Основным оборудованием современной системы ППД нефтяных месторождений являются насосные агрегаты, которыми оснащены наземные кустовые насосные станции (КНС). Перечень применяемых насосных агрегатов различных производителей стран СНГ и инофирм дальнего зарубежья достигает уже более двух десятков. Эффективность нефтедобычи во многом зависит от правильного выбора типоразмера насоса и условий его эксплуатации.
К сожалению, создавшиеся условия рыночных отношений, исторически сложившийся монополизм производителей, отсутствие координации их действий и бесконтрольная самореклама не всегда способствуют оптимальному выбору оборудования. Прежде чем определиться с критериями выбора насосного оборудования, предлагается краткий исторический экскурс его создания.
60-е годы:
- СКБ ПН (г. Сумы - ныне ОАО "ВНИИАЭН") совместно с Сумским насосным заводом (ныне ОАО "СЗ "НАСОСНЕРГОМАШ" - «СЗ «НЭМ») создали и ввели в промышленную эксплуатацию группу насосов типа ЦН 150-200, ЦН 150-150 и ЦН 150-100 для работы в системах ППД. Базовый насос - ЦН 150-200 - горизонтальный, центробежный, секционный, однокорпусной, шестнадцатиступенчатый с гидропятой, выносными подшипниками скольжения с принудительной смазкой, механическими уплотнениями вала с сальниковой набивкой. Частота вращения приводного электродвигателя 3000 об/мин.
70-е годы:
- ВНИИАЭН модернизировал насос ЦН 150-200 в пятнадцатиступенчатое исполнение и совместно с Ясногорским машзаводом разработал и ввел в действие ГОСТ на насосы типа ЦНС для заводнения нефтяных пластов, где насосы ЦНС 180 и ЦНС 500 закреплены за СЗ "НЭМ".
- ВНИИАЭН по разовому заказу для объединения "ТАТНЕФТЬ" разработал, изготовил на своем опытном производстве и провел стендовые приемочные испытания высокооборотного (n = 6000 об/мин) двухкорпусного насосного агрегата АЦН 100-160. После нескольких выходов из строя на НГДУ из-за нарушений условий эксплуатации в промышленную эксплуатацию агрегаты введены не были.
- Принято решение о передаче серийного производства насосов ЦНС 180 на ОАО "СМНПО им. М. В. Фрунзе" (г. Сумы).
- ВНИИАЭН закончил первый этап обследований на местах эксплуатации насосов типа ЦНС 180, проводимых регулярно с 1972 г. Представлены сведения о наработках при перекачивании различных сред, анализ отказов, выводы и предложения по повышению общей надежности и продлению ресурса, улучшению организации обслуживания и ремонтов. На 01.10.1978 г. парк работающих насосов типа ЦНС насчитывал 2145 единиц.
- ВНИИАЭН создал высокооборотный (n = 9000 об/мин) двухкорпусный насосный агрегат АЦНС 180-3200 в коррозионностойком исполнении и провел его стендовые приемочные испытания. После нескольких выходов из строя на НГДУ "Надворная" (Западная Украина) из-за нарушений условий эксплуатации в промышленную эксплуатацию агрегат введен не был.
- ВНИИАЭН совместно с СЗ "НЭМ" создал и поставил первую партию насосов ПЭ 90-180 и ПЭ 90-110 для систем УПГ (установка парогазовая) и УВ (установка водогрейная) в Кинкияк (Актюбинск) и Усинск.
80-е годы:
- СМНПО им. Фрунзе освоил серийное производство насосов типа ЦНС 180. Первая партия выпущена в 1981 г.
- СЗ "НЭМ" модернизировал группу насосов ПЭ 90 и на их базе создал насос ЦНС 63-1900. Впоследствии ВНИИАЭН для этого насоса отработал более экономичную проточную часть, и СЗ "НЭМ" начал производить очередную его модификацию - ЦНС 63-1800.
- СМНПО им. Фрунзе интенсивно ведет работы по повышению эксплуатационной надежности насосов типа ЦНС 180, в том числе для перекачивания сточных вод с повышенным содержанием сероводорода. Совместно с ВНИИАЭН освоил серийное производство коррозионностойкого исполнения этого насоса - ЦНС 180М.
- ВНИИАЭН совместно с СМНПО им. Фрунзе создал высокооборотный (n = 7000 об/мин) насосный агрегат АЦНС 63-3000 оригинального двухкорпусного исполнения. Два насосных агрегата прошли стендовые приемочные испытания, один из них был введен в промышленную эксплуатацию в объединении "ТАТНЕФТЬ", сведения о наработках отсутствуют. Второй не был востребован.
