Литературный обзор современных технологий в области эксплуатации низкодебитных скважин

Вопрос возможности применения низкопроизводительных УЭЦН и пути оптимизации энергозатрат рассмотрен в работах Якимова С.Б., Каверина М.Н., Тарасова В.П., Ухалова К.А., Сафиуллина Р.Р., Матвеева Ю.Г. и др.

Технологии, которые могут применяться для эксплуатации малодебитного фонда скважин, условно разделены на пять блоков и включают винтовые насосы, низкопроизводительные УЭЦН, штанговые глубинные насосы с наземным приводом, погружные УЭЦН с расширенным диапазоном подач, плунжерные насосы с линейным приводом и вихревые насосы
(рисунок 2.11)

Рисунок 2.11 - Технологии для эксплуатации малодебитного фонда скважин

Опыт внедрения винтовых насосов

Винтовые насосы могут использоваться в скважинах с дебитом 15 м³/сут и ниже, однако эластомеры, которыми они комплектуются, зачастую не подходят для условий эксплуатации в скважинах ПАО «Башнефть».

По итогам проведенных испытаний винтовых насосов разных компаний-производителей успешными были признаны только одни ОПИ – винтового насоса серии ЭОВНБК5 производительностью 6 и 20 м³/сут производства
ООО «ПК «Борец».

В настоящий момент продолжается тиражирование данного оборудования: в 2016 -2018 годы были внедрены по 50 комплектов ЭЦН, еще 12 комплектов планируется внедрить в 2019году.

С отрицательным результатом завершились ОПИ винтового насоса УЭВН производства ООО «ЭЛКАМ», насосов LIFTEQ (Baker Hughes), KUDU («Шлюмберже») и винтового насоса серии УОРН92-10 (АО «Новомет-Пермь»).

В первых двух случаях оборудование не прошло испытания по причине конструктивного недостатка (несовершенство эластомера), которое делает его эксплуатацию невозможной в условиях малодебитного фонда.

 В свою очередь, внедрение насоса KUDU было признано экономически нецелесообразным в связи с его высокой стоимостью.

Проект внедрения винтового насоса серии УОРН92-10 отклонен по причине отсутствия целевого фонда (вязкость – 5 сСт, КВЧ не более 200 мг/л, обводненность не более 40%).

Среди текущих проектов следует назвать ОПИ винтового насоса серии ЭОВНБК5 (ООО «ПК «Борец») производительностью 20 м³/сут с эластомером специального исполнения, рассчитанным на эксплуатацию в скважинах с температурой пластовой жидкости до 120°С.

Опыт внедрения низкодебитных УЭЦН

Низкодебитные УЭЦН также могут применяться в скважинах с дебитом 15 м³/сут и ниже. Из очевидных недостатков данных установок стоит назвать, прежде всего, отсутствие асинхронных ПЭД, рассчитанных на работу с указанной производительностью без перегрева, а также высокие риски засорения рабочих органов насоса мехпримесями и низкий КПД оборудования.

Для проведения ОПИ были выбраны низкодебитные УЭЦН российского производства:

-УЭЦНО5-20 с открытой ступенью производства АО «Новомет-Пермь»;

-УЭЦНДП5-15(25-1.796)-2100 производства ООО «ПК «Борец»;

-УЭЦН ЭЦНО5-25 производства ООО «ПК «Борец»;

-УЭЦНАКИ5-15И, 20И производства ОАО «АЛНАС» (ГК «Римера»): в 2017 году по результатам тендерных процедур внедрены 10 комплектов оборудования.

Испытания низкопроизводительных установок ЭЦНБКИ5-20И производства ПАО «БЭНЗ» и ВНН10Э,15Э,20Э производства АО «Новомет-Пермь» завершились с отрицательным результатом.

В первом случае ОПИ были прекращены по причине низкой наработки УЭЦН (131 сут), во втором – отклонены вследствие отсутствия у завода-изготовителя возможности предоставить на испытания УЭЦН в исполнении Н2-ЛЧ.

В 2017 году были проведены испытания низкопроизводительных
 УЭЦН LX200 (ООО «Лекс»), УЭЦНР-25 (ООО «РЭПН») и УЭЦНАКИ-20 с расширенными проточными каналами (ОАО «АЛНАС»).

