Ступени УЭЦН с низким солеотложением
Одним из важных факторов, осложняющих работу ЭЦН, является отложение неорганических соединений (солей) на поверхностях рабочихорганов. В результате отложения солей происходит ухудшение гидродинамических характеристик, увеличиваются вибрации, что приводит ЭЦН к снижению наработки на отказ. В настоящее время известно более 50 природных минералов и продуктов коррозии, входящих в состав солевых отложений в рабочих органах ЭЦН. Условно, по процессу отложения, весь состав солей можно разделить на три группы.
Первая группа — растворимые минералы. Соли данной группы при изменении термобарических условий выпадают в осадок из пластовой жидкости и откладываются на поверхностях рабочих органов. Данная группа является наиболее многочисленной и в основном представлена сульфатами и карбонатами. В данной группе преобладают такие распространенные минералы, каккарбонат кальция (кальцит, арагонит, фатерит) CaCO3, магнезит MgCO3, гипс CaSO4 • 2 H2O, сульфид железа FeS.
Вторая группа – нерастворимые породообразующие минералы. Соли данной группы откладываются в местах завихрений и застойных зонах перетекающей жидкости, налипая на концентраторы солеотложений (шероховатые поверхности с высокой адгезией, продукты коррозии, отложения солей первой группы). Распространенные представители данной группы: кварц SiO2, пирит FrS2, полевые шпаты, доломит, гидрослюдистые минералы.
Третья группа — продукты коррозии, образующиеся на поверхностях рабочих органов при воздействии агрессивной среды. При перекачке пластовой жидкости на рабочие органы воздействует сложная по составу агрессивная среда, которая содержит углеводороды, воду, хлориды, сульфаты,органические кислоты, сероводород, диоксид углерода. Действие среды усугубляется периодически закачиваемой серной или солянойкислотой в целях промывки насоса от солей. В результате происходит сложный, многостадийный процесс коррозии, а его продукты — разнообразные агрегаты, окрашивающие солеотложения в коричневый, бурый, черный цвета. Коррозия приводит к разрушению гладкой поверхности рабочих органов и служит дополнительным центром кристаллизации.
Данные соединения представлены в основном сульфатами, окислами и гидроокислами. Самые распространенные представители данной группы: трехсернистое железо Fe2S3, куприт Cu2O, атакамит Cu2Cl(OH)3, магнетит Fe3O4. Особенно действие агрессивной среды и процессы коррозии усиливаются при большой обводненности (более 80 %). Исходя из состава солей и процессов их отложения можно выделить в три основные причины солеотложения в рабочих органах ЭЦН.
Первая причина – это определенный состав пластовой жидкости: высокая обводненность (более 80%), наличие растворенных и нерастворенных природных минералов, а также агрессивной среды.
Вторая причина — эксплуатационная:
• изменение термобарических условий в скважине либо в насосе, приводящее к выпадению в осадок некоторых соединений первой группы. Так, смещение рабочей зоны в левую часть гидродинамической характеристики приводит к увеличению кавитационных процессов,повышению температуры перетекающей жидкости и как следствие выпадению в осадок, в частности, карбоната кальция;
• смешивание пластовых вод с закачиваемыми водами иного состава при мероприятиях ППД может привести к образованиюсолеобразующих соединений и агрессивной среды.
Третья причина — конструктивное исполнение ЭЦН:
• образование вихревых и застойных зон;
• адгезия, т. е. сцепление приведенных в контакт разнородных твердых или жидких тел (фаз);
• коррозия поверхностей рабочих органов; при этом она приводит к разрушению гладкой поверхности и служит дополнительным очагомкристаллизации отложений;
• кроме того, процесс солеотложения связан с проявлением сил электростатического характера (возникновение гальванопар).
Процесс образования отложений имеет адсорбционный механизм(т. е. происходит концентрирование вещества, в данном случае — солеотложений, из объема фаз на поверхности раздела между ними): гидратированные ионы минеральных солей имеют электрический заряд и уже при слабом воздействии с электрически неоднородной поверхностью металла рабочих органов и при малых скоростях потока в застойных зонах выходят из раствора и адсорбируются на поверхностях. Большинство из перечисленных проблем возможно решить, применяя ступени для ЭЦН с низким солеотложением. Главная идея данных ступеней заключается в том, что проточные каналы направляющего аппарата и рабочее колесо выполнены из полимерных композиционных материалов (ПКМ). Учитывая вероятность возникновениявысоких температур и работы в агрессивных средах, были выбраны соответствующие теплостойкие, химстойкие ПКМ.
Применение в данных ступенях ПКМ существенно уменьшает солеотложение, так как они:
1. нейтральны к коррозии (в ряде случаев центрами кристаллизации солей на «металлических» поверхностях являются продукты коррозии);
2. не создают гальванопар;
3. имеют намного меньшую шероховатость по сравнению со своими «металлическими» аналогами т. к. изготавливаются методом литья под давлением в формы с высокой чистотой оформляющих поверхностей;
4. имеют низкую адгезию (способность налипания).Кроме того, малый вес рабочих колес и низкое солеотложение значительно уменьшают вибрацииротора и износ трущихся поверхностей.
В настоящее время ступени проходят успешные испытания в ряде нефтяных компаний. В ОАО «Юганскнефтегаз»сравнительная наработка насоса на отказ по скважине 30218 (фонд солеобразующих скважин, куст 500 А,глубина опускания 2150 м) составила171 сутки против 48 суток до внедрения (ступень из серого чугуна).
В ОАО «Татнефть» наработка насоса на отказ составила 443 суток.