Программный комплекс «Автотехнолог» - универсальный инструмент для оптимизации работы системы «пласт-скважинанасосная установка»

в.н. ивановский, в.и. Дарищев, A.A. сабиров,

с.в. Фролов, н.м. николаев, о.в. пузанов, в.с. каштанов

программный комплекс «автотехнолог» — универсальный инструмент для оптимизации работы системы «пласт-скважина-насосная установка»

Программный комплекс «Автотехнолог» получил широкое внедрение на многих нефтяных промыслах России и Казахстана, однако публикаций, отражающих его особенности и преимущества перед другими современными программами, практически никогда не появлялось на страницах широкой печати.

(Окончание. Начало в № 2, 2006 г.) В программе имеется также расчетный блок, который, учитывая изменение температурного режима погружного оборудования и окружающей среды, позволяет определить параметры вывода на режим скважины после проведения ПРС и внедрения погружной насосной установки (рис. 6). Широкое внедрение станций управле-

Рис.6. Вывод на режим

ния установок электроприводных центробежных насосов (СУ УЭЦН) с частотными преобразователями (ЧП) позволяет изменять как характеристику погружного центробежного насоса, так и электродвигателя. Однако если пода-

ча насоса и мощность асинхронного ПЭД от частоты зависят практически в первой степени (являются линейными), то напор насоса изменятся по квадратичной зависимости, а мощность насоса — по кубической. В связи с этим в программу с 2001 года был введен блок пересчета всех рабочих показателей погружных насосных установок при изменении рабочей частоты питающего тока или частоты вращения ротора установки (рис. 7). Также начиная с 2001 года в базу данных подбираемого оборудования вводятся выпускаемые в нашей стране вентильные электродвигатели. База данных по электроприводным насосным установкам содержит выпускаемые всеми российскими и зарубежными фирмами центробежные, винтовые и диафрагменные насосы, газосепараторы, диспергаторы, газосепара-торы-диспергаторы, гидравлические защиты (протекторы) и электродвигатели габаритного исполнения 4, 5, 5А, 6, 6А, 7 и 8. База постоянно пополняется новыми данными по разработкам, сведения о которых любезно предоставляются нам фирмами-изготовителями (рис. 8). Это позволяет промыс-

ловикам проводить подбор не только того оборудования, которое есть у них в наличии, но рассматривать возможность использования при оптимизации работы скважин совершенно нового оборудования и определять необходимые объемы его закупок. А для фирм-изготовителей такая возможность является дополнительным рекламным ходом, который виртуально знакомит потребителей с новым перспективным оборудованием и его возможностями. При подборе штанговых скважинных насосных установок (ШСНУ) программа также начинается с определения распределения плотности, температуры и давления по глубине скважины. При этом т. к. ШСНУ обычно применяются для эксплуатации малодебитных скважин, в программе используется методика, учитывающая возникновение «водяной подушки» над зоной перфорации. Эта же методика позволяет программе определять диаметральные и осевые размеры хвостовика штангового насоса, который может обеспечить вынос указанной «водяной подушки» с забоя скважины, кроме того, имеется возможность задания параметров хвостовика вручную, с дальней-

^PLISENS

Совместное Российско - Польское предприятие

ООО «АПЛИСЕНС»

129345, Россия, г. Москва, ул. Летчика Бабушкина, д. 39, корп. 3 тел +7(095) 234-61-10; 368-32-41 моб. 8(095)726-34-61 www.aplisens.ru e-mail: lnfo@aplisens.ru

Производство и поставка:

Преобразователи давления

я" С 2001 года на рынке России

я' Гарантия качества

а' Короткий срок поставки

Высокое качество обслуживания каждого клиента

я' Техническая поддержка в период эксплуатации

[/ Пакет технической и разрешительной документации

Фиксированные цены в рублях

Ik. I ШЖТ

Преобразователи разности давлений

Гидростатические уров

Завод изготовитель в Варшаве

Рис.7. Пересчет характеристик ЭЦН

шим пересчетом динамического уровня и забойного давления (рис. 9). В математическом обеспечении ПК «Автотехнолог» используются уточненные методики определения стати-

ческих и динамических нагрузок на колонну штанг. В этих методиках (основанных на работах А.М. Пирвердяна, В.М. Касьянова, А.Н. Адонина, И.Т. Мищенко, Б.Б. Крумана, Ю.А. Песляка,

