Вплив складу та реології нафтової продукції на роботу штангової насосної установки

Abstract

Розглянуто експлуатацію нафтових свердловин із застосуванням штангових глибинних насосів. Досліджено, що склад і властивості середовищ, що перекачуються, істотно впливають на робочі параметри насосного обладнання, приводять до підвищення енергетичних витрат на підйом продукції, зриву подачі та іншим технічним проблемам. Продукція свердловин є суміш нафти, води та газу – газорідинна суміш. Зміна пластових умов (тиск та температура) уздовж свердловини змінює об'ємну частку вільного/розчиненого газу у нафті та фізичні властивості газорідинної суміші. Проведено огляд промислових реологічних показників водонафтової суміші при механізованому видобутку нафти. Аналіз показав, що зміна об'ємної концентрації води в нафті у діапазоні 50–80 % сприяє зміні реологічних показників та приводить до підвищенняв'язкості. Прийнято допущення, що нелінійну в'язку модель водонафтової емульсії типу Гершеля-Балклі можна описати узагальненою ньютонівської моделлю з введенням ефективної в'язкості. Для дослідження складу нафтової продукції на ефективність роботи насосної установки розглянуто наступні взаємопов'язані задачі. Перша – визначити залежності зміни гідродинамічних характеристик нафтогазового потоку у свердловині, динамічного рівня та місця установки насоса. На пластові умови на прийомі у насос провести розрахунки робочих характеристик штангового насоса. Для обраної конструкції колони штанг визначити напругу у точці підвісу штанг – перевірка забезпечення міцності. Розрахувати основні енергетичні показники всієї насосної установки. Розв'язання цих завдань виконано за допомогою програмного комплексу. У роботі удосконалена методика визначення ефективної в'язкості з урахуванням зміни реології промислових даних. У роботі проведено дослідження зміни об'ємної долі вільного газу та води у нафтогазової продукції на глибину установки насоса, динамічний рівень, тиск у насосі, режимні параметри насоса. Надано результати аналізу впливу зміни структурної в'язкості водонафтової продукції на параметри всієї насосної установки.

The exploitation of oil wells using sucker rod pumps is considered. It is known that the composition and properties of pumping products significantly affect the operating parameters of pumping equipment, lead to an increase in energy costs for lifting products, disruption of supply, vibration and other technical problems. Production wells produce a mixture of oil, water and gas. A change in reservoir conditions (pressure and temperature) along the well leads to a change in the volume fraction of free/dissolved gas in oil and the physical properties of the gas-liquid mixture. A review of industrial rheological parameters of a water-oil mixture in mechanized oil production is carried out. The analysis showed that a change in the volumetric concentration of water in oil in the range of 50–80 % contributes to a change in the rheological characteristics of the mixture and leads to an increase in viscosity. It is assumed that a nonlinear viscous model of a water-oil emulsion of the Herschel-Bulkley type can be described by a generalized Newtonian model with the introduction of effective viscosity. To study the composition and properties of oil products for the efficiency of the sucker rod pumping unit, the following interrelated tasks are considered. First, the dependences of changes in the hydrodynamic characteristics of the oil and gas flow in the well and the recommended place for the pump installation are determined. On the accepted conditions at the pump intake, the operating parameters of the sucker rod pump are determined. For the selected design of the rod string, the design stresses at the suspension point of the rods are determined – checking the strength. The calculation of the main energy indicators of the entire pumping unit was carried out. The solution of these tasks was carried out using the software package. The work has improved the method for determining the effective viscosity, taking into account the rheology of the field data. In the work, the study of the change in the volume fraction of free gas and the parameter of water cut of oil and gas products at the depth of the pump installation, dynamic level, pressure in the pump, operating parameters of the pump was carried out. The results of the analysis of changes in water cut of oil products on the parameters of the entire pumping unit are presented.