Надійність елементів електровідцентрових насосів
Так як відмови УЕЦН у більшості випадків пов'язані з відмовами електричної ізоляції кабелів і ПЕД, то можна очікувати, відповідно до закону 10 Кельвінів, що вплив температури на напрацювання УЕЦН буде значним.
У той же час слід мати на увазі, що обмотувальні дроти ПЕД із запеченою поліімідно-фторопластовою ізоляцією можуть тривалий час експлуатуватися в середовищі електроізоляційної олії при температурі до 160 оС та вище. Теплостійкий кабель довжиною 150-200 м, який використовується як подовжувач кабельної лінії УЕЦН, може також тривалий час експлуатуватися при температурі 120-160 оС залежно від марки кабелю. Електрична ізоляція як ПЕД, так і подовжувачів, може витримувати короткочасно при зриві подачі свердловинної рідини, що відкачується, значно вищу температуру. При цьому температура у місці підвіски УЕЦН у нафтових свердловинах Західного Сибіру зазвичай неперевищує 80-90 оС і лише на деяких родовищах досягає 110-120 оС, де в основному використовують УЕЦН у теплостійкому виконанні. Значне короткочасне підвищення температури в місці підвіски УЕЦН при зриві подачі рідини, що відкачує, може призвести до їх відмов.
При цьому зрив подачі свердловинної рідини, що відкачується, практично не пов'язаний з температурою в місці підвіски УЕЦН, що призводить до незначності впливу цієї температури на напрацювання УЕЦН до відмови. При збільшенні обводненості нафтових свердловин відбувається як збільшення зносу робочих органів насосів і збільшення ймовірності зриву подачі рідини, що відкачується, так і зниження концентрації вільного газу в місці підвіски УЕЦН, що зменшує ймовірність зриву подачі відкачуваної насосом рідини. Таким чином, наявність конкуруючих механізмів призводить до значного зниження впливу фактора обводненості на напрацювання УЕЦН до відмови. Динамічний рівень у нафтовій свердловині, який визначається методом відбиття звуку від поверхні рідини, деякою мірою спотворюється у зв'язку з наявністю піни на поверхні рідини. При цьому між виміром динамічного рівня в свердловинах і відмовами в них УЕЦН проходить деякий час, за який цей рівень може значно змінитися, а отже, зміниться і заглиблення УЕЦН під динамічний рівень. Це призводить до незначності впливу заглиблення під динамічний рівень на напрацювання УЕЦН до відмови. Напрацювання повністю УЕЦН, виготовлених на одних і тих же заводах України, при експлуатації на різних родовищах Західного Сибіру значно відрізняється.
Насправді, основний вплив на концентрацію механічних домішок у свердловинній рідині має геологічне будова пласта. З огляду на це дані про 25% відмов ПЕД через експлуатаційні підрозділи нафтовиків видаються завищеними. Вплив ремонтних підрозділів нафтовиків на напрацювання повністю ПЕД становить 6 %. При профілактичних ремонтах ПЕД ремонтними підрозділами нафтовиків зазвичай замінюються на нові заводського виробництва торцеві ущільнення та гумові діафрагми, а також замінюється електроізоляційна олія. За виконання цих операцій ймовірність шлюбуневелика. Так званий шлюб монтажу ПЕД проявляється у період приробітку УЕЦН у нафтових свердловинах (до 30 діб). Ремонтні підрозділи нафтовиків разом із експлуатаційними підрозділами також беруть участь у виведенні УЕЦН на режим. При неякісному виведенні режим можуть проявитися надалі відмови ПЭД. Вплив заводів-виробників на відмови ПЕД становить 13%. У той самий час на насоси, мають значно простішу конструкцію, цей вплив становить 19 % (див. табл. 2).