Основные показатели эффективности ОПИ установок LX200 включают возможность устойчивой работы оборудования в диапазоне подач 8-40 м³/сут при добыче жидкости с содержанием механических примесей до 2 г/л, а также снижение удельного расхода электроэнергии на 20% (рисунок 2.12).

Рисунок 2.12 - Характеристика низкодебитных УЭЦН LX200 производства ООО «Лекс»

Средняя наработка на отказ УЭЦН LX200 составляет 480 сут.

В задачи ОПИ УЭЦНР-25 производства ООО «РЭПН» входит возможность устойчивой работы установок в диапазоне подач 17-35 м3/сут при добыче жидкости с содержанием механических примесей до 500 мг/л
 (рисунок 2.13).

Рисунок 2.13 - Характеристика низкодебитных УЭЦНР-25 с расширенными проточными каналами производства ООО ПК «РЭПН»

Средняя наработка на отказ УЭЦНР-25 составляет 560 сут.

Следующий проект низкодебитные установки УЭЦНАКИ-20 с расширенными проточными каналами производства ОАО «АЛНАС».

В КПЭ проекта входит возможность устойчивой работы оборудования в диапазоне подач 15-26 м3/сут при добыче жидкости с содержанием механических примесей до 500 мг/л для насосов плавающего типа и до 1000 мг/л – для насосов компрессионного типа (рисунок 2.14).

Рисунок 2.14 - Характеристика низкодебитных УЭЦНАКИ5-20
с расширенными проточными каналами производства ОАО «АЛНАС»

Средняя наработка на отказ УЭЦНАКИ5-20 составляет 515 сут.

Применение УЭЦН с расширенным диапазоном подач производства «Борец – Weatherford»

В статье [16] представлены результаты промысловых испытаний оборудования компании Weatherford изготовленного по совместной
с НПО «Борец» технологии (таблица 2.1).

Таблица 2.1 – Сравнение КПД энергоэффективных и серийных ЭЦН

Насос	Рекомендуемый диапазон подач, м3/сут	К.п.д. насоса, %
		энергоэффективного	серийного
ESP 400-1750	159-334	71	59
ESP 400-2200	199-421	71	60
ESP 400-3000	270-480	64	60
ЭЦНМИК5А-600	480-864	68	61
ЭЦНДП5-35	15-55	51	35

 

Основным параметром, являющимся своеобразным индикатором принадлежности данного типа оборудования к энергоэффективному, является коэффициент полезного действия (к.п.д.). Увеличение к.п.д. УЭЦН на 1 % приводит к снижению потребления электроэнергии в среднем на 1-2 %.

Рассмотрим подробно установку ЭЦНДП5-35, наиболее подходящую для работы с низкодебитными скважинами Игровского месторождения.

Компания «Борец» предложила следующее техническое решение для подачи в диапазоне 10-55 м³/сут – применение оптимально подобранной ступени насоса большей производительности (с большим к.п.д.) на пониженной частоте вращения вала двигателя, т.е. фактически стандартный насос ЭЦН5-45-3460 с частотой вращения 50 Гц с к.п.д. 51 %.

При частоте вращения 34 Гц (или 2040 мин-1) меняется расходнонапорная характеристика, получаем типоразмер ЭЦНДП5-30-1600, при этом к.п.д. не снижается.

На первом этапе ОПИ были получены следующие результаты
(рисунок 2.15): по скважинам с ЭЦНДП5-30-1600 снижение потребляемой мощности в среднем на одну скважину составило 6,2 кВт, удельное энергопотребление снизилось в среднем на 24,3 %.

Рисунок 2.15 - Результаты ОПИ энергоэффективных УЭЦН «Борец – Weatherford»

Еще одна цель, кроме энергоэффективности, которая может быть достигнута за счет подобного подхода, – увеличение наработки на отказ, особенно по фонду скважин, осложненных механическими примесями,так как эксплуатация на пониженной частоте должна позволить снизить абразивный износ рабочих органов насоса.

За счет переноса в Россию производства всего энергоэффективного оборудования стоимость некоторых типоразмеров УЭЦН была снижена. Также компания «Борец» сохранила уровень стоимости суток обслуживания для ЭЦНДП 5-30, ЭЦНМИК 5А-600 и подняла стоимость всего на 15% для моделей ESP.