Расширяя горизонты: новые разработки Новомет в области электроцентробежных насосов

Москва, 24 авг - ИА Neftegaz.RU. 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.

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.

ВРЕЗКА

• 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.

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.

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 200С, 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 180С. 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.

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.

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