Москва, 24 авг - ИА Neftegaz.RU. АО «Новомет-Пермь» – инновационная компания, ее специалисты находятся всегда в поиске новых, более совершенных решений для нефтедобычи. В среднем в год в работе находятся около 80 новых проектов, почти половина из которых – проекты по разработке новых ступеней ЭЦН или совершенствованию характеристик существующих серийных моделей. О наиболее значимых из них хотелось бы поговорить в этой статье.
1. ColibriESP – УЭЦН сверхмалого габарита, монтируемые на грузонесущем кабеле без бригады подземного ремонта скважин.
Задача осуществления монтажа УЭЦН без бригады и оборудования подземного ремонта скважин, пожалуй, одна из самых интригующих за последние несколько лет. Специалисты «Новомет» разработали, испытали и внедрили в промысловых условиях оборудование и технологию монтажа за одну операцию, без предварительной подготовки колонны НКТ или усложнения конструкции верхнего заканчивания скважины.
Насосная установка спускается в скважину на специальном грузонесущем кабеле, который также отвечает за подвод питания к электродвигателю и передачу данных системы телеметрии. Установка благодаря сверхмалым габаритам (от 55 мм) монтируется внутри стандартной колонны НКТ. Все соединения новой УЭЦН - бесфланцевые. Простая конструкция данного соединения не требует дополнительной квалификации монтажников и существенно ускоряет монтаж. Данная технология позволяет провести спуск в скважину со скоростью до 1 м/с, и сократить время на замену УЭЦН до 5-7 раз.
Установка поставляется вместе с комплектом заканчивания скважины (пакерной компоновкой, клапанами безопасности и обратными клапанами), позволяющим монтировать УЭЦН за одну СПО с привлечением минимума наземного оборудования и персонала. Монтаж осуществляется с помощью автокрана (кран-борта), спуск – с помощью геофизического подъемника или лебедки, установленной стационарно или на автомобильном шасси.
Запорно-фланцевая арматура оборудуется дополнительными противовыбросными устройствами и быстроразъемным соединением лубрикатора(опционально). Это позволяет проводить монтаж и спуск ЭЦН без глушения скважины, без привлечения сил и техники бригады КРС.
На момент подготовки статьи для технологии ColibriESP уже разработан и испытан целый ряд насосных ступеней в габаритах 2, 2А и 3 с номинальной частотой вращения 8500 об/мин (Таблица 1). Максимальная подача установки для эксплуатационной колонны 73 мм (наружный диаметр ЭЦН - 55 мм) составляет 150 м3/сут, а для колонны 114 мм (наружный диаметр ЭЦН - 81 мм) – 930 м3/сут. Максимальный напор - 3500 метров.
Таблица 1. Типоразмеры ColibriESP.
|
Габарит |
Наружный диаметр ЭЦН |
НКТ, дюймов |
Типоразмеры ступеней (подача указана при 2910 об/мин) |
Номинальная частота вращения |
Номинальные подачи при номинальной частоте |
Максимальный напор |
|
2 габарит |
55 мм |
2 7/8 |
2-28 2-50 |
8500 об/мин |
80 м3/сут 150 м3/сут |
3500 м |
|
2а габарит |
68 мм |
3 1/2 |
2А-20 2А-30 2А-50 2А-100 |
8500 об/мин |
60 м3/сут 90 м3/сут 150 м3/сут 300 м3/сут |
3500 м |
|
3 габарит |
81 мм |
4 4 1/2 |
3-25 3-40 3-80 3-140 3-200 3-320 |
8500 об/мин |
70 м3/сут 120 м3/сут 230 м3/сут 400 м3/сут 580 м3/сут 930 м3/сут |
3500 м |
2. Новая линейка УЭЦН для малодебитных скважин.
Малодебитные УЭЦН позволяют стабильно работать в диапазоне подач
8 - 40 м3/сут., обладают повышенной надежностью, меньшей длиной и массой по сравнению с серийными аналогами.
При разработке малодебитных УЭЦН специалисты компании «Новомет» применили технологию Power-Save, главные принципы которой – применение насосных ступеней с повышенным КПД, приводимых с помощью погружного вентильного электродвигателя, и работа на повышенных частотах вращения (до 6000 об/мин). Аналогичная технология применяется в энергоэффективных УЭЦН «Новомет», но в данном случае ее применение обусловлено помимо снижения энергопотребления решением несколько иной задачи.
Накопленная статистика внедрения как серийных, так и энергоэффективных установок показывает, что уровень КПД влияет не только на затраты электроэнергии, но и напрямую - на надежность оборудования. Была выявлена корреляция паспортных значений КПД насоса и двигателя со средней наработкой оборудования.
