Особенности применения погружных насосов в нефтепромышленности

Нефтяная индустрия является важнейшей отраслью российской промышленности. Важность это природного энергоресурса для отечественной экономики трудно переоценить. Уровень развития нефтепромышленности на данный момент требует постоянной модернизации производимого технологического оборудования, в особенности насосного: совершенствования его конструкции и технологии изготовления, а также повышения энергетической эффективности и конкурентоспособности на мировом рынке. По разным оценкам сейчас на насосное оборудование приходится около 50 % мирового потребления всей вырабатываемой электроэнергии при подготовке и транспорте нефти [1]. 

География нашей страны позволяет с каждым годом обнаруживать все больше месторождений нефти, запасы углеводородов оцениваются примерно в 19 миллиардов тонн. Большую часть из них невозможно добыть. Это связано во многом с климатическими условиями и малой изученностью наиболее перспективных районов для открытия нефтяных месторождений.

Сложность добычи нефти связана также с её физико-химическими свойствами. С ростом глубины залегания изменяются свойства нефти. Чем дальше от поверхности, тем она более легкая, в ней меньше тяжелых (битумных, асфальтено-смолистых) фракций и больше растворенного газа. На глубинах 4-5 тыс. м газонасыщение нефти достигает 1000 м³/т, это в десятки раз выше, чем на малых глубинах [2]. Подбор специальной техники и технологии для извлечения нефти из таких скважин - одна из главных задач направления нефтегазовой промышленности. Для подъёма нефти из скважин большой глубины наиболее подходящим является погружной насос.

Погружные насосы в зависимости от принципа работы силовой установки можно разделить на две категории: бесштанговые и штанговые. В случае бесштангового насоса силовая установка расположена в самом приборе и предназначается для извлечения жидкости наружу. А в случае штангового используется электромотор. Механизм запускает в действие специальная штанга. Ниже подробнее рассмотрим бесштанговый погружной насос.

Погружные бесштанговые насосные установки сочетают в себе главные положительные конструктивных особенности установки штангового глубинного насоса (УШГН) и установок с электроцентробежным насосом (УЭЦН), а так же исключают следующие недостатки этих же способов эксплуатации:

-использование металлоемкого наземного привода;

-использование системы механизмов, преобразующих вращательное движение в возвратно-поступательное;

-использование колонны насосных штанг.

По аналогии с установкой штангового глубинного насоса в бесштанговом погружном насосе используется объёмный типа насоса. Данный насос позволяет производить регулирование подачи без изменения напорной характеристики. И так же, как в УЭЦН для электроцентробежного насоса используется прямой погружной электрический привод.

Рассмотрим устройство погружного плунжерного насоса. Он включает корпус насоса, плунжер насоса, всасывающий клапан, нагнетательный клапан и шток плунжерного насоса. Погружная установка размещается в скважине путём спуска на насосно-компрессорных трубах (НКТ) и силовым кабелем подключается к наземному оборудованию.

В конструкции установки предусмотрен привод погружного плунжерного насоса, который выполнен в виде линейного электродвигателя и имеет цилиндрический корпус с пробкой на конце. Внутри корпуса размещены статор и головка возвратно-поступательного действия, состоящая из вала, на котором установлены постоянные магниты и магнитопроводящие сердечники.  Полости, образовавшиеся внутри корпуса и разделенные между собой статором и головкой возвратно-поступательного действия, заполняются пластовой жидкостью. При этом вал головки возвратно-поступательного действия выполнен полым и через радиальные отверстия соединяет между собой полости, образовавшиеся внутри корпуса. Причём хотя бы одна из полостей сообщается с затрубным пространством через фильтрующий элемент [3].

Основными недостатками данной конструкции являются ограничение силы тяги, вследствие пустотелости вала слайдера и высокой вероятности его насыщения при повышении рабочего тока статора, а также размещение агрессивного расходного материала (ингибитора коррозии) внутри устройства. В связи с этим снижается электрическая надежность устройства и обуславливается существенное увеличение эксплуатационных затрат из-за необходимости частых операций спуска и подъёма для заправки ингибитора.

Рассмотренная установка имеет следующие преимущества:

- повышенная надежность по сравнению с аналогичными установками (ресурс работы увеличивается на 30%), вследствие, оптимизации теплового режима линейного электродвигателя, уменьшения трения, снижения вибраций при движении слайдера.

- обеспечение ремонтопригодности установки, что позволяет снизить трудозатраты при эксплуатации.

- повышение тягового усилия из расчета на единицу длины линейного двигателя по сравнению с аналогами.

В данной статье было рассмотрено устройство погружного бесштангового насоса, его преимущества и недостатки. Исходя из полученной информации, смеем предположить, что именно этот насос в будущем будет наиболее перспективен, так как лучше всех аналогов обеспечивает тяговое усилие и надёжность. В настоящее время насос не пользуется популярностью в связи с существенными эксплуатационными затратами.