А.А. Сабирова, В.Н.Ивановского и других авторов) определяются механические и гидравлические силы трения колонны штанг и плунжерной пары (силы трения в паре плунжер-цилиндр, трение штанг о колонну НКТ в вертикальной и наклонной частях скважины, трение колонны штанг и ее муфт о перекачиваемую жидкость при ходе вверх и вниз); статические (вес штанг в жидкости, вес столба жидкости) и динамические (инерционные и вибрационные нагрузки, зависящие от режимов работы ШСНУ) составляющие нагрузки на колонну насосных штанг. Поскольку расчет всех нагрузок идет по интервалам глубины скважины, в ПК «Автотехнолог» имеется возможность определения напряжений в любом сечении колонны штанг, что позволяет точно определять расположение наиболее опасных сечений и рекомендовать своевременный переход к следующему диаметру штанги. Эта же методика позволяет точно рассчитывать длину и диаметр (или массу) «тяжелых» штанг, обеспечивающих нормальную работу нижней части колонны штанг, особенно в наклонно-направленных сква-

Рис.8. База данных нефтедобывающего оборудования

жинах и/или при откачке высоковязкой нефти или эмульсии. Подбор и расчет колонны насосных штанг производится (по выбору пользователя) либо по критериям равнопрочности отдельных ступеней колонны, либо по минимальному весу колонны штанг. По просьбе промысловиков в программу был также введен проверочный расчет колонны штанг, т.е. ввод пользователем параметров колонны штанг вручную (рис. 10). Этот вариант расчета предназначен в первую очередь для тех скважин, которые расположены далеко от баз обслуживания или на которых нет по каким-либо причинам возможности замены колонны штанг при переходе на другие режимы (изменение глубины спуска, диаметра штангового насоса, скорости откачки и т. д.) эксплуатации. В базе данных ПК «Автотехнолог» имеются сведения обо всех выпускаемых российскими и наиболее известными зарубежными фирмами видах оборудования для эксплуатации скважин ШСНУ: стандартные и специальные (для откачки высоковязких и газированных ластовых жидкостей) насосы, насосные штанги всех типоразмеров (диаметром от 12-13 мм и до 28 мм) из всех марок стали, центраторы, скребки, скребки-центраторы, наземные приводы с разной кинематикой и различными геометрическими соотношениями звеньев. При подборе могут быть использованы различные величины коэффициентов подачи насоса (получаемые, в частности, при обработке дина-

мограмм работающих ШСНУ), которые определяют наиболее приемлемые стандартные диаметры скважин-ных насосов для той или иной заданной величины планируемого дебита. Программа определяет удлинения колонн труб и штанг и эффективный ход плунжера, после чего рекомендует необходимые длины ходов станка-качалки и частоты двойных ходов точки подвеса колонны штанг (рис. 11). Для выбранных режимов работы и типов оборудования определяются параметры уравновешивания станков-качалок, т.е. количество и месторасположение контргрузов на балансире и на кривошипе привода.

Конечно, и для штанговых насосных установок можно было бы ввести блок работы в периодическом режиме, однако, по нашему мнению, возможности современного оборудования ШСНУ позволяют отбирать сколь угодно малое

количество пластовой жидкости (до 0,1 м3/сутки) при постоянной работе, что является более правильным решением с точки зрения эксплуатации продуктивных пластов и оборудования. В связи с этим такой блок в ПК «Автотехнолог» отсутствует. Винтовые насосные установки с поверхностным приводом (штанговые винтовые насосные установки — ШВНУ) не имеют такого широкого распространения в нашей стране, как УЭЦН и ШСНУ, однако в некоторых регионах встречаются все чаще. В связи с этим программа «Автотехнолог» позволяет подбирать ШВНУ по исходным промысловым данным. При этом определяется необходимая глубина спуска насоса, типоразмер насосных штанг, типы насоса и привода, необходимая частота вращения ротора насоса, коэффициент подачи насоса в зависимости от количества свободного газа на приеме насоса, давления насоса, группы посадки ротора в статоре. Для поверхностного привода определяются требуемое передаточное отношение (или диаметры ведущего и ведомого шкивов клиноременной передачи), мощность и частота вращения вала приводного двигателя (типоразмер электродвигателя). База данных этой части программы содержит сведения о выпускаемых в мире винтовых насосах, штангах, механических и гидравлических приводах, о приводных электродвигателях. Эта база еще далека до совершенства и постоянно пополняется новыми данными. Существует также модуль ПК «Авто-

Рис. 9. Расчет параметров хвостовика

\\ ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ \\

№ 3 \\ март \ 200Б

Рис.10. Ввод колонны штанг вручную

технолог», позволяющий подбирать оборудование для фонтанной эксплуатации нефтяных скважин (диаметры, длины колонн НКТ и диаметры штуцеров, обеспечивающих необходимое распределение плотности и давления по глубине скважины, давление на буфере скважины и в нагнетательной линии), однако в связи со спецификой задачи он добавляется в индивидуальном порядке — с уточнением методики для каждого из использующих его предприятий.

