Производственно-технический нефтегазовый журнал
+7 (903) 580-85-63 +7 (495) 371-01-74 info@glavteh.ru

Опыт эксплуатации энергоэффективных УЭЦН «Новомет»

Теоретические расчеты, согласно которым применение так называемых энергоэффективных УЭЦН (УЭЦН ЭЭ) производства АО «Новомет-Пермь» позволяет снизить удельный расход электроэнергии (УРЭ) на добычу жидкости на 25-30% по сравнению со стандартными установками, были опубликованы уже достаточно давно. С тех пор расчетные данные неоднократно подтверждались результатами опытно-промысловых испытаний (ОПИ). К настоящему моменту накоплен многолетний опыт эксплуатации и сервиса УЭЦН ЭЭ, доказывающий не только энергетическую эффективность установок данного типа, но и их высокую надежность, во многих случаях превышающую показатели стандартных серийных УЭЦН.

В предлагаемой Вашему вниманию статье рассмотрены результаты эксплуатации УЭЦН ЭЭ на базе вентильных электродвигателей и насосов компрессионной сборки с высокой частотой вращения вала в течение нескольких лет на обширном фонде скважин, включающем скважины малодебитного фонда и скважины с обсадными колоннами малых диаметров.

25.10.2017 Инженерная практика №08/2017
Невоструев Владислав Александрович Инженер аналитического отдела ООО «Новомет-Сервис»

Как производитель оборудования для добычи энергоресурсов АО «Новомет-Пермь» проводит расчет энергозатрат и энергопотерь выпускаемых установок. В погружных системах порядка 80-90% потерь электроэнергии приходится на насос и двигатель (рис. 1), и остальная небольшая часть – на трансформатор, кабель и станцию управления (СУ). Поэтому наибольший эффект экономии электроэнергии можно получить, увеличив КПД насоса и электропривода.

Рис. 1. Потери мощности по узлам серийной и энергоэффективной УЭЦН
Рис. 1. Потери мощности по узлам серийной и энергоэффективной УЭЦН

СНИЖЕНИЕ УРЭ

Специалисты АО «Новомет-Пермь» разработали линейку высокооборотных вентильных электродвигателей (ВЭД) и ЭЦН нового поколения с повышенным КПД. Основная цель данной разработки заключалась в снижении УРЭ на 25%. Благодаря эксплуатации на повышенных оборотах также удалось кратно уменьшить линейные размеры УЭЦН (рис. 2).

Рис. 2. Сравнение узлов серийной и энергоэффективной УЭЦН
Рис. 2. Сравнение узлов серийной и энергоэффективной УЭЦН

Еще одна из основных задач рассматриваемого проекта состояла в доведении надежности УЭЦН, работающих на частоте от 3500 до 5500 об./мин, до уровня серийных насосных установок.

К настоящему времени активная эксплуатация энергоэффективных УЭЦН (УЭЦН ЭЭ) АО «Новомет-Пермь» ведется уже более шести лет, и за это время накоплен обширный статистический материал для объективного заключения об эффективности их применения. Начиная с 2011 года – начального этапа внедрения УЭЦН ЭЭ – были проведены масштабные ОПИ установок во многих нефтедобывающих компаниях в условиях действующих скважин. Основной целью этих испытаний было натурное определение эффекта по снижению УРЭ за счет применения УЭЦН ЭЭ.

По результатам ОПИ УРЭ удалось снизить на 2530%, что полностью соответствует тем показателям, которые инженеры АО «Новомет-Пермь» закладывали при разработке энергоэффективных установок.

После подтверждения эффекта по снижению УРЭ и успешного окончания ОПИ УЭЦН ЭЭ нашли широкое применение во многих отечественных и зарубежных нефтяных компаниях. Число смонтированных и запущенных в работу установок на сегодняшний день превышает 1500.

ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ УСТАНОВОК

Столь массовое внедрение установок поставило ребром вопрос надежности УЭЦН ЭЭ. В качестве примера рассмотрим анализ результатов одного из проектов, в рамках которого проводилось массовое внедрение энергоэффективных установок, включавшее их полное фирменное сервисное сопровождение. Всего по данному проекту были смонтированы и выведены на режим 659 энергоэффективных насосных установок, 87 из которых в настоящее время находятся в работе.