Можна припустити, що коли напрацювання до відмови УЕЦН становить 100 120 діб, далеко не всі заводські дефекти конструкцій ПЕД встигають проявитися. У цьому випадку відмови ПЕД відбуваються в основному через попадання свердловинної рідини в електроізоляційне масло ПЕД при їх перегріві через зрив подачі рідини, що відкачується. Дійсно, аналіз ПЕД, які відмовили, у яких електричний опір ізоляції дорівнює 0 (Rиз= 0), показує, що в більшості випадків у них спостерігається значне зниження електричної міцності електроізоляційного масла через попадання в нього свердловинної рідини. З табл. 2 слід, що 63 % відмов насосів пов'язані з впливом нафтових свердловин. При аналізі відмов насосів слід пам'ятати, що відмови самих насосів з причини, наприклад, зламу валу відбуваються досить рідко (6-7 %). Наявність у свердловинній рідині високої концентрації механічних домішок і високого вмісту газу на прийомі насоса можуть призвести до зриву подачі рідини, що відкачується. При цьому відбувається значне підвищення температури та відмови електричної ізоляції УЕЦН.
При цьому слід мати на увазі, що вплив термобаричного старіння не є основною причиною відмов електричної ізоляції кабелів для нафтонасосів при напрацюванні УЕЦН до 100-120 діб. У цьому випадку можна припустити, що основною причиною відмов кабелів є часті спуско-підйомні операції УЕЦН та подальші профілактичні ремонти кабелів. Якщо в табл. 1-3 розглянуто загальний вплив нафтових свердловин на напрацювання повністю елементів УЕЦН, то в табл. 4-6 дано аналіз впливу кожного з факторів нафтових свердловин на напрацювання УЕЦН. Так, із табл. 4-6 слід, що найбільший вплив на напрацювання повністю ПЕД, насосів і теплостійких подовжувачів надають механічні домішки в свердловинах. Причини цього впливу розглянуті під час аналізу даних табл. 1-3. Цікавим є розглянути вплив інших експлуатаційних факторів нафтових свердловин на напрацювання вщент елементів УЕЦН.
Близько 15 % відмов насосів пов'язані з обводненностью свердловин, оскільки спостерігається підвищений знос робочих органів насосів у питній воді проти їх зносом у нафти. Це призводить до зриву подачі рідини, що відкачується. Якщо врахувати, що зі зростанням обводненості зменшується концентрація вільного газу на прийомі насоса і, отже, зменшується ймовірність зриву подачі рідини, що відкачується, то дані про 15 % відмов через обводненість можна вважати завищеними. З аналізу даних табл. 6 слід, що вплив на надійність теплостійких подовжувачів аналізованих факторів пов'язано в основному зі зривом подачі рідини, що відкачується, і оплавленням при цьому електричної ізоляції подовжувачів і муфт.
Метод аналізу ієрархій дозволяє на підставі даних таблиць 7-8 отримати відомості про узагальнену дію аналізованихфакторів на ПЕД, насос, подовжувач. Використовуючи твори матриць з таблиць 7, 8, отримуємо узагальнений вплив факторів на елементи УЕЦНТаким чином, при узагальненому впливі факторів, що розглядаються, розподіл відмов елементів УЕЦН наступне: ПЕД — 51 %, насоси — 40 %, подовжувачі — 9%. Результати оцінки надійності елементів УЕЦН, отримані методом аналізу ієрархій, зіставлялися з даними розбирання 1500 УЕЦН, які відмовили у нафтових свердловинах ВАТ «Самотлорнафтогаз» у 2005-2006 роках. Розподіл причин відмов цих УЕЦН такий: геолого-технічні заходи — 20 %, заклинювання насосів — 10 %, зниження електричного опору ізоляції — 27 %, зменшення рідини, що видобувається, — 29 %, відсутність рідини, що видобувається, — 14 %. Розглянуті відмови УЕЦН більш ніж у 70% випадків спричинені високою концентрацією та абразивними властивостями механічних домішок у свердловинній рідині. Отримані дані досить добре збігаються з результатами, отриманими під час використання методу аналізу ієрархії на дослідження надійності елементів УЭЦН (див. табл. 1-8).
Це дає можливість вважати застосування даного методу успішним для оцінки надійності елементів УЕЦН. Відсоток відмов УЕЦН через зниження опору ізоляції кабелів дуже суттєвий. Підвищення якості ізоляції можливе із застосуванням багатофакторного фізико-математичного моделювання технології ізолювання струмопровідних жил [6], а визначення надійності кабелів – за допомогою Байєсовського оцінювання [7].