Это может объясняться тем фактом, что энергия, не затраченная непосредственно на подъем жидкости, идёт на ее нагрев и нагрев оборудования, вибрацию, износ. Это, в конечном счёте, и приводит к снижению наработки. Таким образом, применение в установке насоса и двигателя с повышенными КПД (через эти узлы обычно происходит до 90% энергопотерь) ведет к синергетическому эффекту как снижения затрат электроэнергии, так и к росту надежности.
- Уровень КПД малодебитных ступеней «Новомет» значительно превосходит КПД отечественных и импортных аналогов.
- За счет высокого КПД и сниженной мощности удалось добиться значительного снижения перегрева перекачиваемой жидкости.
- Снижение перегрева положительным образом сказывается на эксплуатационной надежности и наработке УЭЦН, что подтверждается накопленным опытом эксплуатации.
Сегодня «Новомет» выпускает линейку малодебитного оборудования на базе ступени 5-20Э (КПД 46%). Дополнительно ведутся разработки ступени 5-7Э и 5-10Э. На одном из вариантов 5-10Э удалось получить КПД на уровне 40%, 5-7Э – 33%. Цель данной разработки – получить производительность 12-15м3/сут. при частоте вращения более 3600 об/мин. Наилучшие характеристики оборудование показывает при эксплуатации на частотах вращения от 4000 об/мин и выше (табл. 2).
Таблица 2. Типоразмеры малодебитных УЭЦН «Новомет».
|
Базовая ступень |
Установка |
Номинальная частота вращения |
Напор на ступень, м |
КПД% |
|
5-7Э |
ВНН5-7Э (2910) |
2910 |
3,75 |
33 |
|
ВНН5-10Э (4160/7Э) |
4160 |
7,66 |
35 |
|
|
ВНН-15Э (6000/7Э) |
6000 |
15,9 |
38 |
|
|
5-10Э |
ВНН5-10Э (2910) |
2910 |
3,45 |
40 |
|
ВНН5-15Э (4365/10Э) |
4365 |
7,77 |
43 |
|
|
ВНН5-20Э (5820/10Э) |
5820 |
13,81 |
46 |
|
|
5-20Э |
ВНН5-20Э (2910/20Э) |
2910 |
3,66 |
46 |
|
ВНН5-25Э (3640/20Э) |
3640 |
5,72 |
48 |
|
|
ВНН5-30Э (4370/20Э) |
4370 |
8,23 |
49 |
|
|
ВНН5-35Э (5100/20Э) |
5100 |
11,2 |
50 |
Благодаря сниженному перегреву и высокой надежности, малодебитные УЭЦН рекомендованы к применению в скважинах часто ремонтируемого фонда, скважинах с частыми отказами по солеотложению, а также для вывода на постоянный режим из периодической и кратковременной циклической эксплуатации.
3. Насосы ЭЦН с расширенной рабочей зоной.
ImpalaESP – новая насосная установка, разработанная и выпускаемая специалистами «Новомет» для устойчивой работы в скважинах с нестабильным притоком, резкими его скачками и падающей добычей (например, в сланцевых пластах, низкопроницаемых коллекторах, месторождениях на поздней стадии разработки), исключая при этом необходимость подъема и замены оборудования при изменении темпов добычи.
Специально спроектированная геометрия проточной части ступени ImpalaESP обеспечивает низкое значение осевой силы во всем диапазоне подач, за счет чего и достигается более широкая рабочая область. УЭЦН может быть выполнена в плавающей сборке, что снижает закупочную стоимость для заказчиков. Установка комплектуется как вентильным, так и асинхронным электродвигателем, что позволяет работать с типовыми станциями управления без частотного преобразователя.
На сегодня проведены ресурсные испытания и готовы к промысловому внедрению насосы плавающей схемы сборки с диапазоном подач 70-360 м3/сут (номинальная подача 280 м3/сут, 5А габарит). 20 установок ImpalaESP проходят опытно-промышленные испытания в Аргентине.
Кроме того, «Новомет» выпускает целый ряд более традиционных насосов, также доступных в исполнении с расширенной рабочей зоной (табл.3). В этом случае широкий диапазон обеспечивается схемами сборки, более устойчивыми к повышенному износу и абразиву – пакетной и компрессионной.
