Влияние песка на работу насосных скважин

Отрицательное влияние песка в продукции сводится к абразивному износу плунжерной пары, клапанных узлов и образованию песчаной пробки на забое. Песок также при малейшей негерметичности НКТ быстро размывает каналы протекания жидкости в резьбовых соединениях, усиленно изнашивает штанговые муфты и внутреннюю поверхность НКТ, особенно в искривленных скважинах. Даже при кратковременных остановках (до 10 – 20 мин) возможно заклинивание плунжера в насосе, а при большом осадке – и заклинивание штанг в трубах. Увеличение утечек жидкости, обусловленных абразивным износом и размывом, приводит к уменьшению подачи ШСНУ и скорости восходящего потока ниже приема, что способствует ускорению образования забойной пробки. А забойная пробка существенно ограничивает приток в скважину. Снижение дебита вследствие износа оборудования и образования песчаной пробки вынуждает проведение преждевременного ремонта для замены насоса и промывки пробки. К «песочным» скважинам относят скважины с содержанием песка более 1 г/л. Можно выделить следующие четыре группы методов борьбы с песком при насосной эксплуатации.

1. Наиболее эффективный метод – предупреждение и регулирование поступления песка из пласта в скважину. Первое
осуществляют посредством либо установки специальных фильтров на забое, либо крепления призабойной зоны, а второе – уменьшением отбора жидкости. При этом целесообразно обеспечить плавный запуск песочной скважины последовательным увеличением длины хода s, числа качаний n или подливом чистой жидкости в скважину через затрубное пространство (20 – 25 % от дебита).

2. Обеспечение выноса на поверхность значительной части
песка, поступающего в скважину. А. Н. Адонин показал, что
такой вынос возможен при условии

W_ж/w_св > 2 – 2,5, (9.1)

где W_ж– скорость восходящего потока жидкости как отношение расхода жидкости к площади проходного сечения трубы (для учета роли свободного газа в движении песка скорость W _ж можно оценить по сумме расходов жидкости и газа); w_св — скорость свободного осаждения песчинки с расчетным диаметром, равным среднему диаметру наиболее крупной фракции, составляющей около 20 % всего объема песка.

Если при заданных диаметрах труб и штанг условие (9.1) не выполняется, то можно уменьшить диаметр подъемных труб (или подобрать соответствующее сочетание подъемных труб и штанг), применить насосные установки с трубчатыми штангами, установить под насосом хвостовые трубы, спускаемые в зону перфорации, либо осуществить подкачку (подлив) чистой жидкости (нефти, воды) в затрубное пространство. Применение хвостовика уменьшает высоту пробки, образующейся на забое при остановке. При подливе затрачивается дополнительная энергия на подъем подливаемой жидкости, однако при этом исключается возможность прихвата насоса и хвостовика песком, заклинивания плунжера за счет уменьшения объемной концентрации песка в потоке.

В случае применения полых (трубчатых) штанг цилиндр насоса спускают на НКТ, а плунжер – на полых штангах. К верхнему концу штанг приваривают вертлюг для их подвески и патрубок с фланцем, к которому прикрепляют фланец гибкого шланга. Другой конец шланга присоединяют к выкидной линии. Кольцевое пространство между НКТ и штангами заливают водой или нефтью. Откачиваемая жидкость из плунжера попадает непосредственно в полые штанги, где скорость ее увеличивается, чем и достигается лучший вынос песка. При этом также исключается опасность заклинивания плунжера песком.

3. Песочные якори (сепараторы) и фильтры, устанавливаемые у приема насоса, осуществляют сепарацию песка от жидкости. Работа песочных якорей основана на гравитационном принципе. В якорях прямого и обратного действия (рис. 9.1) жидкость изменяет направление движения на 180°, песок отделяется под действием силы тяжести и осаждается в пе­сочном «кармане», при заполнении которого якорь извлекают на поверхность и очищают. По опытным данным А. М. Пирвердяна, якорь обратного действия значительно эффективнее якоря прямого действия, так как благодаря насадке увеличивается скорость нисходящего потока жидкости с песком. Песочный якорь прямого действия одновременно является газовым якорем. Применение песочных якорей – не основной, а вспомогательный метод борьбы с песком. Этот метод эффективен для скважин, в которых поступление песка непродолжительно и общее количество его невелико.

Противопесочные фильтры, устанавливаемые у приема насоса, предупреждают поступление в насос песчинок средних и крупных размеров (более 0,01 мм в зависимости от соотношения размеров песчинок и каналов материала фильтра). Известны сетчатые, проволочные, капроновые, щелевые, гравийные, металлокерамические, цементно-песчано-солевые, песчано-пластмассовые, пружинные и другие фильтры.

По данным А. М. Пирвердяна, лучшими являются сетчатые фильтры с размерами ячеек 0,25x1,56 мм. Вследствие быстрого засорения (забивания, заиливания) противопесочные фильтры не нашли широкого распространения. Их целесообразно помещать в корпус с «карманом» для осаждения песка (не образуется забойная пробка, уменьшается скорость заиливания) или сочетать с песочным якорем.

4. Однако полностью избежать вредного влияния песка не удается. Некоторое его количество поступает в насос и приводит к износу пары плунжер – цилиндр и клапанов. Поэтому используются специальные насосы для песочных скважин.

Научно-технический прогресс связан с усовершенствованием стандартных насосов, созданием насосов в абразивостойком исполнении и новых конструкций с защитой трущейся пары плунжер – цилиндр. Насосы повышенной износостойкости имеют плунжер, напыленный твердыми сплавами или хромированный, с азотированными втулками. Применяют насосы следующих конструкций: с малыми зазорами между плунжером и ци­линдром; с сепаратором внутри плунжера; с гидрозащитой пары плунжер-цилиндр (с вязкопластическим уплотнением, с использованием феррожидкостей); с плунжерами, имеющими круговые канавки; типа «пескобрей»; с магнитными плунжерами; с гидрозащитой (использование полых штанг) и другие.

Для предотвращения образования осадка песка на штанговой колонне устанавливают скребки-завихрители. Скребок-завихритель представляет собой болванку со спиральными проточными канавками на наружной поверхности для пропуска жидкости. Диаметр скребка несколько меньше внутреннего диаметра НКТ. При движении штанг создается завихрение струи, что препятствует оседанию песка над насосом. При остановке СК песок, находящийся в жидкости, оседает на верхние торцовые площадки скребков-завихрителей, а не на плунжер насоса. Их применяют также и для борьбы с отложениями парафина в НКТ, и для предотвращения истирания штанг в наклонных скважинах.