Новое оборудование ОАО «Алнас» для скважин с осложненными условиями эксплуатации

04.03.2016

Начиная с 2012 года инженеры и конструкторы ОАО «Алнас» (входит в ЗАО «Римера») проводят масштабную модернизацию конструкций насосов и других комплектующих установок ЭЦН,  предназначенных для эксплуатации скважин производительностью до 40 м3/сутки. В результате данной работы была создана новая линейка высокоэффективного погружного оборудования с улучшенными техническими и рабочими характеристиками, основу которой составили ЭЦН в компрессионном исполнении с подачей от 15 до 40 м3/сут, рабочими органами, выполненными из коррозионно- и износостойких материалов, и ступенями с увеличенными проточными каналами. Также были разработаны новые конструкции промежуточных подшипников, газосепараторов, гидрозащит ПЭД и предложены другие технологии, позволяющие повысить эффективность добычи нефти на малодебитном фонде за счет увеличения надежности и снижения энергопотребления применяемого оборудования.

На малодебитные скважины (до 35 м3/сут) приходится порядка 40% действующего фонда большинства российских нефтяных компаний. В связи с этим инженеры ОАО «Алнас» в 2012 году провели полномасштабную модернизацию конструкций низкопроизводительного оборудования, в результате которой были улучшены напорно-энергетические характеристики (НЭХ) ступеней насосов с подачей 15-40 м3/сут (ЭЦНАКИ).

Сегодня мы предлагаем новую технологию эксплуатации малодебитных скважин с применением малорасходных насосов в компрессионном исполнении, ступени которых выполнены из литого нирезиста с импеллерами, с расширенными каналами проточной части. Данный тип оборудования обладает высокими энергетическими показателями. Нам удалось разработать ступень 5-20 с шириной каналов, как у ступени на 125 м3/сут, при этом оптимальная подача сохранилась в заданном рабочем диапазоне. Такой насос лучше работает в условиях высокого содержания свободного газа, механических примесей и повышенного солеотложения.

ОАО «Алнас» выпускает центробежные ступени современной конструкции с импеллерами из литого нирезиста, на которые получен соответствующий патент на изобретение. Максимальная текущая наработка на отказ низкопроизводительных насосов компрессионного типа производства ОАО «Алнас» с подачей 15, 25 м3/сут составляет 1180 сут (по результатам ОПИ в скважинах ОАО «Сургутнефтегаз»).

Для увеличения коррозионной стойкости и износостойкости поставляемых насосов рабочие органы изготавливаются из материалов Niresist и твердый Niresist с улучшенными механическими характеристиками. В отличие от ступеней из порошковых материалов насосы со ступенями из нирезиста в большей степени подходят для использования в скважинах, введенных в эксплуатацию после солянокислотных обработок призабойной зоны и применения ингибиторов солеотложений.

В настоящий момент ОАО «Алнас» – это единственная компания, которая серийно производит малорасходные насосы в компрессионном исполнении. После приработки опорных шайб вся осевая нагрузка воспринимается осевой опорой гидрозащиты. За счет этого КПД компрессионных насосов примерно на 10-15% выше, чем у погружных ЭЦН в традиционном исполнении. Компрессионные насосы надежно работают в левой зоне НЭХ, им не страшны газовые пробки с высоким содержанием свободного газа, всплытия в правой зоне НЭХ не наблюдается, поэтому можно расширить рабочую зону насоса ЭЦНАКИ5-20 до диапазона подачи 10-30 и даже 5-40 м3/сут.

К настоящему времени разработаны насосы производительностью от 40 до 250 м3/сут с плавающей и компрессионной схемами сборки, применяемые в составе установок второго, третьего и четвертого габаритов.

Насосы со ступенями из современных композитных полимерных материалов относятся к числу перспективных разработок нашей компании. Основная конструктивная особенность заключается в новом варианте сборки насоса, а также в конструкции рабочих ступеней из полимера. Полимерные рабочие органы обладают рядом существенных преимуществ по сравнению с металлическими, основные из которых – это высокая чистота проточных каналов, низкая адгезия материала поверхности, отсутствие образования гальванических пар, высокая коррозионная стойкость и износостойкость.

По итогам промысловых испытаний наработка комбинированных ступеней насоса ЭЦН5-35 с рабочими колесами из композитного материала и аппаратом и направляющим аппаратом из нирезиста превысила 1100 сут в скважинах ООО «Римера-Сервис» (г. Нижневартовск).

Все модернизированные модели насосов полностью соответствуют техническим требованиям таких компаний, как ОАО «НК «Роснефть», ОАО «Сургутнефтегаз», ПАО «Башнефть», ОАО «Томскнефть» ВНК, ООО «ЛУКОЙЛ – Западная Сибирь», ОАО «Славнефть» и др.

ПОГРУЖНОЙ ОБЪЕМНЫЙ НАСОС С АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ
В настоящее время завершается разработка погружного объемного насоса с асинхронным двигателем. Расчетный КПД установки на основе данного насоса производительностью 15 м3/сут превышает 70%, в то время как у импортных (китайских) аналогов с линейным приводом КПД составляет порядка 20%. Замена дорогостоящего линейного привода на традиционный асинхронный, который не требует импортных комплектующих, позволила значительно снизить стоимость всей установки.

