Разбуривание и ввод в эксплуатацию скважин краевых зон месторождений НГДУ «Талаканнефть» ОАО «Сургутнефтегаз» постепенно привели к росту малодебитного фонда скважин с УЭЦН. По этой причине еще в 2012 году в рамках реализации инновационного плана компании мы приступили к опытно-промышленным испытаниям одновинтовых насосных установок с низкоскоростным вентильным приводом производства ООО ПК «Борец». После получения положительных результатов ОПИ данный способ эксплуатации скважин получил дальнейшее развитие как позволяющий решить проблему сверхнормативного энергопотребления УЭЦН на малодебитном фонде и перевести скважины периодического фонда на непрерывную добычу.
Хотя универсальной и исчерпывающей альтернативой УЭЦН-15 в силу дороговизны и других факторов установки ЭВН с вентильным приводом не стали, винтовые насосы продолжают и, по всей видимости, будут и в дальнейшем использоваться в НГДУ «Талаканнефть» для решения названных выше задач при эксплуатации малодебитных скважин.

09.07.2017 Инженерная практика №03/2017

Дроган Николай Юрьевич Заместитель начальника ЦИТС НГДУ «Талаканнефть» ОАО «Сургутнефтегаз»

Рост малодебитного и периодического фондов скважин на месторождениях НГДУ «Талаканнефть», прежде всего, обусловлен вовлечением в разработку зон с низкими коллекторскими свойствами пластов и отсутствием компенсации отборов из-за несформированной системы ППД. Рост данных фондов также связан с постепенным снижением коэффициента продуктивности скважин, достигнутого при освоении после бурения, либо изначальным недостижением вводимыми из бурения скважинами проектной продуктивности.

В настоящее время 17% скважин фонда работают со сверхнормативным удельным потреблением электроэнергии. Наибольшую часть этой категории фонда (34%) составляют скважины, оснащенные ЭЦН-15 (КПД ступени 24%), работающие в постоянном и периодическом режимах (рис. 1, 2).

Помимо энергетической составляющей, не менее остро стоит проблема достоверности замеров дебита скважин периодического фонда. С развитием системы мониторинга энергопотребления механизированного фонда скважин ОАО «Сургутнефтегаз» данная проблема стала еще более очевидной, в связи с чем возникла необходимость поиска альтернативного, более энергоэффективного оборудованная в диапазоне малых расходов.

УЭВН С НИЗКОСКОРОСТНЫМ ВЕНТИЛЬНЫМ  ДВИГАТЕЛЕМ

Маркировка одновинтовых насосных установок, поставляемых в НГДУ «Талаканнефть», отличается от распространенной системы обозначения УЭЦН. Вместо оптимального напора используется максимальный динамический напор, соответствующий максимальному давлению, которое может развить насосная пара в скважинных условиях. Так, например, маркировка установки ЭОВНБ 5-10-2000 означает, что ее максимальный динамический напор составляет около 2000 м при производительности 10 м³/сутки. При этом зона работы с оптимальным КПД насоса находится в пределах от 1000 до 1600 м, то есть оптимальный напор будет составлять также около 1300 м, а производительность – около 15 м³/сут, что соответствует ЭЦНД 5-15-1300.

Одновинтовые насосные агрегаты отличаются от УЭЦН как типом привода, так и типом насоса (рис. 3). В качестве привода используется низкоскоростной вентильный электродвигатель (ВЭД) с рекомендуемым диапазоном частоты вращения ротора от 350 до 750 об/мин при технически реализованном диапазоне от 250 до 1000 об/мин. В качестве насоса используется рабочая пара «резинометаллическая обойма – металлический винт», КПД которой (в зависимости от типоразмера) находится в пределах от 40 до 44%.

В НГДУ «Талаканнефть» поставляются установки с винтами производства компании Каechele из стали с износостойким покрытием и обоймой из высоконитрилового каучука с маслобензостойкими и износостойкими характеристиками, рассчитанные на максимальную температуру откачиваемой жидкости 80°С (см. таблицу, рис. 4, 5). Основные требования завода-изготовителя при эксплуатации данного оборудования включают запрет на запуск УЭВН на закрытую задвижку, запрет на регулирование расхода штуцером и исключение промывок лифта в случае отсутствия промывочного клапана.

Среди заявленных преимуществ вентильных электродвигателей перед асинхронными – более высокий КПД (91-92% против 83,5-84,5%), меньшие значения пусковых токов, возможность регулирования частоты вращения в широком диапазоне и малые габариты (длина и масса меньше на 40%).

ОБЪЕМЫ ВНЕДРЕНИЯ И ПРИЧИНЫ ОТКАЗОВ УЭВН

На данный момент с помощью УЭВН эксплуатируются всего 22 скважины, из них пять установками ЭОВН 5-10-2000 и 17 – установками ЭОВН 5-6-2000 (рис. 6). Такой малочисленный парк оборудования объясняется тем, что внедрение в основном проводилось после оценки производительности при продолжительной эксплуатации скважин в условиях сформированной закачки. Установки внедрялись преимущественно для сокращения периодического фонда скважин.

