефтей
• Рост цен на металл и электроэнергию
• Увеличение налоговой нагрузки
3
Действующий фонд скважин ОАО «Татнефть»
на 01.01.2010г.
УСШН
16560
83,5%
УЭЦН
3232
16,3%
Фонтан
30
0,2%
Увеличение срока службы насоса
4
Увеличение расчетного срока службы насоса с ростом
длины хода ТПШ привода
28,0%
30%
23,0%
25%
20%
15%
7,4%
10%
5%
0,0%
0%
2,1
3
6
Длина хода, м
7,3
2,5
2,5
Снижение вероятной частоты
обрыва штанг, раз
5
Снижение вероятной частоты обрыва штанг с
увеличением длины хода ТПШ привода
1,9
2,0
1,5
1,0
0,5
0,4
0,0
0,0
2,1
3
6
Длина хода, м
7,3
Влияние длины хода ТПШ на коэффициент подачи
насоса при потере хода плунжера 20 см
6
9,5%
Доля потери хода плунжера
10%
8%
6,7%
6%
3,3%
4%
2,7%
2%
0%
2,1
3
6
Длина хода, м
7,3
Уменьшение влияния потери хода,
раз
7
Уменьшение влияния растяжения штанг на подачу
насоса с ростом длины хода ТПШ привода
4
3,5
2,9
3
2
1,4
1
0,0
0
2,1
3
6
Длина хода, м
7,3
8
Потери напора при движении вязкой жидкости в
трубах
64 m
L u
h
 2
r d 2g
h — потери напора
m — динамическая вязкость жидкости
L — длина трубы
u — скорость движения жидкости
r — плотность жидкости
d — диаметр трубы
g — ускорение свободного падения
9
Кинематические схемы приводов с РПМ
Привод
фирмы Bender
Привод Риделя
10
Горизонтальный привод ТатНИПИнефть
Т=5т
S = 1,5 - 3 м
n = 2 — 8 мин-1
Q = 3,7 т
11
Особенности РПМ с гибкими звеньями
• скорость штанг на большей части хода постоянна и в
1,6…1,7 раза меньше максимальной скорости у КШМ
• меньшая по сравнению с КШМ зависимость массы и
габаритов от длины хода
• наличие редуцирующих свойств
• возможность малозатратного и эффективного
обеспечения режимов работы с низкой частотой
качаний
• Возможность уравновешивания, близкого к
идеальному
Области эффективного применения приводов с РПМ
12
1.
Эксплуатация малодебитных скважин и скважин с
высоковязкой продукцией:
–
Уменьшение сил вязкого трения в 1,6 …1,7 раза
–
Эксплуатация в непрерывном режиме
–
Снижение нагрузок на штанги, амплитуды и частоты
циклов
–
Повышение коэффициента наполнения насоса
–
Сокращение энергозатрат на подъем продукции.
–
Снижение затрат на монтаж и обслуживание
13
2.
Области эффективного применения ЦП
Эксплуатация высокодебитных скважин :
–
Кратное сокращение энергозатрат на подъем продукции
по сравнению с УЭЦН
–
Возможность регулирования режима в широких
пределах без потери КПД и без ПРС
–
Повышение эффективности эксплуатации скважин с
высоковязкой продукцией
–
Повышение эффективности эксплуатации скважин при
МСП в системе ППД
14
Привод ЦП10-20-1,2-2/4, монтируемый
на облегченном фундаменте
Т=1т
S = 1,2 м
n = 2 — 4 мин-1
Q=1т
15
Привод ЦП10-20-1,2-2/4, монтируемый
на облегченном фундаменте
16
Привод ЦП10-20-1,2-2/4, монтируемый на
устьевой арматуре
1 — преобразующий механизм
2 — редуктор
3 — узел крепления привода
4 — электродвигатель
5 — подвеска штока
6 — узел контроля натяжения
канатов подвески
Т=1т
S = 1,2 м
n = 2 — 4 мин-1
Q = 0,7 т
17
Привод ЦП-5
1 — электродвигатель
2 — клиноременная передача
3 — редуктор
4 — цепная передача
5 — преобразующий
редуцирующий механизм
6 — уравновешивающие грузы
7 — канаты
8 — подвеска штока
9 — рама
10 — фундамент
Т=5т
S=2м
n = 0,6 — 3 мин-1
Q = 5,5 т
18
Составляющие максимальной нагрузки в точке
подвеса штанг УСШН с приводом ЦП-5
Скв. 2003Д Ашальчинского месторождения
Эффективная вязкость продукции 1164 сП
Привод ЦК-5:
S=2м
n = 1 мин-1
88,3%
Насос НН-44
Н = 1056 м
100%
80%
60%
40%
7,3%
2,4%
20%
0%
2,0%
Вес штанг и жидкости
Трение штанг о трубы
Вибрационная
Гидродинамическая
Кинематическая схема РПМ приводов Rotaflex и ПЦ
19
Относительные скорости ТПШ за цикл при равной
скорости откачки
Относительная скорость ТПШ,
доли ед.