- ВНИИАЭН по договору с ВНИИСПТНефть (ныне ОАО «ИПТЭР», г. Уфа,) разработал техно-рабочий проект насосного агрегата АЦНС 63-1800 в шестнадцатиступенчатом исполнении с частотой вращения приводного электродвигателя n = 3000 об/мин. Эта документация впоследствии стала базой для производства насосов типа ЦНС на ОАО «Воткинский завод».
90-е годы:
- ВНИИАЭН создал высокооборотный (n = 6000 об/мин) двухкорпусный насосный агрегат АЦНУ 63-1000 с оригинальной запирающей системой уплотнения вала. Агрегаты предназначены для закачки в пласт жидкой двуокиси углерода (углекислоты), впервые были оснащены автоматикой на микропроцессорной технике. Два насосных агрегата прошли стендовые приемочные испытания в 1991 г. и были отправлены на монтаж в системах БКНС объединения "Куйбышевнефть". В промышленную эксплуатацию не введены.
- В ЦКТИ им. Ползунова (г. Санкст-Петербург) создан высокооборотный (n = 12000 об/мин) двухкорпусный турбонасос со встроенными подшипниками на перекачиваемой среде. Прошел опытную эксплуатацию, представлялся на выставках. В промышленную эксплуатацию не введен.
Таким образом, к началу 90-х годов все насосные заводы были вооружены своей переработанной документацией и вошли в постсоветские рыночные отношения каждый со своей номенклатурой, не совсем соответствующей требованиям систем ППД.
К этому времени уже определилось конструктивное исполнение насосов. Скромный перечень созданных и не введенных в промышленную эксплуатацию высокооборотных насосных агрегатов в сравнении с тысячами работающих однокорпусных секционных машин типа ЦНС 180 позволяет сделать однозначный вывод - высокооборотные агрегаты не найдут применения в системах ППД по причине усложнения конструкции, жестких требований к условиям эксплуатации и дороговизны. Встроенные подшипники для работы на перекачиваемой среде широкого распространения также пока не получили.
В течение последующих 15 лет снижение дебита нефтяных скважин выявило четкую тенденцию уменьшения подач насосов систем ППД со 180 м³/ч до 90, 63, 45, 30 и даже 15 м³/ч с диапазоном напоров от 1000 до 2000 м. К сожалению, отечественные производители не отреагировали на реальные потребности. ВНИИАЭН, как и все отраслевые НИИ бывшего СССР, переживал трудные времена и не имел резервов для новых разработок и экспериментальных работ. Заводы-производители не имели соответствующих проточных частей для модернизации действующей или создания новой техники. Как следствие, потребительский рынок начал наполняться техникой инофирм. Например, в объединении "ТАТНЕФТЬ" к концу 90-х годов из всего количества наземных насосных агрегатов около 30 % были сумских заводов, 45 % - Воткинского завода и уже 25 % - насосы компании "REDА"(США) на подачу 25 м³/ч. Но проблема оставалась нерешенной.
В конце 90-х - начале 2000-х годов произошел новый виток в развитии насосостроения для систем ППД. И каждый производитель пошел своим путем. Воткинский завод создал и начал широко внедрять группу насосов ЦНС на подачи 40, 60, 90 м³/ч, в том числе со встроенным "полевым" подшипником. СМНПО им. Фрунзе разработал новую проточную часть насоса ЦНС 180 с целью расширения рабочей зоны до 240 м³/ч и более с одновременной модернизацией подшипниковых узлов и концевых уплотнений. СЗ "НЭМ" разработал документацию высокооборотного насоса на подачу 25 м³/ч с напором 1800 м.
На наш взгляд, самыми эффективными были мероприятия, выполненные ОАО «ВНИИАЭН» совместно с кафедрой прикладной гидроаэромеханики Сумского государственного университета в нескольких направлениях:
Первое: проведен комплекс расчетно-экспериментальных исследований новых проточных частей для диапазона подач 25 ÷ 120 м³/ч с экспериментальной проверкой их характеристик в стендовых условиях.
