УДК 553.98 (574)

Б. Ж. Жаппасбаев, А.С. Рахатов, Алимбетова А.Б.

(Кызылординский государственный университет им. Коркыт Ата)

АНАЛИЗ ВИНТОВЫХ НАСОСОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В НЕФТЕГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ КАЗАХСТАНА

В последние годы в Казахстане и во многих других нефтедобывающих регионах мира все большее распространение получают новые технологии и технические средства скважинной добычи нефти. Среди них к наиболее перспективным средствам подъема нефти относится установка скважинного винтового насоса с приводом, вращающим штанговую колонну посредством вращения плунжера.

Винтовой насос PC Pump объемного ротационного типа был изобретен французcким предпринимателем René Moineau в 1932 году. Винтовые насосы способны добывать высоковязкую нефть с песком, за что получили признание в мире как наиболее подходящий способ механизированной добычи тяжелой нефти. Наиболее быстро эта технология развивалась в Канаде, где тяжелая нефть составляет одну треть от общей добычи, а содержание песка в новых скважинах обычно находится в диапазоне 15- 30 %. В мире, к настоящему времени работают примерно 40 000 винтовых насосов, 80% из них находятся в Канаде. В 1979 г. в Канаде были установлены первые винтовые насосы на скважинах с тяжелой нефтью, отличающейся высоким содержанием песка. Это снизило эксплуатационные расходы по механизированной добыче с 8 до 3 долл./баррель, сделав добычу тяжелой нефти выгодной, после 30 лет неудачных попыток применения других технологий. Технология и методы эксплуатации нефтяных скважин с помощью винтовых насосов нашли в Канаде широкое применение. Насосы теперь используются для добычи средней и легкой нефти, особенно в скважинах с высокой обводненностью/1/.

KUDU в партнерстве с PCM разработали новые модели насосов с высокой производительностью и напором, а также новые типы эластомеров, способных работать в среде средней и легкой нефти. Винтовые насосы также нашли применение для обезвоживания скважин при добыче угольного метана и природного газа. Применение винтовых насосов снижает капитальные и операционные затраты на 25–95 % по сравнению с другими видами мех. добычи. Эффективность увеличивается на 40–80 % и транспортные расходы снижаются, так как винтовая насосная система имеет компактную конструкцию и легко монтируется на скважине.

Преимущества винтовых насосов:

· Способность поднимать тяжелую высоковязкую нефть

· Способность прокачивать большие объемы песка

· Способность выдерживать большое количество свободного газа

· Высокое сопротивление абразивному износу

· Низкий уровень образования эмульсии

· Низкие капитальные затраты и расходы на энергию

· Простота монтажа и сервисного обслуживания

· Компактное наземное оборудование

Компоненты винтовой насосной системы

Основными компонентами насосной системы можно считать:

• винтовой насос

• колонна насосно-компрессорных труб

• штанговая колонна

• привод винтового насоса

• система передачи энергии

• источник энергии

Насосная система может так же включать дополнительное оборудование: хвостовик, газовый сепаратор, противоотворотный якорь, виброгаситель, штанговые или межштанговые центраторы, вращатель НКТ и шкаф управления насосной системой.

Рис.1. Винтовой насос

Разработки в производстве винтовых насосов. Высокотемпературные статоры

При высокой температуре, скажем около 100 °C, тепловое расширение эластомера вызывает существенную деформацию полостей. Эта деформация является следствием неодинаковой толщины эластомера по периферии трубы статора. Она вызывает ухудшение уплотнения между полостями и, следовательно, эффективности насоса. Исследуются два способа решения этой проблемы:

a) Отливать статор так, чтобы полости имели подходящий профиль при высокой температуре, скажем, около 110 °C. Тогда при выборе соответствующего размера ротора температурный диапазон, возможно, составит от 80 до 140 °C.

b) Изготовление статора с одинаковой толщиной эластомера, «uniform wall stator» Компания Kudu совместно с РСМ работает над усовершенствованием формулы клея который используется для приклеивания эластомера к трубе статора. Новая формула клея повысит рабочий диапазон насоса с 198 эластомером до 150°С.