Рис. 3. Сравнение общей надежности серийных и энергоэффективных УЭЦН
Рис. 3. Сравнение общей надежности серийных и энергоэффективных УЭЦН

На рис. 3 представлены результаты расчетов общей надежности энергоэффективных и серийных установок, проведенных в специальной статистической программе Novomet Stat Pro. По результатам расчетов, проведенных по данному проекту, средняя наработка на отказ (СНО) энергоэффективных установок АО «Новомет-Пермь» составила 590 сут, в то время как серийных – 552 суток. Таким образом, для условий рассмотренного проекта задача по созданию энергоэффективного оборудования, надежность которого не уступала бы серийным УЭЦН и даже превышала бы их, была решена.

Рис. 4. Динамика конструкционных отказов энергоэффективных УЭЦН
Рис. 4. Динамика конструкционных отказов энергоэффективных УЭЦН
Рис. 5. Сравнение общей надежности серийных и энергоэффективных (зеленая кривая) УЭЦН
Рис. 5. Сравнение общей надежности серийных и энергоэффективных (зеленая кривая) УЭЦН
Рис. 6. Общая надежность энергоэффективных УЭЦН в разрезе рабочей частоты вращения
Рис. 6. Общая надежность энергоэффективных УЭЦН в разрезе рабочей частоты вращения

Однако на начальном этапе внедрения УЭЦН ЭЭ мы столкнулись с рядом конструкционных проблем, которые могли быть выявлены только в условиях реальной промысловой эксплуатации. После того, как специалисты нашей компании провели целый комплекс мероприятий по улучшению конструкции (рис. 4), количество конструкционных отказов уменьшилось на порядок, а в 2015 году таковых вообще выявлено не было.

СНО энергоэффективных установок с последними конструктивными изменениями составляет 608 сут, что выше серийных аналогов фактически на 10% (рис. 5). Такая разница обусловлена большим ресурсом работы этих установок благодаря применению вентильных ПЭД и компрессионной схемы сборки насоса.

Не менее актуален вопрос о зависимости надежности энергоэффективных УЭЦН от частоты вращения. Ранее на различных научно-технических конференциях и в публикациях уже неоднократно представлялись результаты ее предварительного анализа. Теперь же при накоплении обширного опыта по эксплуатации такого оборудования можно представить исчерпывающие, на наш взгляд, расчеты (рис. 6). Наработки на отказ (НнО) установок, эксплуатирующихся на повышенных оборотах, по надежности находятся на одном уровне с установками, работающими с обычными частотами вращения вала. По своим конструктивным особенностям УЭЦН ЭЭ отличаются от стандартных и специально предназначены для работы на высоких оборотах без снижения уровня надежности.

Таблица 1. Внедрение энергоэффективных установок на примере проекта в Западной Сибири
Таблица 1. Внедрение энергоэффективных установок на примере проекта в Западной Сибири

Наличие качественного фирменного сервисного сопровождения также влияет на СНО энергоэффективных УЭЦН. Так, в рамках одного из проектов АО «Новомет-Пермь» в 2013 году был осуществлен перевод фонда скважин на прокатную схему обслуживания. По условиям договора компания «Новомет-Сервис» несла полную ответственность за внедрение энергоэффективных установок на всех этапах реализации проекта. Фирменный сервис в сочетании с поставками оборудования последней модификации обеспечили значительный (10%-ный) рост СНО энергоэффективного оборудования и сокращения УРЭ на 30% (табл. 1).

ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА

Очевидно, что такие преимущества, как меньшее удельное энергопотребление и более высокий уровень СНО энергосберегающего оборудования, должны приводить к получению соответствующего экономического эффекта. Однако чтобы его оценить, необходимо сравнивать общую совокупную стоимость владения УЭЦН, включающую в себя влияние многочисленных факторов, таких как СНО, УРЭ, размер энерготарифов в рассматриваемом регионе, а также разница в цене двух типов оборудования.

Внедрение одной-двух установок даст сокращение энергопотребления на 25-30%, однако в масштабах куста или месторождения это почти не ощутимо. Тем более, возникают трудности с расчетами: к примеру, влияния их внедрения на себестоимость тонны добытой жидкости. Поэтому сегодня стоит говорить о комплексном подходе к внедрению данного оборудования. АО «Новомет-Пермь» готово брать на себя все расчеты эффективности внедрения энергоэффективного оборудования и нести при этом ответственность за результаты его работы. Если рассматривать не закупочную стоимость оборудования, а стоимость владения УЭЦН, все становится на свои места. Затраты на серийную установку за период эксплуатации будут в разы выше.

