По мере продолжающегося роста добычи лёгкой нефти доля тяжелой в структуре запасов углеводородов будет возрастать. Во многих промышленно развитых странах мира тяжелая, вязкая нефть рассматривается в качестве основной базы развития нефтедобычи на ближайшие годы. По прогнозам ведущих мировых аналитиков, динамика добычи такого сырья в перспективе будет иметь положительный тренд.
Иными словами, как в ближайшем, так и отдаленном будущем добыча вязкой нефти приобретает ключевое значение.
Традиционно в таких условиях используются установки штанговых глубинных насосов (УШГН) и винтовых насосов (УВН). Но применение первых на начальном этапе строительства площадки и размещения оборудования требует больших капитальных затрат. А для вторых необходимо подбирать тип эластомера для каждой скважины, что увеличивает номенклатуру изделий и количество ошибок при подборе. Применение штанг для привода также ограничивает использование этих установок в горизонтальных скважинах.
Одним из путей решения проблемы является применение объемных насосов с приводом от погружного электродвигателя. Во-первых, отпадает необходимость строительства инфраструктуры скважины, во-вторых, при отсутствии эластомера не требуется индивидуальный подбор насоса.
Проблемы, возникающие при добыче вязкой нефти традиционными способами: плунжерными или винтовыми насосами, можно решить применив погружной насос объемного действия, который получал бы энергию от погружного электродвигателя. В качестве насоса выбран многоступенчатый пластинчатый насос оригинальной конструкции [патент РФ № 2495282] с расположением пластинок в статоре. Общий вид ступени показан на рис. 1.
Объемно-роторный насос пластинчатого типа (далее ОРНП) в сборе показан на рис. 2. Преимущества этого насоса, перед плунжерными и винтовыми, состоят в следующем:
- не используются эластомеры;
- насос может создавать практически любой требуемый напор (путём подбора необходимого кол-ва ступеней);
- может применяться в горизонтальных скважинах.
- проведенные испытания показали возможность его применения для перекачивания высоковязкой нефти, вплоть до 5000 сСт.
Рис. 1. Общий вид ступени ОРНП
Рис. 2 Общий вид многоступенчатого пластинчатого насоса
Успешные испытания опытного экземпляра привели к разработке и изготовлению такого типа насоса в 2-х габаритах. АО «Новомет-Пермь» производит ОРНП в 5 и 5А габаритах. Характеристика каждого насоса представлена ниже.
Изначально, данный насос спроектирован и изготовлен в 5 габарите и направлен для эксплуатации низкодебитных скважин. Совместно с низкооборотным электродвигателем 117 мм, ОРНП5-10 может применяться для э/к от 140 мм.
Характеристики насоса представлены в табл. 1.
Этот насос прошел все заводские испытания, в том числе ресурсные с песком. Для увеличения ресурса элементы насоса выполнены из износостойких материалов.
В том числе насос прошел опытно-промышленные испытания в различных нефтяных компаниях, как в России, так и за рубежом.
Таблица 1. Характеристики ОРНП5
Хотелось бы отметить, что объемные насосы имеют лучшие характеристики при работе на вязкой жидкости. Проведенные испытания подтвердили это.
Напорно-расходные характеристики на разной вязкости, в пересчете на одну ступень, приведены на рис. 3, 4. Видно, что при увеличении вязкости жидкости напор монотонно растет при одном и том же расходе жидкости (из-за уменьшения утечек через зазоры). КПД от вязкости жидкости изменяется также монотонно – при увеличении вязкости растет.
Рис. 3 Напорно-расходная характеристика ступени ОРНП5 на воде (750 об/мин)
Рис. 4. НРХ ступени ОРНП5 на жидкости вязкостью 100 сСт (750 об/мин)
В продолжении развития данного типа насоса разработан ОРНП в 5А габарите c подачей до 50 м3/сут.Как и предшественник, насос в этом габарите прошел все заводские испытания и находится на стадии проведения опытно-промышленных испытаний в разных компаниях в России, и зарубежом.
Как и в 5 габарите элементы ступени насоса выполнены из износотойких материалов.
Характеристики насоса представлены в табл. 2.