Второе: созданы насосы типа ЦНС с диапазоном подач 45 - 200 м³/ч только за счет замены рабочих органов новыми (рабочих колес, направляющих аппаратов и деталей щелевых уплотнений) в корпусных деталях (крышках и секциях) существующего насоса ЦНС 180. При этом насосы остались привычными и понятными для эксплуатационного персонала. Диапазон напоров от 1000 до 2000 м обеспечивается, как и раньше, количеством ступеней. Изготовлены и внедрены в промышленную эксплуатацию сменные проточные части на базовые подачи 45, 63, 90 м³/ч, а также более экономичная поточная часть для насоса ЦНС 180.
Третье: обеспечены требуемые подачи 15 ÷ 30 м³/ч и напоры до 2000 м путем создания насосных установок с двумя последовательно работающими насосами. Созданы насосные агрегаты ЦНС 30-1000 и ЦНС 30-800, которые в установке обеспечивают требуемые параметры при достаточно высокой экономичности. Такое решение не ново, еще в 20-х годах прошлого столетия в Германии для условий шахтного водоотлива применялись установки с последовательно работающими насосами различной компоновки.
Четвертое: проведены научно-исследовательские и проектно-конструкторские работы с целью создания насосов типа ЦНС с другими известными типовыми конструктивными схемами, повышение их надежности за счет применения прогрессивных износостойких материалов и др. Одним из таких технических решений является конструктивная схема насоса, приведенная на рис. 1, с симметричным расположением рабочих колес типа "спина-к-спине", что позволяет гидравлически разгрузить ротор от осевых сил, устранить самый "слабый" узел - гидропяту и тем самым повысить надежность и ресурс работы. При этом сохраняются привязки по фундаменту и входному патрубку серийно изготавливаемой машины ЦНС 180.
Опытный образец насосного агрегата АЦНСп 180-1050 введен в промышленную эксплуатацию в 2003 г. в Анастасьевской станции ППД НГДУ «Ахтырканефтегаз» (Сумская обл.) и в настоящее время находится в рабочем состоянии. Перекачиваемая среда - сильно минерализованная (солей до 200 мг/л) вода с сероводородом (до 50 мг/л), с песком и сульфатовосстанавливающими бактериями. При общей наработке более 70000 часов межремонтные пробеги составили около 1,5 года, при ремонтах производилась только замена пар трения торцовых уплотнений.
Подводя итоги, можно констатировать, что к 2010 году в странах СНГ образовалось пять основных поставщиков насосного оборудования для систем ППД. Типоразмерный ряд насосов типа ЦНС пока не узаконен, но уже стихийно сформировалась градация параметров по подачам и напорам у различных производителей. Появляющиеся разовые заказы не оптимизируются, изготовление агрегатов выполняется так, как это традиционно сложилось у каждого производителя. Системного подхода нет и пока не намечается. Потребительский рынок уверенно завоевывается инофирмами.
В последние годы в ОАО «ИПТЭР» (г. Уфа) активизировались работы по оптимизации параметров для различных технологических схем систем ППД, разработке методики выбора насосного оборудования, совершенствованию систем диагностики его работы. В развитие результатов научных исследований и конструкторских разработок ОАО «ВНИИАЭН» здесь ведутся работы по модернизации и совершенствованию конструкции насосов типа ЦНС 180. Совместно с ОАО «Воткинский завод» созданы опытные образцы высокооборотных малорасходных насосов с нерегулируемым и регулируемым приводом, получены удовлетворительные результаты их стендовых испытаний. Но для таких специфических насосов в первую очередь должны быть обеспечены требуемые надежность и долговечность работы в эксплуатационных условиях, что проверяется только ресурсными испытаниями- длительными и дорогостоящими.
Чьи же насосы лучше? Не стоит обольщаться - лучшая техника у именитых насосных компаний - KSB, SULZER, FLOWSERVE, EBARA, REDА и других зарубежных корпораций. Как долго эта техника будет работать в условиях наших ППД - трудно сказать. Но наша общая задача - достичь уровня этих насосов и по надежности, и по степени автоматизации, и по культуре эксплуатации.
Но если уж сравнивать, то следует отметить, что экономические показатели насосного оборудования, разработанного в ОАО «ВНИИАЭН», гарантированы, т.к. проточные части для него отрабатывались в специализированых лабораториях этого института и кафедры прикладной гидроаэромеханики СумГУ с экспериментальной проверкой характеристик модельных рабочих органов. Дальнейшая судьба любой машины будет зависеть от качества ее изготовления, условий эксплуатации и культуры обслуживающего персонала. Так что жизнь всё и всех расставит на свои места.
Александр Швиндин
