ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ФИЛЬТРА ФБР НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ ПЕРМСКОГО КРАЯ

Добыча нефти сопряжена с негативным воздействием различных осложняющих факторов. Одним из основных факторов осложняющих эксплуатацию скважин является содержание в пластовой жидкости механических примесей. Около трети всех отказов глубинно-насосного оборудования происходит по причинам, связанным с тем или иным воздействием продуктов разрушения горных пород, незакрепленным проппантом, закаченным при ГРП, кристаллами солей и т.д.

На сегодняшний день основным способом, обеспечивающим порядка 80% добычи нефти в России, является эксплуатация скважин установками погружных электроцентробежных насосов (УЭЦН). Это обусловлено рядом преимуществ – гибкостью напорно-расходных характеристик ЭЦН (возможность изменения НРХ благодаря применению частотно-регулируемого привода), широким диапазоном производительности, простотой управления, и высокой, в сравнении с другими способами эксплуатации, наработкой «на отказ». При этом, ввиду конструктивных особенностей (наличие большого количества трущихся элементов, высокая скорость вращения рабочих органов), в аспекте эксплуатации, влияние повышенного содержания механических примесей в скважинном флюиде является наиболее губительным фактором, действующим на компоненты УЭЦН, в первую очередь на сам электроцентробежный насос. Попадая в насос, частицы механических примесей вызывают абразивный (рис.1, а) и гидроабразивный («промытие», рис.1, б) износ всех рабочих органов, а также приводят к засорению проточных каналов ступеней насосов (рис.1, в). Оба процесса становятся причиной ухудшения напорно-расходной характеристики насоса (снижение производительности), разрушения рабочих органов и корпуса насоса (рис.2), и последующего отказа оборудования, а в некоторых случаях – падения установки на забой, что, в свою очередь, приводит к дорогостоящему ремонту и сокращению межремонтного периода работы скважин.

Рисунок 1. Воздействие механических примесей на рабочие ступени ЭЦН:

а) абразивный износ поверхностей рабочих ступеней механическими примесями различной фракции; б) гидроабразивный износ («промытие»); в) засорение проточных каналов ступеней

Рисунок 2. Разрушение рабочих ступеней вследствие воздействия механических примесей

Одним из самых распространенных и эффективных методов защиты погружных электроцентробежных насосов от воздействия интенсивного выноса механических примесей на месторождениях Пермского края, разрабатываемых ООО «ЛУКОЙЛ-Пермь», является их отделение от добываемой жидкости перед входом в электроцентробежный насос различными фильтрующими устройствами. Среди них наибольшее распространение получил фильтр блочный регулируемый серии ФБР-5 производства ООО «РУСЭЛКОМ» – с 2013 по 2020г на месторождениях юга Пермского края данный фильтр в составе УЭЦН был применен более 650 раз.

Основной конструктивной особенностью фильтра ФБР является использование в качестве фильтрующего элемента цилиндрической пружины сжатия из проволоки круглого сечения со свободно закрепленными витками, что обеспечивает минимальное гидродинамическое сопротивление и максимальную скорость движения потока — намного выше, чем в щелевых фильтрах других конструкций, где встречаются угловые кромки (рис. 3). Витки пружины не зафиксированы относительно друг друга (в отличии, например, от фильтра ЖНШ производства АО «НОВОМЕТ», где фильтрующий элемент выполнен из проволоки треугольного сечения, уложенной в пазы направляющих), благодаря чему создается виброкавитационный эффект, что исключает возникновение застойных зон в фильтрующей секции и обеспечивает минимальное осаждение АСПО и солей на поверхности. [6]

Рисунок 3. Конструктивные различия фильтрующих элементов из проволоки треугольного сечения и цилиндрической пружины из проволоки круглого сечения

Фильтр ФБР работает по принципу механического отсеивания взвешенных частиц, содержащихся в добываемой жидкости. Конструкция фильтра предусматривает регулировку межвиткового зазора пружины каждого блока, входящего в состав фильтра. Изменение величины зазора осуществляется посредством регулировочного винта и имеет 4 возможных значения: 0,1 мм, 0,4 мм, 0,7 мм и 1 мм. Также допускается возможность изменения пропускной способности фильтра путем увеличения или уменьшения количества фильтрующих блоков. (табл. 1). [1]

Таблица 1.