В разное время от нефтяников поступали вопросы о возможности дополнения ПК «Автотехнолог» блоками подбора газлифтного оборудования или оборудованием для эксплуатации скважин струйными насосами, однако до конкретного заказа дело ни разу не дошло. Необходимо сказать, что у разработчиков программы «Автотехнолог» есть все необходимые теоретические разработки для решения этих задач, и после поступления конкретных предложений такие усовершенствования в программу могут быть внесены в течение 2-3 месяцев. Для всех видов насосной эксплуатации ПК «Автотехнолог» проводит проверочный расчет на прочность колонны насосно-компрессорных труб (НКТ). Расчет может проводиться как для одно-, так и для многоступенчатых колонн НКТ. Ступени могут отличаться друг от друга диаметрами или материалами, т. е. группой прочности ста-

ли. Расчет ведется по классическим методикам (Яковлева-Шумилова, Ю.А. Пес-ляка и др.) с коэффициентами запаса прочности, учитывающими срок службы колонн НКТ.

В некоторых случаях по просьбе нефтяников ПК «Автотехнолог» был дополнен крупным экономическим блоком, позволяющим определять технико-экономическую эффективность применения того или иного вида оборудования. В данный блок встроена собственная база данных, включающая динамическую базу данных по наработке до отказа всех видов оборудования и экономические показатели (стоимость электроэнергии, стоимость проведения ПРС, стоимость нового и отремонтированного оборудования, запчастей и комплектующих, отпускная цена нефти и т.д.). Такие комплексные программы внедрялись в разных нефтяных регионах в различных нефтяных компаниях, имеющих очень отличающиеся друг от друга условия эксплуатации, экономические и стратегические задачи, в связи с чем и методики, заложенные в технико-экономический блок, были совершенно различными. Это привело к тому, что программные комплексы в каждом конкретном случае имели

совершенно уникальные возможности и не могли быть перенесены, как ПК «Автотехнолог», автоматически на новые объекты использования. Поэтому в разных нефтяных регионах страны получили «прописку» программные комплексы «САМФ» (Нефтеюганск), «Вектор» (Пермь), «Вектор-НВН» (Волгоград).

По опыту внедрения следует отметить, что «тонким» местом данных методик является определение планируемой наработки на отказ, однако созданный для данной задачи и протестированный математический аппарат показал хорошую сходимость и позволил также разбить нефтедобывающий фонд скважин по категориям сложности эксплуатации, что имеет практическую ценность и для других решаемых нефтяниками задач [1].

Несмотря на подтвержденную эффективность данной методики в ряду со многими другими решающими данную задачу, все они требуют к себе внимания с точки зрения контроля за достоверностью и полнотой вводимых данных, что является довольно трудоемким процессом. Однако, как показал опыт внедрения, при решении задачи подбора оборудования для эксплуатации скважин технологи больше руководствуются имеющимся в наличии оборудованием и обеспечением требуемого режима эксплуатации, в то время как экономической эффективности отводится второстепенная роль «помощ-

^ Автотехнолог АЛ:Покачевское П:24 С:788 Дага:03.ОЗ.05

Файл Утилиты Расчет НКТ ?

бщие данные | Пласт | Инклинограмма [...ОборуцоЕание

Результат подбора штангового насоса(0ж=40-33м3/сут]

использовалась поправка Вогеля

КоэФ. подачи насоса Давление на приеме

0.7 3.64

Насос: НН2С-44 Длина пщвески насоса 10ЭЭ м Св. газ на приеме 12.84 X Забойное давление 10.27 МПа Газосепаратор: не установлен (Ксеп_=0_5) Хвостовик.: Длина 347м диаметр Б0к5мм