СТУПЕНЬ НАСОСА 5-160
Еще одна новая разработка нашей компании – это ступень насоса 5-160, которая обеспечивает работу установки в зоне оптимального КПД. Это особенно важно, поскольку соседние насосы – ЭЦН5-125 и ЭЦН5-200 – на подаче 160 м3/сут, как правило, работают за пределами зоны оптимального КПД, что приводит к повышенному износу опорных шайб и снижению ресурса насосов из-за повышенной осевой нагрузки, или циклического всплытия рабочих колес.

ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ ПОДШИПНИК, СОВМЕЩЕННЫЙ С ЦЕНТРОБЕЖНОЙ СТУПЕНЬЮ
В числе перспективных конструктивных решений, разработанных специалистами ОАО «Алнас», стоит отметить промежуточный подшипник, совмещенный с центробежной ступенью. Данная разработка лишена основных конструктивных недостатков, характерных для серийных подшипников, включая неэффективную работу соседних ступеней и отсутствие защиты пары трения от попадания механических примесей. Кроме того, за счет низкого гидравлического КПД в традиционных подшипниках происходит локальный нагрев, увеличивается вероятность солеобразования в паре трения и заклинивания вала.

Новый подшипник, встроенный в направляющий аппарат центробежной ступени, обеспечивает более высокую напорность при длине насоса меньше на 10-15%, а также способствует снижению гидравлических потерь. В новой конструкции промежуточного подшипника исключена вероятность проворота твердосплавной втулки. Соседние колеса играют роль центробежного сепаратора мехпримесей и защищают пару трения подшипника. Со временем подшипник планируется внедрить в конструкцию всех центробежных насосов, предлагаемых ОАО «Алнас». На данную разработку также получен патент.

ДВУХОПОРНАЯ КОНСТРУКЦИЯ СТУПЕНЕЙ ИЗ СЕРОГО ЧУГУНА
В свою очередь, применение новой двухопорной конструкции ступеней из серого чугуна позволяет увеличить напорность насосов в среднем на 30% и, соответственно, сократить число секций установки. Данное техническое решение может заметно повысить маржинальную рентабельность добычи пластовой жидкости. Насосы со ступенями из серого чугуна уже эксплуатируются на объектах ПАО «Башнефть». На данную разработку получен соответствующий патент.

НОВОЕ ПОКОЛЕНИЕ ГИДРОЗАЩИТЫ ПЭД
Отдельно хотелось бы остановиться на конструкционных особенностях гидрозащиты ПЭД нового поколения. Взамен гравитационного лабиринта, признанного ненадежным элементом УЭЦН по причине работы торцевого уплотнения в неблагоприятных условиях и, как следствие, частого выхода из строя, был разработан динамический лабиринт (газовый колокол), который обеспечивает центробежную сепарацию пластовой жидкости и механических примесей. Внутри лабиринта создается газовая область, что исключает проникновение пластовой жидкости в зону торцового уплотнения, отложение солей в поршневой камере и заклинивание поршня за счет отсутствия постоянного контакта с пластовой жидкостью в затрубном пространстве. Отбор тепла происходит непосредственно от поверхности поршневой камеры, то есть устранен «эффект термоса», свойственный для диафрагменного модуля.

Рабочее колесо обеспечивает гарантированный перепад давления, необходимый для надежной работы торцового уплотнения. Габаритная длина протектора примерно на 35% меньше, чем у серийного диафрагменного аналога, и на 55% – чем у поршневого. За счет меньшего числа деталей ремонтопригодность изделия также значительно выше. Данные технические решения запатентованы.

НОВАЯ КОНСТРУКЦИЯ ГАЗОСЕПАРАТОРА
Как известно, газосепаратор также относится к категории ненадежных элементов насосной установки из-за гидроабразивного перерезания корпуса. Основная причина этого – наличие обратных токов, возникающих на входе в осевое колесо при небольшой (вдвое меньше расчетной) подаче. Для примера: шнек рассчитывался на подачу свыше 200 м3/сут, а диапазон подачи насоса составляет всего 25-80 м3/сут. Обратные токи служат ловушкой для механических примесей, концентрация которых быстро возрастает. В результате вращающееся абразивное кольцо начинает перерезать корпус.

Предлагаемое нашей компанией техническое решение позволяет избежать этого недостатка. Разработанные совместно со специалистами РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина газосепараторы превосходят известные российские и зарубежные аналоги как по сепарирующим свойствам, так и по надежности.

Помимо этого, специалистами ОАО «АЛНАС» была расширена линейка электродвигателей с повышенным напряжением, наработка составила порядка 600 суток.

В сервисных центрах ГК Римера проводятся ОПИ кабеля с токопроводящими жилами из алюминиевого сплава. Снижение веса кабеля на 30% приводит к уменьшению нагрузки на колонну НКТ. На сегодня наработка установки с таким кабелем превышает 700 сут, установка продолжает работать без замечаний по эксплуатации.

ПРОЕКТ «БЕЛАЯ СКВАЖИНА»
В заключение хотелось бы напомнить читателю о нашем интегрированном проекте «Белая скважина», в рамках которого не только поставляется коррозионно-стойкое оборудование, включая корпуса и НКТ, но и разработана Система выбора трубного материала, учитывающая содержание коррозионно-агрессивных компонентов в пластовом флюиде.

Алексей Владимирович Трулев , начальник отдела разработки ЦИиР ЗАО «Римера».

"Инженерная практика", №12, 2015

Возврат к списку

Обратная связь