Рис. 7. Сравнение совокупной стоимости владения в течении двух лет энергоэффективной и серийной УЭЦН в зависимости от типоразмера
Рис. 7. Сравнение совокупной стоимости владения в течении двух лет энергоэффективной и серийной УЭЦН в зависимости от типоразмера

Рассмотрим пример сравнения совокупной стоимости владения энергоэффективных и серийных УЭЦН в течение двух лет (рис. 7). Разница, например, для насосов с большими подачами уже сравнима со стоимостью самой установки. Здесь важно отметить, что, чем выше подача насоса, тем больше мощность двигателя и его энергопотребление, а значит, значительнее снижение УРЭ в абсолютных цифрах, и, как следствие, полученный положительный экономический эффект.

Рис. 8. Сравнение КПД малодебитных ступеней отечественных и зарубежных производителей
Рис. 8. Сравнение КПД малодебитных ступеней отечественных и зарубежных производителей

ПРИМЕНЕНИЕ МАЛОДЕБИТНЫХ И МАЛОГАБАРИТНЫХ УЭЦН

Имеет смысл и применение малодебитных энергоэффективных УЭЦН. Так, в АО «Новомет-Пермь» были разработаны две ступени: 5-10Э и 5-20Э для насосов с малыми подачами, КПД которых превышает показатели аналогичных «стандартных» установок в 1,5-2 раза. Поскольку в абсолютных значениях такие установки потребляют не так много электроэнергии, и соответственно, в денежном эквиваленте они экономят не так много, на первый план выходит их преимущество именно в надежности, превосходящей серийные образцы практически на 30% (рис. 8).

Таблица 2. Структура эксплуатационных причин отказов малодебитных УЭЦН
Таблица 2. Структура эксплуатационных причин отказов малодебитных УЭЦН

Такая разница объясняется тем, что значительное увеличение КПД установки приводит к столь же значительному снижению энергопотерь установки, которые трансформируются в ее перегрев. А это, в свою очередь, ведет к уменьшению вероятности возникновения отказов, например, по причине солеотложений. Так, за все время испытаний малодебитных энергоэффективных установок не было зафиксировано ни одного отказа по причине солеотложений, а это одна из основных причин отказов данного оборудования (табл. 2).

Помимо непосредственно УЭЦН ЭЭ, АО «Новомет-Пермь» занимается разработкой и производством малогабаритных скважинных насосных установок, принцип работы которых основан на той же концепции. В настоящее время наша компания выпускает такие установки в двух габаритах и восьми типоразмерах с широким диапазоном подач – от 20 до 400 м3/сут: габарит 3 диаметром 95 мм для обсадных колонн (ОК) диаметром 114 мм и габарит 2А диаметром 82 мм для ОК-102. Такие УЭЦН применяются с 2008 года, общее количество монтажей превысило 1200.

Рис. 9. Опыт эксплуатации УЭЦН габарита 2А
Рис. 9. Опыт эксплуатации УЭЦН габарита 2А

Отдельно хотелось бы выделить установки габарита 2А, испытания которых начались в 2011 году. По состоянию на апрель 2017 года смонтировано более 450 УЭЦН данного типа, СНО составляет порядка 650 сут (рис. 9). Установки габарита 2А также в большинстве случаев работают на частоте порядка 5000 об./мин и при этом характеризуются большими СНО, что доказывает способность АО «Новомет-Пермь» успешно производить УЭЦН, предназначенные для работы и в таких условиях.

Таблица 3. Номенклатура энергоэффективных АО «Новомет-Пермь»Таблица 3. Номенклатура энергоэффективных АО «Новомет-Пермь»
Таблица 3. Номенклатура энергоэффективных АО «Новомет-Пермь»

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Инженеры АО «Новомет-Пермь» разработали целую линейку УЭЦН нового поколения с повышенным КПД в широком диапазоне подач и габаритов (табл. 3). Данные установки дают возможность сократить УРЭ на 25-30%, повысить СНО и обеспечить надежную эксплуатацию установок на повышенных частотах вращения. Активное внедрение энергоэффективных установок позволит повысить эффективность механизированной добычи нефти благодаря снижению ее себестоимости.

