Конец ХХ века характеризовался увеличением спроса на нефть и газ. В настоящее время около 70% энергетической потребности в мире покрывается за счет нефти и газа.
Увеличение объемов добычи нефти все в большей степени обеспечивается за счет ввода в разработку месторождений, расположенных в отдаленных малозаселенный районах Севера, в зонах залегания многолетнемерзлых пород, в континентальных шельфах океанов и морей. Так же существует тенденция снижения начальных дебитов пробуренных скважин, что меняет отношение к эксплуатации старых месторождений, поскольку общий объем добычи на старых месторождениях возрастает по отношению к добыче на новых. Поэтому усиливается значение механизированных способов добычи нефти, которые являются основными на старых месторождениях. Для поддержания заданных дебитов нефти необходимо откачивать большие объемы жидкости из скважин (нефти и воды), которые могут быть выше, чем дебиты на новых месторождениях.
Совокупность всех естественных и искусственных факторов, определяющих процессы, проявляющиеся в пористом пласте при его дренировании системой эксплуатационных и нагнетательных скважин, принято называть режимом пласта.
Выделяют пять режимов:
-
водонапорный (естественный и искусственный);
-
упругий;
-
газонапорный;
-
режим растворенного газа;
-
гравитационный.
В случаях, когда скважина работает в газонапорном режиме (газовые пробки) и режиме растворенного газа, возможно использование многофазных насосных станций, оасположенных, равноудаленно от группы скважин. По сравнению с традиционными установками по добыче и подготовке нефти метод мультифазной добычи не требует громоздких сепараторов для продукта скважины, раздельного вращающегося оборудования, такого, как насосы и компрессоры, и множества трубопроводов для транспортировки газа и жидкости на установки по переработке. На рисунках рис.1 и рис.2 показано сравнение между способом реализации традиционным методом и с помощью мультифазных насосных станций.
Рис.1.Способ реализации традиционным методом.
А - Сепаратор,
Б - Подготовка воды,
В - Промывной резервуар,
Г - Хранилище сырой нефти,
Д - Резервуар отходов и дренажа,
Е - Резервуар для хранения химреагентов,
1 - Насос для перекачки химреагентов,
2 - Насос товарной нефти,
3 - Насос для пластовой воды,
4 - Насос для отходов дренажа.
Рис.2. Способ реализации с МФНС
А - Сепаратор,
Б - Подготовка воды,
В - Промывной резервуар,
Г - Хранилище сырой нефти,
Д - Резервуар отходов и дренажа,
Е - Резервуар для хранения химреагентов,
1 - Насос для перекачки химреагентов,
2 - Насос товарной нефти,
3 - Насос для пластовой воды,
4 - Насос для отходов дренажа, МФНС - мультифазная насосная станция.
В течении 2015 года группой компаний "Корвет" велась разработка многофазных насосных установок на базе двухвинтовых насосов собственного производства. Двухвинтовые насосные агрегаты уже хорошо зарекомендовали себя при перекачке мазута, нефти, масла и т.д. с содержанием газа до 50%. Изучив принципы работы мультифазных установок, были внесены изменения в конструкцию насосных агрегатов, что позволило перекачивать среды с большим газовым фактором.
Конструкция и принцип работы:
Благодаря конструкции двойной рабочей камеры не создается каких-либо осевых усилий и насосы являются гидравлически сбалансированными. Винтовые пары с противоположным направлением витков устанавливаются в сменной гильзе. Оба винта, изготовленные из цельной заготовки для достижения максимальной жесткости, не соприкасаются друг с другом. Винтовые профили обеспечивают минимальную вибрацию во всем рабочем диапазоне насосов. Крутящий момент передается от ведущего винта ведомому через шестеренчатую передачу с масляной смазкой. Это обеспечивает возможность работы насосов с жидкостью с высоким газовым фактором, загрязненными и сырой нефтью малой вязкости. Валы насоса герметизуются либо двойным либо одинарным уплотнением, которое подвергается действию только давления всасывания.
Конструкция двухвинтового насоса довольно простая, рис.3. Основные части насоса это:
-
Корпус насоса;
-
Винтовая пара, состоящая из ведущего и ведомого вала, с установленными на них, при помощи шпоночного соединения, винтовыми нарезками;
-
Синхронизирующие шестерни, служат для передачи вращения от ведущего вала ведомому, для обеспечения постоянного зазора между винтами, а так же позволяют перекачивать жидкости, не обладающие смазывающей способностью с присутствием механических примесей;
-
Синхронизирующие шестерни находятся в камере, заполненной маслом;
-
Предохранительный клапан служит для недопущения превышения давления в нагнетательной камере. Так же он может служить для поддержания одинакового давления во всасывающей и нагнетательной камере;
-
Торцовые уплотнения, производства компании ООО "Инструментальная компания". По запросу могут быть установлены двойные торцовые уплотнения.
рис.3. Конструкция двухпоточного двухвинтового насоса.
При работе смеси газа и жидкости перепад давлений на каждой ступени может отличаться. В зависимости от процентного содержания газа в перекачиваемой смеси эпюра распределения давления вдоль винта может иметь вид отличный от эпюры при перекачивании жидкости.
При перекачивании многофазной жидкости объем газовой фракции в каждой последующей камере будет уменьшаться, следовательно, будет уменьшаться и количество утечек в каждой камере рис. 4. Распределение давления вдоль винта в этом случае будет иметь параболический характер.
Рис.4 Движение многофазной жидкости в камерах винта.
При высоком содержании газа, выше 90%, и большом давлении нагнетания увеличение давления происходит преимущественно в последней камере. Общий расход смеси на входе в насос складывается из расхода жидкости и расхода газа. Поскольку одной из главных задач многофазных насосов является снижение давления на выходе из скважины, то на входе в насос, как правило, давление выше атмосферного. Объем газа в каждой последующей камере будет уменьшаться. Чтобы поддерживать динамическое уплотнение между винтовой парой и корпусом насоса при высоких значениях газового фактора, предусмотрена внешняя система рецеркуляции для непрерывного ввода жидкости, которая обеспечивает бесперебойную работу при высоких значениях газового фактора и при газовых пробках, а так же способствует отводу выделяющегося при сжатии тепла.
В настоящее время на производственных площадках группы компаний "Корвет" изготавливаются опытные образцы мультифазных насосов, которые будут достойным аналогом импортного оборудования.
