USD 76.4667

0

EUR 90.4142

0

BRENT 42.07

0

AИ-92 43.36

-0.03

AИ-95 47.24

-0.02

AИ-98 53.04

-0.03

ДТ 47.74

-0.03

1245

Проблемы и перспективы развития насосного оборудования для систем ППД

Технология нефтедобычи, основанная на поддержании пластового давления за счет закачки в нагнетательную скважину холодной (пресной, сточной или пластовой) воды, пара, поверхностно активных веществ (ПАВ), сжиженной двуокиси углерода или других агентов, сохранится на ближайшие десятилетия.

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

Источник : Neftegaz.RU