Таблица 2. Краткая характеристика ОРНП5А-50
Испытания на разной жидкости подтвердили лучшую характеристику насоса на жидкости большей вязкости. Напорно-расходные характеристики на разной вязкости, в пересчете на одну ступень, приведены на рис. 5, 6. Видно, что при увеличении вязкости жидкости напор растет при одном и том же расходе жидкости (из-за уменьшения утечек через зазоры). Из этого следует вывод, что при работе на вязкой жидкости, нам необходимо применять меньшее кол-во ступеней, соответственно стоимость насоса будет ниже.
Рис. 5. Напорно-расходная характеристика ступени ОРНП5А на воде (1000 об/мин).
Рис. 6.Напорно-расходная характеристика ступени ОРНП5А на жидкости вязкостью 100 сСт (1000 об/мин).
Комплектация ОРНП
Комплектация установки стандартная, как для УЭЦН, отличие в том, что применяется низкооборотный электродвигатель с частотой вращения от 100-1500 об/мин.
Основные элементы установки представлены на рис. 7
Рис. 7 Комплектация ОРНП
Проведен анализ сравнения мощности ОРНП, ЭЦН и ПВЭДН от частоты вращения (см. рис. 8,9).
Рис. 8 Зависимость напора, мощности ЭЦН и мощности ПВЭДН от частоты вращения
Рис. 9 Зависимость напора, мощности ОРНП и мощности ПВЭДН от частоты вращения
Опыт внедрения с погружным электродвигателем
На сегодняшний день мы имеем большой опыт внедрения ОРНП в разных компаниях в России и зарубежом.
В табл. 3 представлены наработки ОРНП в разных компаниях (данные на 20.05.2019 г.).
Таблица 3 Опыт внедрения ОРНП
Хотелось бы остановиться на внедрении оборудования на Восточно-Мессояхском месторождении.
Известно, что это месторождение осложнено выносом большого кол-ва мехпримесей до 1600 мг/л. При этом вязкость жидкости порядка 300 сСт и температура жидкости 16°С.
Даже в таких условиях успешно завершились опытно-промышленные испытания.
ОРНП может использоваться для замены винтовых насосов с приводом от штанг.
Таблица 4 Краткая характеристика ОРНП с наземным приводом
Схема оборудования представлена на рис. 10.
Процедура монтажа стандартная:
1. Монтаж противоотворотного анкера с МС ОРНП и спуск данного оборудования на НКТ;
2. Фиксация противоотворотного анкера путем поворачивания НКТ;
3. Спуск насосных штанг с якорем шлицевым до соединения с МС ОРНП;
4. Подгонка штанг на устье для соединения с приводом.
Учитывая положительный опыт эксплуатации данного типа насосов при больших частотах вращения, наработка данного оборудования при частотах вращения 100-400 об/мин будет только больше.
Рис. 10 Схема ОРНП с приводом от наземного электродвигателя.
Заключение
Подводя итог сказанному, отметим:
В АО «Новомет-Пермь» для добычи вязкой нефти предложена оригинальная конструкция объемно-роторного насоса, которая имеет ряд преимуществ перед другими видами машин объемного типа. Путем подбора необходимого числа ступеней данный насос может создавать практически любой требуемый напор, применяться в скважинах с горизонтальным участком.
Напор ОРНП на вязкой жидкости на порядок выше, чем у аналогичных малодебитных центробежных насосов. В отличие от них, напор данного насоса с увеличением вязкости растет. Благодаря новому оборудованию удастся сократить затраты на добычу нефти вообще, и особенно – на добычу вязкой нефти.
Широкий диапазон регулирования частоты вращения позволяет регулировать подачу в широком диапазоне в отличие от ЭЦН.
Отсутствие эластомера в конструкции насоса позволяет делать более простой подбор насоса для скважин.
Ввиду отсутствия эластомера насос работоспособен до температуры 170°С.
При проведении ОПИ в ООО"ЛУКОЙЛ-Пермь" достигнуто снижение удельного энергопотребления на 1 м3 добываемой продукции в 2,6 раза по сравнению с предыдущей эксплуатацией ЭЦН.
Установки ОРНП производства АО «Новомет-Пермь» успешно проходят эксплуатацию на многочисленных месторождениях России и зарубежом. При этом максимальная наработка превысила 1400 суток.
