ЦЕПНЫЕ ПРИВОДЫ СКВАЖИННЫХ ШТАНГОВЫХ НАСОСОВ

1

ЦЕПНЫЕ ПРИВОДЫ

СКВАЖИННЫХ ШТАНГОВЫХ

НАСОСОВ

2Условия 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

3Действующий фонд скважин ОАО «Татнефть» на 01.01.2010г.

УСШН1656083,5%

Фонтан30

0,2%

УЭЦН323216,3%

4Увеличение расчетного срока службы насоса с ростом длины хода ТПШ привода

0,0%

7,4%

23,0%

28,0%

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%Ув

елич

ение

сро

ка слу

жбы

нас

оса

2,1 3 6 7,3

Длина хода, м

5Снижение вероятной частоты обрыва штанг с увеличением длины хода ТПШ привода

0,0

0,4

1,9

2,5

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

Сниж

ение

вер

оятн

ой ч

асто

ты

обры

ва ш

танг

, раз

2,1 3 6 7,3

Длина хода, м

6Влияние длины хода ТПШ на коэффициент подачи насоса при потере хода плунжера 20 см

9,5%

6,7%

3,3% 2,7%

0%

2%

4%

6%

8%

10%

Дол

я по

тери

ход

а пл

унж

ера

2,1 3 6 7,3

Длина хода, м

7Уменьшение влияния растяжения штанг на подачу насоса с ростом длины хода ТПШ привода

0,0

1,4

2,9

3,5

0

1

2

3

4Ум

еньш

ение

вли

яния

пот

ери

хода,

раз

2,1 3 6 7,3

Длина хода, м

8Потери напора при движении вязкой жидкости в трубах

h — потери напора

— динамическая вязкость жидкости

L — длина трубы

— скорость движения жидкости

— плотность жидкости

d — диаметр трубы

g — ускорение свободного падения

gd

Lh

2

642

9

Кинематические схемы приводов с РПМ

Привод Риделя

Приводфирмы Bender

10Горизонтальный привод ТатНИПИнефть

Т = 5 т

S = 1,5 - 3 м

n = 2 — 8 мин-1

Q = 3,7 т

11Особенности 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

12 Области эффективного применения приводов с РПМ

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 Области эффективного применения ЦП

2. 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

14Привод ЦП10-20-1,2-2/4, монтируемыйна облегченном фундаменте

Т = 1 т

S = 1,2 м

n = 2 — 4 мин-1

Q = 1 т

15Привод ЦП10-20-1,2-2/4, монтируемыйна облегченном фундаменте

16Привод ЦП10-20-1,2-2/4, монтируемый наустьевой арматуре

1 — преобразующий механизм

2 — редуктор

3 — узел крепления привода

4 — электродвигатель

5 — подвеска штока

6 — узел контроля натяжения канатов подвески

Т = 1 т

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 = 5 т

S = 2 м

n = 0,6 — 3 мин-1

Q = 5,5 т

18Составляющие максимальной нагрузки в точке подвеса штанг УСШН с приводом ЦП-5

Скв. 2003Д Ашальчинского месторожденияЭффективная вязкость продукции 1164 сП

Привод ЦК-5:S = 2 мn = 1 мин-1

Насос НН-44Н = 1056 м

88,3%

7,3%

2,4%

2,0%

0%

20%

40%

60%

80%

100%

Вес штанг и жидкости Трение штанг о трубы

Вибрационная Гидродинамическая

19Кинематическая схема РПМ приводов Rotaflex и ПЦ

-1

-0,5

0

0,5

1

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Время цикла,доли ед.

Отно

сите

льна

я ск

орос

ть ТП

Ш,

дол

и ед

.

Станок-качалка Цепной привод

Относительные скорости ТПШ за цикл при равной скорости откачки

20Силуэты приводов в одинаковом масштабе

21

ПЦ 60–3–0,5/2,5 (патент

№2200876)

ПЦ 60-6-0,25/1,25 (патент

№2200876)

Цепные приводы ОАО «Татнефть»

ПЦ 80-6-1/4(патент № 2200876)

22

ПЦ 80-6-1/4 ПЦ 120-7,3-1/4 (патент №2283969)

Цепные приводы ОАО «Татнефть»

ПЦ 80-6-1/4(патент

№2283969)

23Привод ПЦ60-3-0,5/2,5 закрытого исполнения

24Модификация ПЦ 60-3-0,5/2,5 для применения при ОРЭ

25Приводы 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, 5/2,5ПНШ-60-2,1- 25-

01

Рмax, кН 60 40 60

S0, м 2,1 2,1 2,1

n, мин-1 0,5 — 2,5 0,5 — 2,5 1,3 — 3,6

Mкр, кН· м 5 5 25

iред 100 100 125

Nэ/д, кВт 5 3 7,5

Qполн, т 6,0 5,8 8,5

26Привод ПЦ60-3-0,5/2,5: технические характеристики

Параметры ЦП 60-3-0,5/2,5 ПНШТ60-3-31,5-125

Рмax, кН 60 60

S0, м 3,0 3,0

n, мин-1 0,5 — 2,5 1,3 — 3,6

Mкр, кН· м 5 31,5

Nэ/д, кВт 3,0; 5,5 5,5 … 11

Qполн, т 7,8 8,6

27Приводы ПЦ80-6-1/4 и ПЦ120-7,3-1/4: технические характеристики

Характеристики ПЦ80-6-1/4ПЦ120-7,3-

1/4

Грузоподъемность, т 8 12

Длина хода ТПШ, м 6,0 7,3

Частота качаний ТПШ, мин-1 1 … 4

Крутящий момент редуктора, кН· м 16 28

Мощность электродвигателя, кВт 22 55

Размеры, м:

- высота 10,2 12,3

- длина 6,5 7,0

- ширина 2,4

Полная масса, т 17,3 26

Обеспечиваемая производительность (с насосами Ж 44 и 70 мм, Кп = 0,8), м3/сут

43…106 52…134

28

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.

