Совершенствование конструкций установки электроцентробежного насоса

IMPROVEMENT OF ELECTRIC CENTRIFUGAL PUMP INSTALLATION STRUCTURES

Vadim Ermukhametov

master’s Degree student,  Tyumen Industrial University, Russian Federation, Tyumen

Аннотация. Задача совершенствования технологической и экономической составляющих эффективности развития месторождения при минимизации капитальных вложений является актуальной темой в нефтегазовой отрасти. Один из вариантов – это совершенствование конструкций УЭЦН.

Abstract. The task of improving technological and economic components of the field development efficiency while minimizing capital investments is a topical topic in oil and gas growth. One option is to improve the design of the electric centrifugal pump installation.

Ключевые слова: энергоэффективность; центробежный насос; энергозатраты; подземный ремонт скважин; энергопотребление; материалы.

Keywords: еnergy efficiency; centrifugal pump; power consumption; underground well repair; power consumption; materials.

Энергоэффективность УЭЦН зависит от многих параметров. Например, чем больше глубина подвески насоса, тем больше будет снижена его энергоэффективность. И причин несколько. Во-первых, увеличиваются потери в кабельной линии, а во-вторых, увеличиваются потери в НКТ. Энергетические характеристики ступеней ЭЦН значительно ухудшаются с увеличением газового коэффициента, даже если мы используем предварительно подключенные устройства разных типов. Энергоэффективность также снижается при углублении динамического уровня - при снижении скважинного давления, в том числе в сложных скважинных профилях и в скважинах с большим отклонением от вертикали. Наличие механических примесей увеличивает коэффициенты трения во всех парах фрикционной муфты и, соответственно, увеличивает стоимость затрат электроэнергии при эксплуатации этого нового типа оборудования. И, наконец, температура. Повышение температуры приводит к тому, что увеличивается сопротивление кабельной линии, ухудшается смазка всех движущихся частей насоса, соответственно, вырастает стоимость электроэнергии для подъема жидкости. Высокая температура не только повреждает изоляцию кабеля, но и значительно снижает проводимость. И поэтому стоит особенно важно заменить старые виды изоляции на более жаропрочные. Согласно некоторым экспериментам, на 1000 м стандартной кабельной линии даже при низких температурах теряется от 9 до 25 кВт, в зависимости от рабочих токов. В реальных условиях падение напряжения может быть настолько большим, что обеспечить нормальный запуск двигателя будет просто невозможно. В большинстве количестве случаев (до 65-66%) причиной отказа насоса становится засорение механическими загрязнениями. До выхода оборудования из строя увеличивается коэффициент трения и начинается соответствующее увеличение затрат энергопотребления.

Все, конечно, зависит от показателя абразивности конкретного вида механических примесей. Некоторые виды механических примесей обычно работают как смазка. Например, тонкие глины работают в качестве тонкой смазки для подшипников скольжения. Но большинство типов механических примесей приводят к уменьшению времени до отказа и увеличению энергопотребления для перекачки жидкости. Чем выше расход насоса, тем эффективнее можно работать даже с большим количеством свободного газа. Малодебитные насосы не могут работать уже при 18-20% свободного газа. Их эффективность и энергоэффективность падают в присутствии всего 5-10% свободного газа. В связи с этим используется множество различных предварительно подключенных устройств. Однако они не всегда играют положительную роль. Во-первых, установки, в которых используется, например, газовый сепаратор, расходуют достаточно большое количество дополнительной энергии. Кроме того, известно, что использование газовых сепараторов провоцирует повышенное осаждение соли, и осаждение соли, конечно, опять же приводит к снижению эффективности, по меньшей мере, из-за того, что коэффициент трения увеличивается и требует большей мощности для работы таких систем.

Другой областью, ​ которая увеличивает энергоэффективность насоса, является использование УЭЦН увеличенных размеров. Несколько лет назад производители насосного оборудования начали тесно заниматься разработкой ЭЦН увеличенных диаметральных размеров, и, более того, для малых потоков. Сегодня в размерных 5A насосы производятся даже по 30 м3/сут. Переход на 5A в скважинах диаметром 146 мм увеличивает подачу ЭЦН на 40% и давление на 15-25%. При этом эффективность ступени увеличивается на 3-10%. Это обеспечивает улучшение работы всех видов оборудования, и в частности снижение стоимости электроэнергии для подъема единицы жидкости.

Все потери в центробежных насосах можно разделить на несколько основных типов. Это, в первую очередь, механические потери, потери в подшипниках, гидравлические потери, гидродинамические потери торможения, которые уменьшают коэффициент полезного действия с точки зрения работы и дисковые потери. Потери диска зависят от скорости вращения до пятого градуса, от диаметра колеса рабочего и вязкости жидкости. Увеличение скорости вращения приводит к резкому увеличению потерь диска. А значит, если с той же перекачиваемой жидкостью удвоить скорость вращения, то у нас эффективность ступени, и, соответственно, мощность насосв упадет примерно на 10-15%.

Сегодня проводится большое количество испытаний новых видов материалов, которые уменьшают коэффициенты трения и увеличивают наработку на отказ. Ведь когда мы говорим об энергоэффективности, нельзя отрывать процесс добычи нефти от процесса подземного ремонта. Мы знаем, каких затрат и в энергетике, и в стоимостном выражении требует каждый подземный ремонт скважин (ПРС).

Новые материалы должны снижать энергопотребление даже при эксплуатации ГНО, а уж тем более в совокупности по эксплуатации и ПРС. Современные покрытия рабочих колес ЭЦН во многих случаях позволяют отказаться даже от химии для защиты от солей и коррозии. Но самое главное с точки зрения энергопотребления – это невозможность отложения солей и механических примесей на этих поверхностях, что увеличивает КПД.

Большинство крупнейших месторождений страны, давно обеспечивших необходимый уровень добычи нефти, вышли на завершающую стадию разработки, но есть потенциал для увеличения добычи.

В этой связи актуальна задача повышения технологической и экономической составляющей эффективности развития месторождения при минимизации капитальных вложений.

Приоритетом является работа по вводу в эксплуатацию бездействующих скважин, а целесообразность ввода каждой скважины должна определяться состоянием добычи запасов нефти, особенностями системы разработки и технико-экономической эффективностью при условии, что КИН утвержденная. Основной причиной бездействия скважин месторождения являются аварийные ситуации. В значительной части таких скважин целесообразно проведение работ по зарезке вторых, в том числе горизонтальных, стволов и переводу скважин на другие объекты. Структура действующего фонда в настоящее время в значительной степени определяется наличием высокообводненных скважин, на работу с которыми должны быть направлены значительные усилия. Основными направлениями дальнейшей работы с фондом скважин на месторождении являются:

- сокращение внеоперационного фонда за счет планирования и реализации целевых мероприятий по бездействующим скважинам (повышение степени извлечения остаточных запасов из системы разработки с учетом многопластового месторождения);

- оптимизация работы эксплуатационного фонда (выбор оптимальных режимов работы скважинного оборудования и пласта, воздействие на призабойную зону и пласт для снижения обводненности пласта, комплексное сочетание работ и воздействия на пласт);

- широкое внедрение новых технологий, которые позволяют повысить эффективность использования общего фонда скважин (вырубка дополнительных горизонтальных скважин, внедрение в больших объемах потоковых методов повышения нефтеотдачи пластов).