Таблица 3. Типоразмеры УЭЦН с расширенной рабочей зоной «Новомет» с пакетной и компрессионной схемами сборки.
|
Габарит |
Типоразмер |
Наружный диаметр |
Диапазон подач |
КПД |
|
5 |
ВННР5-500 |
92 мм (3.62 дюйма) |
125-600 м3/сут |
66% |
|
ВННР5-60 |
92 мм (3.62 дюйма) |
10-80 м3/сут |
58% |
|
|
ЭЦНР5-140Э |
92 мм (3.62 дюйма) |
35-180 м3/сут |
65% |
|
|
ЭЦНР5-210Э |
92 мм (3.62 дюйма) |
55-250 м3/сут |
60% |
|
|
ЭЦНР5-320Э |
92 мм (3.62 дюйма) |
80-400 м3/сут |
67% |
|
|
ЭЦНР5-400Э |
92 мм (3.62 дюйма) |
100-480 м3/сут |
66% |
|
|
5А |
ВННР5А-100Э |
103 мм (4.06 дюйма) |
30-160 м3/сут |
67% |
|
ВННР5А-100Э |
103 мм (4.06 дюйма) |
30-160 м3/сут |
65% |
|
|
ВННР5А-165Э |
103 мм (4.06 дюйма) |
45-200 м3/сут |
65% |
|
|
ЭЦНР5А-320Э |
103 мм (4.06 дюйма) |
80-400 м3/сут |
70% |
|
|
ЭЦНР5А-410Э |
103 мм (4.06 дюйма) |
105-500 м3/сут |
73% |
|
|
ЭЦНР5А-500Э |
103 мм (4.06 дюйма) |
125-600 м3/сут |
71% |
|
|
ВННР5А-700 |
103 мм (4.06 дюйма) |
175-900 м3/сут |
62% |
|
|
ЭЦНР5А-200Э |
103 мм (4.06 дюйма) |
50-245 м3/сут |
65% |
|
|
7А |
ЭЦНР7А-300Э |
136 мм (5.35 дюйма) |
75-420 м3/сут |
67% |
|
ЭЦНР7А-500Э |
136 мм (5.35 дюйма) |
300-700м3/сут |
70% |
|
|
ЭЦНР7А-750Э |
136 мм (5.35 дюйма) |
200-900 м3/сут |
78% |
|
|
ЭЦНР7А-1000Э |
136 мм (5.35 дюйма) |
250-1300 м3/сут |
73% |
|
|
ЭЦНР7А-1600Э |
136 мм (5.35 дюйма) |
400-2000 м3/сут |
79% |
4. Энергоэффективные установки «Geyser» для водозаборных скважин и геотермальной энергетики.
УЭЦН, предназначенные для подъема геотермальных вод – новое направление компании, но одно из приоритетных.
Специалисты «Новомет» применили существующие технологии ЭЦН, доказавшие свою надежность и эффективность при эксплуатации высокодебитных и высокотемпературных нефтяных скважин, и применили ряд ноу-хау, специально разработанных в ходе проекта.
Теперь данная технология применима к еще более суровым, экстремальным условиям добычи геотермальных вод. Новая установка получила название «Geyser».
Помимо повышенной надёжности всех основных узлов и способности работать при температуре перекачиваемой жидкости до 200°С, «Geyser» позволяет экономить заказчикам до 50% затрачиваемой электроэнергии, что особенно важно для геотермальных электростанций, главный бизнес которых – выработка и продажа электроэнергии.
Для производства энергии требуется энергия!
Установки «Geyser» в Турции и Исландии позволили сократить до 50% затрат электроэнергии при добыче геотермальной воды по сравнению с оборудованием, применявшимся раннее.
На сегодняшний день предлагается 6 типоразмеров УЭЦН «Geyser» с подачами от 4000 до 12 000 м3/сут и КПД до 77%. Установки комплектуются как асинхронными, так и вентильными двигателями мощностью до 1,2 МВт.
Пилотной площадкой для промышленных испытаний данного оборудования стала Турция. Всего в скважинах этой страны находятся более 30 установок с максимальной наработкой 470 суток. Температура добываемой жидкости находится в пределах 150 – 180°С. В 2020 году началось внедрение УЭЦН «Geyser» в Исландии.
5. Центробежные насосные системы для перекачки жидкости и поддержания пластового давления.
Насосы типа ЦНС предназначены для закачки в нефтеносные пласты пресных и нефтепромысловых вод, а также для перекачки воды, нефти и нефтепродуктов. Приводом для насосов служат промышленные асинхронные наземные электродвигатели.
Отличительные особенности данных насосов – больший (по сравнению с УЭЦН) габарит ступеней (диаметр), но значительно меньшая длина. Это удобно, так как данные насосные системы размещаются горизонтально на поверхности земли (фундаменте), либо устанавливаются в блок-бокс с системами автоматизации, вентиляции и грузоподъемными механизмами.
Кроме того, данные насосы обладают более высокой производительностью (для сравнения: серийные электроцентробежные насосы перекачивают до 6300 м3/сут, Geyser – до 12 000 м3/сут, а новые насосы ЦНС – до 20000 м3/сут.).