Области применения приводов ПЦ40, ПЦ60

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.

30Области применения привода ПЦ 60–3–0,5/2,5при 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.

31Области применения привода ПЦ 60–3–0,5/2,5при 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.

32Характеристики двигателей приводов при циклической нагрузке

2

0

2

0

2

.

·21

·21

dtP

dtP

P

PK

ср

квсрф

ni

ii

ni

iii

квср

t

tPP

1

1

2

.

фпостпост

постцикл К·1

фпостпост

постцикл КCosCos

CosCos

·1

ni

ii

ni

iii

ср

t

tPP

1

1

33Теоретические нагрузочные кривые двигателейприводов

Кф=1,111 Кф=1,016

0

0,2

0,4

0,6

0,8

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Время цикла

Мощ

ност

ь на

вал

у э/

д

ЦП Рср Рср.кв0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Время цикла

Мощ

ност

ь на

вал

у э/

д

СКРсрРср.кв

34Влияние на Кф несовершенства нагрузочных кривых реальных приводов

отклонения закона движения точки подвеса штанг от теоретического

t

nSx

30

·cos1·

20

невозможность идеального уравновешивания привода

ТеоретическийУравновешенного привода

(разница для хода вверх и вниз ±10%)

Неуравновешенного привода

1,2 2,1 3,2

35

Нагрузочная кривая ПНШ80-3-40 на скв. № 6376АНГДУ «Лениногорскнефть»

0,1

0,6

1,1

1,6

2,1

2,6

3,1

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Время, с

Акти

вная

мощ

ност

ь, к

Вт

36Нагрузочная кривая ПЦ80-6-1/4 на скв. № 23551НГДУ «Лениногорскнефть»

2,5

3

3,5

4

4,5

0,005 0,0075 0,01 0,0125 0,015 0,0175 0,02 0,0225 0,025 0,0275 0,03

Время, ч

Акти

вная

мощ

ност

ь, к

Вт

37Влияние условий работы на сравнительные характеристики электродвигателей приводов

0

10

20

30

40

50

60

70

20 30 40 50 60 70 80 90 100Загрузка, %

D , %

При Кф=1,2

При Кф=2,1

При Кф=3,2

38Влияние вязкости продукции на энергозатраты в зависимости от диаметра плунжера/частоты качаний

0%

10%

20%

30%

40%

0 500 1000 1500 2000

Эффективная вязкость продукции, мПа·с

Дол

я эн

ерго

затр

ат н

а пр

еодол

ение

вяз

кого

тре

ния,

%

1

2

34

1; 2; 3; 4 — с

насосами

диаметром

57, 44, 38 и

32 мм

при частоте

качаний ТПШ

соответственн

о

2,7; 4,5; 6,1 и

8,8 мин‑1

Заданный дебит УСШН 17,7 м3/сут

39Снижение энергозатрат на подъем вязкой продукции при применении ЦП

40Содержание книги

• Кинематика ЦП

• Производительность и нагрузки

• Конструкции ЦП

• Эксплуатационные характеристики ЦП

• Проектирование эксплуатации скважин

• Направления совершенствования ЦП

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 20 40 60 80 100 120 140

удел

ьн

ое

энер

гоп

отр

ебл

ени

е, к

Втч

/м3

дебит, м3/сут

Цепной привод ЭЦН УВШН СКН

СКН

УВШН

УЭЦНЦепной привод

Графики удельного энергопотребления при различных способах эксплуатации скважины (привод СК, цепной привод, УВШН, УЭЦН)41

8,6

10

13,4

20

7,9

13,6

3,9

2,2

3,9

4

6

1,5

0 5 10 15 20 25

скв.6017а

скв.20499

скв.16801

скв.39454

скв.9186

скв.9195

кВт*ч/м3

УЭЦН ПЦ 80

Экономия удельных энергозатрат, полученных на скважинах с УЭЦН до и после внедрения ПЦ8042

54,7%

78 %

70,9%

80 %

24 %

88,9%

Экономия

Динамика действующего фонда скважин, оборудованных цепными приводами ПЦ60 и ПЦ80 в

ОАО «Татнефть»

910

1043

885754

550

343

160

45 55 83

289253

24 38 72125

192 230

0

200

400

600

800

1000

1200

2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 на01.05.10

ожид на01.01.11

ПЦ60 ПЦ80

43

Эффективность внедрения ПЦ60 с длиной хода 3м,до и после на «проблемном» фонде44

184110

669

1134

ПРС по всем причинам МРП

До внедрения После внедрения

Снижение ПРС в 1,7 раза

Рост МРП на 465 сут

Эффективность внедрения ПЦ80 с длиной хода 6м,до и после на «проблемном» фонде45

344

46

719

22

ПРС по всем причинам МРП

До внедрения После внедрения

Снижение ПРС в 2,1 раза

Рост МРП на 375 сут

География поставок ПЦ46

Шешмаойл

Алойл

Геология

КондурчанефтьТатех

Татнефть

Охтин-Ойл

Троицкнефть

Татойлгаз

Благодаров-ойл

ГЕОТЕХ

Кара Алтын

ОАОТНК-Нижневартовск

ОООБугурусланнефть

ОАОСамаранефтегаз

ОАОСаратовнефтегаз

Республика Казахстан

АНК Башнефть

В Татарстане

За пределами РТ

47Монография «Цепные приводы скважинных штанговых насосов»