Новая разработка - насос «Vulcain», прошел успешные испытания и внедрен в серийное производство. Уникальность этой разработки заключается в том что в нем использован металлический статор, т.е. без эластомера. В процессе работы ротор находится в контакте с металлическим геликоидом статора. Такая конструкция позволяет насосу работать в высокотемпературной среде, до 350°С, при добыче нефти с использованием термического воздействия на пласт. Несмотря на отсутствие эластичности эластомера, насос справляется с содержанием мехпримесей до 5%.

Рис.2. Высокотемпературные винтовые насосы

Покрытие ротора

Компания Kudu разработала специальное покрытие для ротора - «tough coat», которое является прекрасной альтернативой хромовому покрытию. Процесс покрытия роторов состоит из напыления специального металлического порошка на предварительно подготовленный ротор с последующим нагревом ротора до температуры сплавления металлов. Полученное покрытие отличается высокой твердостью по сравнению с хромовым покрытием и, как следствие, лучшей стойкостью к абразивному износу. Но основное его преимущество в том, что это покрытие имеет высокую стойкость в коррозийной среде/1/.

Вставные насосы

Вставные винтовые насосы спускаются в НКТ и поднимаются на поверхность с колонной насосных штанг как единый блок, в отличие от стандартных трубных насосов, которые требуют двух отдельных спускоподъемных операций: одна для статора с колонной НКТ, а другая для ротора с колонной насосных штанг. Вставные винтовые насосы фирмы KUDU снижают время простоя и расходы по обслуживанию буровой, т. к. установка и подъем насоса осуществляются во время СПО насосных штанг, устраняя необходимость подъема НКТ в случае замены насоса. Все насосное оборудование может быть установлено или поднято на поверхность при помощи установки для обслуживания скважин/подъема насосных штанг или установкой для промывки скважины, снижая тем самым расходы на СПО на 40-50%. Жесткое замковое соединение и узел с сальниковым уплотнением смонтированы на насосе, что в свою очередь позволяет автоматически расположить насос в интервале его установки и надежно фиксирует его в посадочном гнезде внутри колонны НКТ. Специальная муфта закрепляет ротор на конце колонны насосных штанг. При подъеме колонны насосных штанг муфта приводит в действие замковое соединение/2/.

Какие установки используют в Казахстане?

Наиболее распространённым в Казахстане механизированным способом добычи нефти в малопродуктивных скважинах являются штанговые скважинные установки (УСШН) и высокодебитные установки электроцентробежных насосов (УЭЦН), зачастую работающие с остановками на приток.

Основной проблемный вопрос эксплуатации скважин, оборудованных УЭЦН, заключается в более высоком уровне затрат на тонну добываемой нефти. Применение УСШН не всегда позволяет сохранить текущий уровень добычи в связи с ограничениями по вязкости добываемого флюида и нагрузок по глубине спуска насоса. При добыче жидкостей повышенной вязкости, с высоким содержанием механических примесей и газа применение традиционных механизированных способов малоэффективно/3/.

Рис.3. Штанговые скважинные установки

Рис.4. Установки электроцентробежные насосы

ВЫВОДЫ

Малая энерго- и металлоемкость поверхностного привода установок, возможность использования серийно выпускаемых насосных штанг, высокий КПД, простота и надежность рабочих органов насосов, широкий диапазон производительности позволяют УСВН уже на современном этапе успешно конкурировать с традиционными средствами подъема жидкости из скважин.

Молодые специалисты в нефтяной сфере предлагают заменить существующие насосные установки в скважинах с высокой вязкостью, большим содержанием механических примесей, высоким пескопроявлением и относительно небольшой глубиной на винтовые насосные установки. Они позволят сократить расходы на эксплуатацию и существенно удешевят затраты на извлечение тонны нефти. Ведь в Казахстане много маленьких залежей нефти с небольшим дебитом, но из-за дороговизны эксплуатационных расходов на добычу одной тонны нефти при использовании (УСШН) или (УЭЦН), процесс отбора нефти становится не рентабельным. С повсеместным внедрением винтовых насосных установок мы, наконец, сможем добывать нефть не только на больших месторождениях, но и мелкие залежи станут вызывать интерес у нефтяников Казахстана.

ЛИТЕРАТУРА

1. Руководство по эксплуатации винтового насоса Куду

2. Персиянцев М. Н. Добыча нефти в осложненных условиях. – ООО «Недра-Бизнесцентр», 2000.-653с.

3. Мищенко И. Т. Скважинная добыча нефти: Учебное пособие для вузов. – М: ФГУП Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. Губкина, 2003. – 816 с.