1
0,5
Время цикла,
доли ед.
0
-0,5
-1
0
0,2
0,4
Станок-качалка
0,6
Цепной привод
0,8
1
20
Силуэты приводов в одинаковом масштабе
21
Цепные приводы ОАО «Татнефть»
ПЦ 60–3–0,5/2,5
(патент №2200876)
ПЦ 60-6-0,25/1,25
(патент №2200876)
ПЦ 80-6-1/4
(патент № 2200876)
22
Цепные приводы ОАО «Татнефть»
ПЦ 80-6-1/4
(патент №2283969)
ПЦ 80-6-1/4
ПЦ 120-7,3-1/4
(патент №2283969)
23
Привод ПЦ60-3-0,5/2,5 закрытого исполнения
24
Модификация ПЦ 60-3-0,5/2,5 для применения при ОРЭ
25
Приводы ЦП60-2,1-0,5/2,5, ЦП40-2,1-0,5/2,5:
технические характеристики
Показатели
ЦП 60-2,1-0,5/2,5
ЦП 40-2,1-0, 5/2,5
ПНШ-60-2,1- 25-01
Рмax, кН
60
40
60
S0, м
2,1
2,1
2,1
0,5 — 2,5
0,5 — 2,5
1,3 — 3,6
5
5
25
iред
Nэ/д, кВт
100
5
100
3
125
7,5
Qполн, т
6,0
5,8
8,5
n, мин-1
Mкр, кН· м
26
Привод ПЦ60-3-0,5/2,5: технические характеристики
Параметры
Рмax, кН
S0, м
n, мин-1
Mкр, кН· м
Nэ/д, кВт
Qполн, т
ЦП 60-3-0,5/2,5
ПНШТ60-3-31,5-125
60
3,0
0,5 — 2,5
60
3,0
1,3 — 3,6
5
3,0; 5,5
7,8
31,5
5,5 … 11
8,6
27
Приводы ПЦ80-6-1/4 и ПЦ120-7,3-1/4: технические
характеристики
Характеристики
Грузоподъемность, т
Длина хода ТПШ, м
ПЦ80-6-1/4
ПЦ120-7,3-1/4
8
12
6,0
7,3
Частота качаний ТПШ, мин-1
1…4
Крутящий момент редуктора, кН· м
16
28
Мощность электродвигателя, кВт
22
55
- высота
10,2
12,3
- длина
6,5
7,0
Размеры, м:
- ширина
Полная масса, т
Обеспечиваемая производительность (с
насосами Ж 44 и 70 мм, Кп = 0,8), м3/сут
2,4
17,3
26
43…106
52…134
28
Области применения приводов ПЦ40, ПЦ60
ПЦ 40-2,1-0,5/2,5
ПЦ 60-3-0,5/2,5
1 — с насосом диаметром 27 мм; 2 — с насосом диаметром 32 мм; 3 — с насосом диаметром 38 мм;
4 — с насосом диаметром 44 мм; 5 — с насосом диаметром 57 мм; 6 — с насосом диаметром 70 мм.
29
Области применения приводов ПЦ80, ПЦ120
ПЦ 80-6-1/4
ПЦ 120-7,3-1/4
1 — с насосом диаметром 27 мм; 2 — с насосом диаметром 32 мм; 3 — с насосом диаметром 38 мм;
4 — с насосом диаметром 44 мм; 5 — с насосом диаметром 57 мм; 6 — с насосом диаметром 70 мм.
30
Области применения привода ПЦ 60–3–0,5/2,5
при добыче ВВН
а
б
1, 2, 3, 4 — с насосами диаметром плунжера 32, 38, 44 и 57 мм;
а, б, в, г — эффективная вязкость продукции 100; 500; 1000 и 2000 мПа·с.
31
Области применения привода ПЦ 60–3–0,5/2,5
при добыче ВВН
в
г
1, 2, 3, 4 — с насосами диаметром плунжера 32, 38, 44 и 57 мм;
а, б, в, г — эффективная вязкость продукции 100; 500; 1000 и 2000 мПа·с.
