Исследование и усовершенствование технологии и технических средств добычи высоковязкой нефти штанговыми установками

• Автор: Хакимов, Тимур Артурович
• Шифр специальности: 25.00.17, 05.02.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 95 с. : ил.

Содержание
Введение
1. Особенности эксплуатации нефтяных месторождений штанговыми установками в осложнённых условиях.
1.1. Исторический обзор насосных штанг. От первых образцов до
современности.
1.2 Традиционные насосные штанги и насосные штанги современных
образцов.
1.3 Муфты для насосных штанг.
1.4 Обрывы штанговых колонн.
1.5 Особенности производства насосных штанг
1.6 Особенности резьбового соединения штанг
Выводы.
2 Разработка штанговой насосной установки с выносным утяжелителем
2.1 Механизм формирования гидродинамического трения штанговой колонны
2.2 Установка, позволяющая синхронизировать направление движения штанговой колонны и откачиваемой продукции
2.3 Модернизированная штанговая установка
2.4 Методика расчёта параметров колонны насосных штанг с выносным утяжелителем низа.
Выводы:
3 Имитационное моделирование резьбового соединения колонны насосных штанг
3.1 Параметры моделируемой задачи
3.2 Визуализация и анализ результатов расчета статического нагружения
3.3 Анализ усталостной прочности резьбового соединения при циклическом нагружении.
3.4 Получение модифицированного профиля конической резьбы методом параметрического моделирования.

Выводы:
4. Апробация результатов, полученных численным методом.
4.1 Разработка штанги с цилиндрическим профилем резьбы
4.2 Изготовление пилотной партия новых штанг
4.3 Результаты испытания опытных штанг
Выводы
Основные результаты и выводы
Список использованных источников

Введение
Актуальность темы исследования.
. В настоящее время основные нефтяные месторождения Российской Федерации вступили в позднюю стадию разработки, которая характеризуется истощением пластовой энергии и переходом на механизированный способ добычи нефти. При этом наиболее распространенными являются скважинные штанговые насосные установки (УСШН). В таких установках одним из наиболее слабых элементов является колонна насосных штанг, определяющая низкую продолжительность межремонтного периода работы скважин. Большая глубина спуска насоса, кривизна ствола скважины, высокая вязкость и коррозионная активность добываемой продукции повышают нагрузку на штанговую колонну и снижают ее усталостную прочность. Сочетание указанных осложняющих факторов с ограниченной несущей способностью штанг приводит к их преждевременным обрывам, особенно в глубоких скважинах. Основным фактором ограниченной несущей способности штанг являются напряжения в резьбовом соединении головки штанг.
Существенное снижение работоспособности УСШН происходит также при подъеме высоковязких нефтей и водонефтяных эмульсий. Основные осложнения обусловлены в первую очередь большими силами трения штанг о жидкость при их движении в насосных трубах. Трение штанг о жидкость вызывает увеличение нагрузок и, наконец, отставание полированного штока от головки балансира, что приводит к удару в момент запуска установки. Причиной появления такого эффекта является то, что ход колонны штанги вниз сопровождается движением нефти в трубах вверх, т.е. штанги и нефть двигаются в противоположных направлениях. В связи с этим разработка новой штанговой насосной установки, позволяющей синхронизировать направления движения штанг и жидкости в насосно- компрессорных трубах (НКТ) при ходе вверх и вниз, и исследование распределения интенсивности циклов нагружения конического профиля прямоугольной резьбы, позволяющие увеличить межремонтный период работы скважин в осложнённых условиях, оборудованных штанговыми установками, являются актуальными.

разрушение соединительного узла существенное влияние оказывает коррозионная среда добываемой жидкости, и действие изгибающих усилий, возникающих при расстыковки поверхности упорного бурта штанги и торца муфты, которое усиливается при неправильном соединении штанг.
Характер возникающих напряжений в соединительном узле по A.A. Hardy на рисунке 1.13 показан в сечении соединения насосной штанги с муфтой. Момент силы, прикладываемый при завинчивании, создает большое прижимающие усилие на контактирующих поверхностях упорного бурта штанги и торца муфты. На каждой из деталей возникают напряжения, вызываемые этой силой: растягивающие на ниппеле штанги и сжимающие на муфте. Циклическая нагрузка в процессе работы штанги оказывает влияние на соединительные узлы, создает дополнительные напряжения. Начальное растягивающее напряжение в ниппеле штанги компенсируется сжимающими напряжениями в муфте. Прикладываемая внешняя нагрузка ещё больше растягивает ниппель штанги и уменьшает сжимающие напряжения в муфте и, тем самым, снижает амплитудное напряжение в ниппеле, что способствует снижению амплитуды напряжений в ниппеле штанги. При надлежащем свинчивании насосных штанг, во время эксплуатации в кольцевых областях торцов муфты всегда должны быть сжимающие напряжения, обеспечивающие плотный контакт. От торцевой области муфты к центру растягивающие напряжения постепенно снижаются до нулевого и к центру возрастают до максимального растягивающего, усилие в котором эквивалентно общей растягивающей нагрузки соединительного узла.
Правильное свинчивание насосных штанг имеет важное значение в снижении аварийности штанговой колонны. При сохранении натяга во время эксплуатации колонны, она минимизирует усталостную нагрузку на ниппель штанговой головки из-за: отсутствия влияния коррозийной жидкости на усталость металла (плотное свинчивание не позволяет проникать жидкости к резьбе), снижения амплитуды напряжения в ниппеле, исключения изгиба ниппеля.