Технология за круглым столом – винтовые насосы кавитационного типа

Евгений Чашин
Директор по маркетингу, Baker Hughes

Кертис Хейде
Менеджер по прикладному инжинирингу, компания NOVMonoflo

Франциско Диаз Телли
Tenaris по оказанию технической поддержки по штанговым насосам по всему миру

Винтовые насосы кавитационного типа хорошо зарекомендовали себя при работе с применением твердых веществ и вязких жидкостей. Хотя разрабатываются новые модели, эксплуатация большинства насосов в настоящее время более ограничена по температуре и по глубине, по сравнению с другими системами подъема. Насосы обладают хорошей производительностью, однако малопригодны для работы с летучими углеводородами из-за агрессивного воздействия на статор, выполненный из резины. В статье перечислен ряд вопросов, относящихся к эксплуатации винтовых насосов кавитационного типа в России и к проблемам, которые могут встречаться при работе с ними. Всегда полезно сравнить замечания по эксплуатации у других операторов, продолжительность службы систем и причины возникших отказов.

Каковы основные преимущества винтовых насосов кавитационного типа перед прочими методами механизированной добычи в России?

Евгений Чашин: Винтовые насосы кавитационного типа превосходно зарекомендовали себя как системы механизированной добычи при работе с тяжелой нефтью, флюидами с содержанием песка и прочих абразивных материалов. Они также эффективны при работе с газосодержащими флюидами (в отличие от обычных ПЭН, использование которых приводит к появлению газовых пробок). Объемный коэффициент полезного действия — еще одна характеристика, превосходящая аналогичный показатель для струйных насосов, станков-качалок, газлифтов и малообъемных ПЭН, что позволит российским компаниям минимизировать эксплуатационные расходы за счет экономии энергии. Винтовые насосы кавитационного типа применяются также в режиме слабого притока.

Кертис Хейде: Винтовые насосы кавитационного типа действуют по принципу осевого насоса с низкой скоростью течения внутренней жидкости, что позволяет минимизировать сбалтывание жидкости, снижая формирование эмульсии и эрозии вследствие выработки сухого остатка. Вот некоторые преимущества винтовых насосов кавитационного типа перед прочими системами механизированной добычи:
»    сокращение капитальных затрат;
»    высокая эффективность насосной установки и системы;
»    снижение способности подтоварной воды образовывать отложения благодаря подвижным отметкам уплотнителя;
»    выработка сухого остатка в большем объеме по сравнению с прочими методами механизированной добычи (МД);
»    низкие расходы на техническое обслуживание;
»    простая настройка для увеличения объемов производства;
»    эффективное производство различных видов вязких флюидов.

Франциско Диаз Телли: Винтовые насосы кавитационного типа представляют собой высокоэффективную систему механизированной эксплуатации нефтяных скважин. Однако, эти насосы являются хорошим решением только в определенной области, а не для всех скважин или месторождений. Можно сказать, что такие насосы подходят идеально для скважин с высоким содержанием песка или для скважин с вязкой нефтью, учитывая их удобную поверхностную установку по сравнению со штанговыми глубинными насосами.
Несмотря на то, что эти насосы требуют меньших капитальных вложений для получения полной системы механизированной эксплуатации, не все операторы знакомы с этой системой.

Какие регионы и какие месторождения оптимально подходят для применения винтовых насосов кавитационного типа?

Евгений Чашин: Месторождения с ограниченными запасами, низкопродуктивные месторождения, новые месторождения с описанными характеристиками. Винтовые насосы кавитационного типа также применяются на тех месторождения, где по желанию клиента существующая старая технология (например, станки-качалки) может быть заменена более технологически совершенной и эффективной системой.

Кертис Хейде: Месторождения тяжелой нефти, преимущественно с выносом песка в процессе добычи, на глубинах менее 6 000 футов. В условиях низких температур, в нефтеносных пластах тяжелой нефти, где невозможно достичь максимальной нормы отбора при использовании иных методов МД в связи с неустойчивостью насосных штанг станков-качалок, низкий уровень перемешивания газа в тяжелой нефти для газлифтных устройств, и на тех месторождениях, где разработка с использованием ПЭН невозможна вследствие того, что точки пересечения кривых показателя IPR и OPR находятся в зоне нестабильности, что связано с определенным риском.

Франциско Диаз Телли: Винтовые насосы кавитационного типа являются очень гибкими, что позволяет прогнозировать им множество разработок и модификаций в будущем и что делает их хорошей альтернативой для использования на различных месторождениях.

Они находят применение, как в неглубоких, так и в глубоких скважинах, как с высокой, так и низкой производительностью. Пределы температур являются основным ограничением этих насосов, но в настоящее время уже есть насосы, которые справляются с этим недостатком. Мы считаем, что основным ограничением является недостаток знаний персонала, работающего на площадке с системой.

В каких доработках нуждается оборудование (скважинное или наземное), используемое в суровых условиях на территории России?