Средняя текущая наработка спущенных в скважины УЭВН составляет 435 сут при минимальной наработке 10 сут, а максимальной – 1185 суток (рис. 7).

На рис. 8 представлена статистика отказов одновинтовых компоновок. Один отказ установки ЭОВН 510-2000 с наработкой 762 сут произошел по причине отсутствия циркуляции вследствие интенсивных солеотложений (галиты) в лифте НКТ.

Еще два отказа – из-за отсутствия подачи в установках ЭОВН 5-6-2000 (наработка 15 сут) и ЭОВН 510-2000 (наработка 44 сут) по причине отказа рабочей пары эластомер-винт. В одном из случаев подача отсутствовала сразу после спуска, в другом – был получен отказ по причине нарушения технологии эксплуатации.

Шесть отказов произошли из-за нарушения изоляции (R-0) ВЭД на одной установке ЭОВН 5-6-2000 (наработка 202 сут) и на пяти установках ЭОВН 5-102000 (средняя наработка 85 сут). Данные отказы не были связаны с нарушением технологии эксплуатации. В условиях сложной логистики и отсутствия специализированного оборудования в Восточной Сибири детально причина снижения сопротивления изоляции ВЭД после отказа по месту не выявлялась, оборудование было отправлено для разбора на базу ЦБПО ЭПУ в Западной Сибири. Следует отметить что все установки работали в условиях пластовых температур 12-16°C.

ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ ОДНОВИНТОВЫХ НАСОСОВ

К наиболее актуальным для НГДУ «Талаканнефть» технологическим и эксплуатационным преимуществам насосных агрегатов с вентильным приводом можно отнести их подтвержденную на практике энергоэффективность (в среднем удельный расход электроэнергии при внедрении установок был снижен на 15 кВт-ч/т, или 57%), а также возможность удаленного регулирования подачи и смены режимов работы установки с помощью контроллера «АРГУС» станции управления производства ООО ПК «Борец», в котором используется интерфейс RS-485 с протоколом Modbus-RTU (рис. 9).

Из недостатков мы отметили для себя следующие. Во-первых, стоимость УЭВН примерно в два раза выше стоимости УЭЦН аналогичного типоразмера. Во-вторых, при внедрении УЭВН неоднократно происходили засорение и отказ промывочного клапана КПНБ-73. Установки приходилось поднимать по причине отсутствия подачи и исключать из компоновки оборудования промывочный клапан. После этого установка спускалась обратно и успешно запускалась в работу. Начиная с 2014 года вместо клапана КПНБ-73 в компоновку низа УЭВН мы стали устанавливать обратный клапан КОШ-73 и клапан фонтанирования КФ-73 (рис. 10). Следовательно, необходимо дополнительно повысить надежность оборудования, в том числе за счет комплектации более надежным промывочным клапаном.

Третий недостаток заключается в невозможности проведения ремонта ЭВН силами ЦБПО ЭПУ ОАО «Сургутнефтегаз». Допуск «зазор-натяг» для каждой винтовой пары индивидуален и подбирается заводом-изготовителем.

Итогом развития способа добычи с помощью УЭВН стало формирование новой категории малодебитных скважин, работающих в постоянном режиме. Данные скважины отличает низкая скорость движения жидкости внутри колонны НКТ, в результате чего сила трения между жидкостью и парафинами, смолами становится ниже силы сцепления с колоннами НКТ, что приводит к интенсивному образованию АСПО и повышению затрат на депарафинизацию. С целью сокращения затрат на депарафинизацию в НГДУ «Талаканнефть» весь фонд этих скважин было решено оснастить установками прогрева скважин.

ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ ОТ ВНЕДРЕНИЯ УЭВН

Экономический эффект от внедрения УЭВН с регулируемым вентильным приводом в добывающих скважинах, рассчитанный на основе снижения затрат на оплату электроэнергии и мощности за счет низкого энергопотребления данного оборудования, за 10 мес 2016 года составил 1,345 млн руб. (рис. 11). В среднем удельный расход электроэнергии на добычу жидкости при внедрении УЭВН сократился на 15 кВт-ч/т, или 57%, а потребляемая электроэнергия – на 157 кВт-ч/сут, или 73%.

В ходе эксплуатации одновинтовых насосных установок с низкоскоростным вентильным приводом в НГДУ «Талаканнефть» удалось подтвердить их высокую энергоэффективность. Фонд, оснащенный данным оборудованием, будет планомерно увеличиваться. В первую очередь, установки будут использоваться для сокращения числа скважин, эксплуатирующихся в периодическом режиме, и УЭЦН, работающих со сверхнормативным потреблением электроэнергии, а также в введенных после бурения скважинах Алинского и Восточно-Алинского месторождений с подтвержденным притоком в диапазоне от 6 до 12 м³/сутки.

Делать выводы о причинах отказа, необходимости повышения надежности и обеспечения равноресурсности оборудования можно будет только по результатам разбора отказавших единиц, выполненного совместно с представителями завода-изготовителя.