На данный момент компанией Новомет разработаны, изготовлены и успешно испытаны ступени для насосов ЦНС (как отдельные ступени, так и насосы ЦНС в сборе) с номинальными подачами 70, 120, 210, и 670 м3/час и выше. Результаты испытаний показали значение КПД до 84% (табл. 4).
Таблица 4. Типоразмеры насосов ЦНС производства «Новомет».
|
Типоразмер (подача указана в м3/час) |
Диапазон подач, м3/сут |
Напор на ступень при номин. подаче |
КПД |
|
ЦНС14-70 |
1200 - 2100 |
45 м |
75% |
|
ЦНС16-120 |
2160 - 3600 |
69 м |
79% |
|
ЦНС16-210 |
3840 - 6240 |
69 м |
84% |
|
ЦНС16-670 |
12000 - 20400 |
80 м |
78% |
Ступени насосов ЦНС производятся на новом литейном производстве «Новомет» с применением технологии литья в холодно-твердеющие смеси (ХТС). Литьё осуществляется в одноразовые песчаные формы, напечатанные на 3D-принтере собственной разработки.
6. Модернизированные и новые типоразмеры насосов ЭЦН.
В линейке ЭЦН 7А габарита разработаны модернизированные насосы 7А-300Э1 и 7А-500Э1. Их отличие от существующих серийных заключается в большей напорности, т.е. в большем напоре, создаваемом насосом длиной 1 метр. Повышение напорности составило внушительные 39% для 7А-300Э1 и 36% для 7А-500Э1. Это означает, что в сравнении с предыдущими серийными ЭЦН данные насосы будут в 1,3 раза короче и легче. Также за счет более низкой осевой силы данные насосы могут эксплуатироваться с содержанием механических примесей 500 г/л в плавающем исполнении.
Дополнительно были спроектированы новые типоразмеры в данной линейке 7А-150 и 7А-2500, которые по российским производителям на данный момент не имеют аналогов (табл. 5).
По трем типоразмерам ступеней (ЭЦН4-100М, ЭЦН5А-400М, ЭЦН5А-500М) проведена оптимизация напорно-расходной характеристики - повышение напора и увеличение КПД в точке, соответствующей номинальной подаче насоса.
Для повышения надежности насосов ВНН5А-80, был разработан модернизированный вариант с увеличенным диаметром вала (с 14 до 17 мм). Характеристика насоса при этом сохранилась на прежнем уровне: диапазон подач - 60-100 м3/сут, КПД - 58%, напорность на номинальной подаче – 260 м/м.
Модернизированные ступени ЭЦН заменят ступени предыдущей генерации и в каталоге, и при всех поставках заказчикам.
Таблица 5. Модернизированные и новые типоразмеры насосов ЭЦН «Новомет».
|
Типоразмер |
Заменяемый аналог |
Суть улучшения |
Диапазон подач |
КПД, % |
Напорность насоса на номинальной частоте, м/м |
|
ЭЦН4-100М |
ЭЦН4-100 |
Оптимизирована напорно-расходная характеристика |
75-125 м3/сут |
61% |
150 |
|
ЭЦН5А-400М |
ЭЦН5А-400 |
Оптимизирована напорно-расходная характеристика |
300-500 м3/сут |
64% |
107 |
|
ЭЦН5А-500М |
ВНН5А-500 |
Оптимизирована напорно-расходная характеристика |
375-625 м3/сут |
65% |
79,5 |
|
ВНН5А-80М |
ВНН5А-80 |
Увеличен диаметр вала с 14 до 17 мм |
60-100 м3/сут |
58% |
260 |
|
ВНН7А-300Э1 |
ЭЦН7А-300Э |
Увеличение напорности |
75-420 м3/сут |
66% |
430 (было 309) |
|
ВНН7А-500Э1 |
ЭЦН7А-500Э |
Увеличение напорности |
125-720 м3/сут |
66.5% |
309 (было 226) |
|
ЭЦН7А-150 |
Новый типоразмер |
40-175 м3/сут |
55,8% |
390 – 2910об/мин; 1560 – 5820об/мин |
|
|
ЭЦН7А-2500 |
Новый типоразмер |
1500-3000 м3/сут |
70% |
71 |
|
Мы рассмотрели далеко не все инновационные разработки компании, касающиеся электроцентробежных погружных насосов. В следующих статьях мы продолжим разговор об оборудовании, которое призвано решать проблемы нефтяников – будь то механические примеси или вязкая нефть. Оборудование и технологии для осложненных условий добычи – приоритетное направление деятельности АО «Новомет-Пермь».
Михаил Сидоров
Начальник отдела маркетинга
АО «Новомет-Пермь»
Константин Савельев
Заместитель главного конструктора по ЭЦН
АО «Новомет-Пермь»
Автор: М. Сидоров, К. Савельев