Евгений Чашин: Винтовые насосы кавитационного типа могут использоваться в наклонно-направленных или вертикальных скважинах, при этом в наклонно-направленных скважинах устанавливается новая нижняя часть колонны с системой ESPCP, на поверхности — ЧПС. В вертикальных скважинах возможно применение винтовых насосов кавитационного типа с поверхностным приводом в паре с ЧПС. Система проста в установке, которую можно произвести с помощью обычного оборудования для закачивания скважин.

Кертис Хейде: Для разработки любых винтовых насосов кавитационного типа необходимо провести анализ данных определенной скважины, а также параметров месторождения.  В настоящее время насосные системы NOV работают в жестких внешних условиях во многих странах мира, например в Венесуэле, Канаде, США, Аргентине, Африке, Египте, Албании, Мексике, Колумбии.

Франциско Диаз Телли: Системы винтовых насосов кавитационного типа используются в суровых условиях окружающей среды по всему миру, от Аляски до Австралии. Они адаптированы как к чрезвычайно низким, так и чрезвычайно высоким температурам окружающей среды. Никаких специальных приспособлений для России не требуется, за исключением внимательного подхода к процедуре подбора насоса.

Каким образом можно увеличить объемы производства при минимизации эксплуатационных расходов?

Евгений Чашин: Проведение соответствующих тестов на совместимость скважинного флюида и компонентов винтового насоса кавитационного типа (эластомер) позволяет определить подходящий материал, способный обеспечить долговечность системы и тем самым оптимизировать расходы. В этом типе насосных установок КПД очень высоки за счет низких энергозатрат.

Кертис Хейде: Значительный рост производительности и износостойкости винтовых насосов кавитационного типа возможен благодаря использованию регуляторов и/или скважинных измерительных приборов насосных установок с системой ВЛД.  Оптимизация производства также достигается за счет сокращения риска повреждения насосной установки вследствие низкого КПД насоса.

Франциско Диаз Телли: Если мы включим расходы на техническое обслуживание в оценку стоимости эксплуатационных расходов на промысле, большое количество денежных средств уходит на ремонт всевозможных поломок. Если операторы смогут свести до минимума поломки, они смогут увеличить производственное время скважины и снизить расходы на техническое обслуживание. Чтобы достичь этого, необходимо использовать высоконадежную систему.

Расходы на ремонт неполадок будут аналогичными, будь то неполадка с насосом, насосной штангой, колонной или устьевым оборудованием – поэтому все элементы должны быть тщательно подобраны с целью повышения надежности скважины. Хотя гладкопроходное соединение полого штока и дороже обычного, оно увеличивает срок службы колонны, и оператор может забыть о неполадках на этих двух элементах. Вот это и следует выполнить на всех частях системы механизированной эксплуатации скважин.

Каков средний срок службы ваших систем в условиях России до первой поломки?

Евгений Чашин: Средний срок службы значительно разнится в зависимости от условий скважины (свойства песка, температура, характеристик нефти и т.д.) и может составлять от нескольких месяцев до нескольких лет. Продления срока службы можно добиться за счет особенностей конструкции, установки, ухода и обслуживания. Так, средний срок службы 150 винтовых насосов кавитационного типа нашего клиента в Волго-Уральском регионе превышает 700 дней.

Кертис Хейде: В Канаде средний срок службы установок в регионах с залежами тяжелой нефти и продолжительной добычей песка составляет примерно 12 месяцев.  При применении систем на давно используемых скважинах или скважинах, где производится контроль за откачкой, срок службы составляет примерно 24 месяца, а на скважинах с высокой обводненностью, при добыче нефти среднего или низкого уровня плотности — 36 месяцев.

Франциско Диаз Телли: КомпанияTenaris не производит винтовые насосы кавитационного типа, но мы знаем, что правильное построение системы гарантирует продолжительный срок службы. Как говорилось ранее, важно провести тщательный анализ всех элементов системы и принципа их работы, прежде чем запускать их для работы в скважине.

Каким образом возможно уменьшить износ и увеличить срок службы насоса и оборудования?

Евгений Чашин: За счет выбора оптимальных материалов в зависимости от условий скважины, а также за счет проведения соответствующих тестов на совместимость с флюидом с целью удостовериться в правильности выбора системы в каждом конкретном случае и исключить такие факторы, как чрезмерность вращения или низкий кпд.

Кертис Хейде: За счет автоматизации!  Мониторинг таких данных, как давление на входе в забойный насос, давление на выходе из насоса, а также дебит скважины может помочь в разработке более эффективной стратегии оптимизации.  Также имеет значение правильная конструкция скважины, где верный выбор насоса, системы труб, напорной системы обеспечит высокие показатели времени непрерывной работы на основе определенных данных о скважине, полученных, в том числе, при проведении анализа нефти, газа и воды

Франциско Диаз Телли: Так как контакт между штоком и колонной в системах винтовых насосов кавитационного типа всегда находится рядом с соединительной штанговой муфтой, срок службы колонны обычно короткий, особенно отклоненных скважин. Существует несколько способов увеличения срока службы колонны; один из наиболее распространенных — использование направляющих центраторов, хотя это и не самое лучшее решение.