Станок-качалка: 7СК8-3.5-4000

Длина кода 3 м Максимальная нагрузка 40 кН

Число качаний 8.78 1/мин Минимальная нагрузка 21 кН

Уравновешивание: пп=1 Я =2,48м т=2;Р1=1,24м гп=3.:1=!=078м пп=4;Р=0,62м

Колонна штанг. Удлинение:151мм

№ секции Диаметр Длина Напряжение Загруженность Сталь

тяжелый низ 22мм 48м 22.08МПа 31.55% СТ-40(норм)-С 170 МПа

1 19мм 840м 52.69МПа 75.27% СТ-40(норм)-С 170 МПа

2 22мм 411м 52.05МПа 74.36% СТ-40(норм)-С 170 МПа

П одбор:Администратор 31.01.2006

Параметры подбора Тип насоса

<* Штанговый насос

С Штанговый винтовой насос С Электропрившной насос Введены данные

|Инклинограмма Общие данные Пласт

i

^ Выбирать из всего

описанного оборудования

Выбирать только из склада Астрахань

Подбор оборудования

ПользовательАцминистратор

18:00 Вторник, 31.01.2006

Рис.11. Результат подбора ШГН

ника» при выборе одного из 2-3 интересующих технолога вариантов компоновки оборудования. В связи с этим авторы считают более целесообразным проводить оценку экономической эффективности уже после решения задачи технологического подбора оборудования, что позволяет технологам проводить подбор, не затрачивая времени на контроль довольно существенного объема информации, влияющей на оценку планируемой наработки и экономической эффективности подобранных вариантов, при этом не влияющих на технологический аспект задачи. К преимуществам ПК «Автотехнолог» следует отнести общепризнанно дружелюбный и интуитивный интерфейс пользователя, а также интеграцию практически со всеми применяемыми нефтяниками современными базами данных, что позволяет избежать рутинных операций по вводу и контролю за правильностью оперативно вводимых исходных данных, что особенно актуально, когда речь идет о вводе данных инклинометрии скважин. Также немаловажна возможность экспорта результатов подбора в MS Excel и другие современные программные продукты как напрямую, так и используя буфер обмена Windows (рис. 12). Широкое внедрение ПК «Автотехнолог» в нефтяной компании «ТНК-BP», в которой работает большое количество иностранных специалистов, потребовало наличия англоязычной версии

программы, реализация которой завершена на сегодняшний день. Также немаловажным является постоянное обновление базы данных по нефтедобывающему оборудованию и сопровождение программы со стороны разработчиков, включающее в себя модернизацию программы, обучение специалистов по работе с программой и консультационные услуги в случае возникновения проблем с подбором оборудования.

ВЫВОДЫ

Программный комплекс «Автотехнолог» является современным и эффективным инструментом, позволяющим с большой точностью совершать операции подбора скважинных насосных установок, особенно в осложненных условиях эксплуатации и при оптимизации работы системы «пласт — скважина — насосная установка». ПК «Автотехнолог» основан на многократно апробированных методиках расчета гидродинамических характеристик насосных установок при работе на реальных водонефтегазовых смесях; на методиках расчета действительных нагрузок на все элементы скважинных насосных установок, как погружных, так и штанговых; на методиках расчета реального распределения плотности, вязкости, температуры и давления пластового флюида по глубине эксплуатационной скважины. Также в ПК «Автотехнолог» исполь-

Рис.12. Ввод инклинометрии

зуются современные, разработанные авторами программы, методики расчета температурного состояния погружных насосных установок и их элементов, позволяющих уточнить температурный режим основных узлов погружных агрегатов: двигателя, насоса, кабельной линии.

ПК «Автотехнолог» обеспечивает создание на нефтегазодобывающем предприятии динамической базы данных по промысловым условиям и по используемому нефтяниками оборудованию. Такая база данных позволяет проводить мониторинг изменения условий эксплуатации объектов нефтедобычи и определять наиболее приемлемые с позиций технико-экономической эффективности виды и типоразмеры нефтедобывающего оборудования. Программный комплекс «Автотехнолог» имеет удобный, дружелюбный интерфейс, постоянно обновляемую базу данных нефтепромыслового оборудования, конвертеры для импорта-экспорта исходной информации и результатов подбора оборудования, гибкую блочную форму, обеспечивающую быструю адаптацию программы к конкретным условиям эксплуатации и требованиям потребителей. Именно эти основные преимущества ПК «Автотехнолог» позволили ему занять лидирующее положение среди других отечественных и зарубежных программных продуктов, направленных на решение задач оптимального подбора и эксплуатации систем «пласт

— скважина — насосная установка» в нашей стране.

Более подробную информацию о программе и других проектах кафедры машин и оборудования нефтяной и газовой промышленности РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина вы можете получить в Интернете на сайте университета gubkin.ru.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Фролов С.В. Повышение эффективности эксплуатации УЭЦН путем разработки и внедрения методики подбора и оптимизации работы оборудования.

— Кандидатская диссертация, М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2005.