32
Характеристики двигателей приводов при циклической
нагрузке
 цикл
 пост

 пост  1   пост ·К ф
Cos цикл
Kф 
in
Pср . кв 
P
Cos пост

Cos пост  1  Cos пост ·К ф
Pср . кв
Pср

1
2
1
2
0
2
 P ·dt
0
i
t
i 1
2
2
P
 ·dt
i 1
in
2
ti
i
in
Pср 
Pt
i 1
in
i i
t
i 1
i
Теоретические нагрузочные кривые двигателей
33 приводов
Кф=1,016
Кф=1,111
СК
Рср
Рср.кв
1
0,8
Мощность на валу э/д
Мощность на валу э/д
0,8
0,6
0,4
0,2
0,6
0,4
0,2
0
Время цикла
0
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
0
0,2
ЦП
Рср
0,4
Рср.кв
0,6
0,8
1
Время цикла
34
Влияние на Кф несовершенства нагрузочных кривых
реальных приводов
 отклонения закона движения точки подвеса штанг от
теоретического
S0 
 ·n 
x  · 1  cos
t
2 
30 
 невозможность идеального уравновешивания привода
Теоретический
Уравновешенного привода
(разница для хода вверх и вниз ±10%)
Неуравновешенного
привода
1,2
2,1
3,2
35
Нагрузочная кривая ПНШ80-3-40 на скв. № 6376А
НГДУ «Лениногорскнефть»
3,1
Активная мощность, кВт
2,6
2,1
1,6
1,1
0,6
0,1
0
5
10
15
20
Время, с
25
30
35
40
Нагрузочная кривая ПЦ80-6-1/4 на скв. № 23551
НГДУ «Лениногорскнефть»
36
Активная мощность, кВт
4,5
4
3,5
3
2,5
0,005 0,0075
0,01
0,0125
0,015
0,0175
Время, ч
0,02
0,0225 0,025 0,0275
0,03
70
При Кф=1,2
60
При Кф=2,1
При Кф=3,2
50
40
D, %
37
Влияние условий работы на сравнительные
характеристики электродвигателей приводов
30
20
10
0
20
30
40
50
60
70
Загрузка, %
80
90
100
38
Влияние вязкости продукции на энергозатраты в
зависимости от диаметра плунжера/частоты качаний
1; 2; 3; 4 — с
насосами
диаметром
57, 44, 38 и 32 мм
при частоте
качаний ТПШ
соответственно
2,7; 4,5; 6,1 и
8,8 мин-1
Доля энергозатрат на преодоление вязкого трения, %
Заданный дебит УСШН 17,7 м3/сут
40%
4
3
30%
2
1
20%
10%
0%
0
500
1000
1500
Эффективная вязкость продукции, мПа·с
2000
39
Снижение энергозатрат на подъем вязкой продукции
при применении ЦП
40
Содержание книги
•
Кинематика ЦП
•
Производительность и нагрузки
•
Конструкции ЦП
•
Эксплуатационные характеристики ЦП
•
Проектирование эксплуатации скважин
•
Направления совершенствования ЦП
Графики удельного энергопотребления при различных способах
эксплуатации скважины (привод СК, цепной привод, УВШН, УЭЦН)
удельное энергопотребление, кВтч/м3
41
40
35
30
СКН
25
20
УВШН
15
10
УЭЦН
Цепной
привод
5
0
0
20
40
60
80
100
120
дебит, м3/сут
Цепной привод
ЭЦН
УВШН
СКН
140
42
Экономия удельных энергозатрат, полученных на скважинах с
УЭЦН до и после внедрения ПЦ80
УЭЦН
Экономия
ПЦ 80
3,9
скв.9195
54,7%
8,6
2,2
скв.9186
78 %
10
3,9
скв.39454
13,4
4
скв.16801
70,9%
80 %
6
скв.20499
24 %
7,9
1,5
скв.6017а
20
88,9%
13,6
0
5
10
кВт*ч/м3
15
20
25
Динамика действующего фонда скважин, оборудованных
цепными приводами ПЦ60 и ПЦ80 в ОАО «Татнефть»
43
1200
1043
1000
910
885
754
800
550
600
343
400
160
200
45
55
83
24
38
72
125
192
230
253
289
0
2002
2003
2004
2005
2006
ПЦ60
2007
ПЦ80
2008
2009
на
ожид на
01.05.10 01.01.11
44
Эффективность внедрения ПЦ60 с длиной хода 3м,
до и после на «проблемном» фонде
1134
Рост МРП на 465 сут
669
Снижение ПРС в 1,7 раза
184
110
ПРС по всем причинам
До внедрения
МРП
После внедрения
45
Эффективность внедрения ПЦ80 с длиной хода 6м,
до и после на «проблемном» фонде
Рост МРП на 375 сут
344
Снижение ПРС в 2,1 раза
46
22
ПРС по всем причинам
До внедрения
МРП
После внедрения
719
География поставок ПЦ
46
ОАО
ТНК-Нижневартовск
ООО
Бугурусланнефть
ОАО
Самаранефтегаз
Республика
Казахстан
За пределами РТ
АНК Башнефть
ОАО
Саратовнефтегаз
Татнефть
Шешмаойл
В Татарстане
Татех
Кондурчанефть
Татойлгаз
Алойл
Благодаров-ойл
Троицкнефть
ГЕОТЕХ
Охтин-Ойл
Кара Алтын
Геология
47
Монография «Цепные приводы скважинных
штанговых насосов»