Как было сказано ранее, гладкопроходное соединение распределяет износ колонны по насосной штанге, вследствие чего дает большие преимущества. По нашему мнению, это является наилучшей альтернативой, так как количество элементов в скважине уменьшается и так как это позволяет увеличить срок службы колонны и штанги.

Расскажите о новейших технологических разработках, применяемых в винтовых насосах кавитационного типа?

Евгений Чашин: Новые эластомеры могут использоваться при более высоких температурах и показателях API, эксклюзивная тормозная система для недопущения повреждения наголовника для забивки обсадных труб вследствие обратного вращения. Теперь мы можем предложить клиентам нашу новую разработку – экологически приемлемую систему уплотнения и новый датчик высоких температур для мониторинга данных о давлении на входе в забойный насос и на выходе из насоса, а также о температуре двигателя.

Кертис Хейде: NOV является разработчиком запатентованной системы No Go Tag™, которая позволяет сократить количество вспомогательных устройств на уровне до всасывающего отверстия,  что обеспечивает свободную проходимость потока во входной канал насоса, доступ через насосно-компрессионные трубы и защищает эластомер при работе змеевика-поглотителя.

Разработкой NOV также является запатентованная система Insert PCP, обеспечивающая работу и извлечение винтовых насосов кавитационного типа на колонне насосных штанг в системе насосно-компрессионных труб. Запатентованная система NOV также позволяет измерять давление в системе насосно-компрессионных труб в процессе установки и извлечения.

Франциско Диаз Телли: Компания Tenaris производит насосные штанги и работает в направлении увеличения надежности и эксплуатационной производительности систем с винтовыми насосами кавитационного типа.

В рамках этой работы стало понятно, что традиционные насосные штанги были созданы много лет назад, когда винтовые насосы кавитационного типа не использовались в нефтяной промышленности, и, поэтому они представляют несколько ограничений, которые снижают надежность системы винтового насоса кавитационного типа. Чтобы решить эту проблему компания Tenaris разработала серию полых насосных штанг с соединением приложения момента затяжки с максимальным крутящимся моментом и пониженной эластичностью (снижение эффекта подкрутки и прерывистого трения). Их гладкопроходные и почти гладкопроходные соединения обеспечивают идеальное применение для отклоненных скважин, увеличивая срок службы колонн. Кроме того они также используются в скважине с традиционными трубными ключами и, поэтому, не требуют специальных инструментов или буровой установки, как другие решения проблем износа штанги и колонны.

Tenaris также разработали исключительную соединительную штангу, которая благодаря диаметральному контакту, увеличивает максимальный крутящий момент соединения и уменьшает тенденцию расслабления во время эффекта подкрутки, в результате чего повышается надежность системы винтового насоса кавитационного типа.

Евгений Чашин
Директор по маркетингу и производству
Baker Hughes, Россия, Каспийский регион
В 2001 году Евгений Чашин закончил МГУ и с 2003 года является сотрудником Baker Hughes. В прошедшие годы он занимал различные должности в головном и международных офисах компании, работая в отделе сбыта, эксплуатации, производства и маркетинга. Основными направлениями его деятельности являются решения для добычи нефти, включая механизированную эксплуатацию и используемые при добыче реагенты.

Кертис Хейде
менеджер по прикладному инжинирингу,
компания NOVMonoflo
Кертис Хейде (Curtis Heide), дипломированный инженер, член Ассоциации дипломированных инженеров, геологов и геофизиков провинции Альберта (APEGGA), Канада.  Окончил Саскачеванский институт прикладных наук и технологий с дипломом по автоматизированному проектированию и производству, а также Университет Лейкхеда со степенью бакалавра машиностроения. В 2009 году Хейде пришел в компанию NOVMonoflo в отдел разработок и проектирования.  Работая в должности менеджера по прикладному инжинирингу, он использует свои знания и опыт, чтобы помогать заказчикам NOV со всего мира решать задачи, связанные с проектированием, производством, оптимизацией и эксплуатацией систем механизированной добычи, применяющихся в разработке современных нефтяных месторождений и к которым предъявляются высокие требования.

Франциско Диаз Телли
Техническая поддержка от компании Tenaris Sucker Rod
по штанговым насосам по всему миру
Франциско Диаз Телли закончил технологический факультет университета Nacional de Cuyo в Аргентине и прошел специализацию инженера-механика в ENISE во Франции. Он также получил степень магистра в университете IAE — Universidad Austral в Аргентине. Господин Диаз Телли имеет свыше 7 лет опыта работы по оказанию технической помощи заказчикам и фактически является руководителем подразделения компании Tenaris по оказанию технической поддержки по штанговым насосам по всему миру.