Зависимость пропускной способности фильтра ФБР от величины межвиткового зазора и количества средних секций (блоков)

Вышеописанные технические решения, реализованные в конструкции фильтра ФБР, позволили получить положительные результаты. Опыт применения фильтра ФБР на месторождениях юга Пермского края показал достаточно высокую эффективность данного устройства. Применение фильтра позволило увеличить наработку скважин, осложненных интенсивным выносом механических примесей в среднем в 3-5 раз, а на некоторых скважинах наработка УЭЦН на отказ выросла в десятки раз. Так, например, на скважине №5ХХ В...го месторождения, наработка УЭЦН до внедрения фильтра ФБР составила 62 суток, отказ произошел из-за отсутствия сопротивления по причине плавления изоляции жил кабеля по длине насоса. Также, при ремонте было обнаружено присутствие механических примесей в проточных каналах и полостях рабочих органов и абразивный износ рабочих ступеней насоса. В состав следующей УЭЦН был включён фильтр ФБР, и в такой компоновке установка отработала 2088 суток.

Наряду с такими очевидными преимуществами фильтра, как возможность регулирования межвиткового зазора и пропускной способности, сравнительно небольшие линейные размеры, и, как следствие, невысокая стоимость, возможность самоочищения и защищенность фильтрующих элементов от механических повреждений при транспортировке и спускоподъёмных операциях, имеет место конструктивный недостаток, связанный с тем, что витки пружины фильтрующего элемента не зафиксированы относительно друг друга, что может вызвать неконтролируемое увеличение межвиткового зазора, пусть и в незначительных пределах. Этот факт неоднократно подтверждался при комиссионных разборах УЭЦН, в состав которых входил фильтр ФБР, обнаружением частиц механических примесей, размер которых был больше, чем значение межвиткового зазора, а также следов абразивного воздействия на поверхностях рабочих органов – рисок и борозд, линейные размеры которых, так же были больше величины межвиткового зазора. В качестве примера приведены фотографии с комиссионных разборов УЭЦН со скважины №2ХХ М…го месторождения от 21.09.2015г. (рис.4)

Рисунок 4. Следы абразивного воздействия на поверхностях рабочих органов ЭЦН, оборудованного фильтром ФБР

Необходимо отметить, что в свете значительного роста наработки на отказ, указанный недостаток, обусловленный конструктивными особенностями, не имеет критического значения.

Опыт эксплуатации показывает, что фильтра ФБР прост в применении и эффективен в работе, что позволяет считать данный фильтр оптимальным вариантом фильтрующего устройства, устанавливаемого на прием электроцентробежного насоса.

Применение фильтров различной конструкции и принципа действия позволяет в определенной мере защитить глубинно-насосное оборудование от негативного воздействия выносимых из пласта механических примесей, но не является полноценным решением проблемы. Наиболее эффективным подходом в данном случае является разработка и применение комплекса мероприятий, нацеленных на предупреждение и снижение интенсивности выноса примесей, в том числе – укрепление призабойной зоны пласта, ограничением водопритоков, контроль за количеством взвешенных частиц в процессе эксплуатации, оптимальный режим эксплуатации скважины с учетом комплексного влияния всех действующих факторов и др., при этом, все применяемые технологии должны рассматриваться как единое целое, а не отдельные технические решения [3]. Формирование эффективного комплекса мероприятий должно проводится на основании анализа о строении объекта разработки и учитывать взаимное влияние всех имеющихся осложняющих факторов в каждой конкретной скважине.

Список литературы:

1. Зуев А.Н. Пружинные фильтры для глубинно-насосного оборудования // Инженерная практика. – 2011. – №11. – С. 32-38.
2. Камалетдинов Р.С., Лазарев А.Б. Обзор существующих методов борьбы с мехпримесями // Инженерная практика. – 2010. – №2. – С. 6-13.
3. Куличенко П.С. Методы защиты УЭЦН от влияния механических примесей: комплексный подход к решению проблемы // Достижения науки и образования. – 2018. – №7. – С. 26-28.
4. Лыкова Н.А. Оборудование для работы УЭЦН в условиях интенсивного выноса механических примесей // Инженерная практика. – 2017. – №3. – С. 58-66.
5. Официальный сайт компании ООО «РУСЭЛКОМ» URL: https://okbnp.ru/tovar/filtr-blochnyj-reguliruemyj-fbr-5 (дата обращения: 18.08.2023)
6. Саблин П.А. Пружинные фильтры для УШНГ и УЭЦН // Экспозиция Нефть Газ. – 2016. – №5. – С. 44-46.