Показать выдержки из обсуждения

ВЫДЕРЖКИ ИЗ ОБСУЖДЕНИЯ

Вопрос: Владислав Александрович, насколько стоимость энергоэффективных УЭЦН выше, чем обычных установок?
Владислав Невоструев: Стоимость энергоэффективных установок обычно выше, хотя мы не позиционируем эти установки как гораздо более дорогие. Кроме того, по отдельным прокатным проектам ООО «Новомет-Сервис» стоимость проката энергоэффективных и серийных установок одинаковая.
Вопрос: Каким образом вы уменьшили нагрев при работе энергоэффективных установок?
В.Н.: Для этого были разработаны ступени с более высоким КПД, что, в свою очередь, снизило потери энергии, которые ранее трансформировались в нагрев.
Вопрос: Из каких материалов изготавливаются ступени для насосов?
В.Н.: Для изготовления ступеней насосов с малыми подачами используется порошок, а для больших подач – литье.
Вопрос: Опыт эксплуатации УЭЦН свидетельствует, что при увеличении скорости вращения увеличивается скорость износа оборудования и снижается НнО. У вас этого не происходит (рис. 6). Этот вывод сделан на основании расчетных или фактических параметров
В.Н.: Все указанные параметры фактические, основанные на мониторинге работы реального фонда скважин.
Вопрос: Сколько скважин было учтено в этой статистике?
В.Н.: Более 600 скважин.
Вопрос: Какой типоразмерный ряд установок преобладает в этой выборке?
В.Н.: Преобладают установки среднего типоразмера, работающие на скважинах с дебитом 100 м3/сут и чуть выше.
Вопрос: Характеризуя малодебитные энергоэффективные УЭЦН, Вы отметили, что увеличение КПД приводит уменьшению вероятности солеотложений. Это утверждение справедливо для всех типов солеотложений?
Реплика: Это справедливо только для карбонатов. В случае сульфатов наблюдается обратная тенденция – интенсивность их выпадения снижается по мере роста температуры жидкости.
Комментарии

Эту публикацию еще никто не прокомментировал. Станьте первым, поделитесь своим мнением.

Написать комментарий
Комментировать
Читайте далее
Схемы и опыт эксплуатации оборудования для одновременно-раздельной разработки нескольких эксплуатационных объектов
Технические и стратегические решения для реализации потенциала скважин с боковыми стволами
Реклама
Свежий выпуск
Инженерная практика №08/2018

Инженерная практика

Выпуск №08/2018

Промысловые трубопроводы. Подготовка нефти и газа. ППД
Лабораторные исследования и ОПИ сталей, защитных покрытий и ингибиторовОчистка ПНГ, сепарация нефти, деэмульгаторыСолеотложения в водоводах, закачка в низкопроницаемые пластыПовышение энергоэффективности и оптимизация систем ППДНеметаллические трубопроводы, ремонтные муфтыРеконструкция скважин, тампонажные составы
Ближайшее совещание
Подготовка нефти и газа, Утилизация ПНГ
Подготовка – 2018
Производственно-техническая конференция

Сбор, подготовка и транспорт продукции скважин. Утилизация попутного нефтяного газа ‘2018

23-24 октября 2018 г., г. Уфа
Обмен опытом и анализ внедрения новых подходов, технологий, оборудования и химреагентов в области эксплуатации систем сбора, подготовки и транспорта нефти, газа и воды, а также в области утилизации попутного нефтяного газа. Особое внимание будет уделено таким вопросам, как снижение содержания серы в нефти; повышение качества подготовки подтоварной воды перед закачкой в пласт, новые технологии разрушения стойких водонефтяных эмульсий, подготовка и транспорт нефти с высоким содержанием АСПВ. Планируются выезды на производственные площадки предприятий.
Ближайший тренинг
Капитальный ремонт скважин
Ловильный сервис – ноябрь 2018
Тренинг-курс

Ловильный сервис на нефтяных и газовых скважинах

19 – 23 ноября 2018 г., г. Пермь
ООО «Инженерная практика» от имени журнала «Инженерная практика» проводит набор группы специалистов для прохождения производственно-технического тренинга по программе «Ловильный сервис на нефтяных и газовых скважинах». Пятидневный тренинг - курс будет проводиться в г. Перми (отель «Урал») в рамках авторского курса С. Балянова.