Рыжов Евгений Васильевич Председатель совета директоров ООО «РАМ»

Рыжов Максим Евгеньевич Генеральный директор ООО «РАМ»

В связи с неблагоприятной геолого-технологической структурой запасов нефти доля традиционных запасов продолжает падать и составляет в настоящий момент приблизительно 30%, в то время как доля трудноизвлекаемых неуклонно увеличивается и предъявляет все новые требования к применяемому нефтедобывающему оборудованию. Повышение эффективности освоения этих ресурсов позволит вовлечь в разработку несколько миллиардов тонн промышленных запасов нефти.

Внедрение инновационных разработок и перспективных покрытий в области отечественного нефтесервиса на осложненном фонде нефтяных скважин (а их число превышает 65%) в настоящий момент особенно актуально.

Эта актуальность обусловлена следующими обстоятельствами: первое — до настоящего времени на российских промыслах было достаточно «легкой» нефти, поэтому в отечественной нефтяной отрасли очень мало внимания уделялось научным исследованиям и разработкам в области создания нефтедобывающего оборудования нового поколения, предназначенного для интенсификации нефтедобычи и эксплуатации осложненного фонда скважин. Второе — в виду своей консервативности и недоверия к отечественным разработкам нефтяные компании неохотно используют новшества российских производителй на своих месторождениях, и даже несмотря на то, что ООО «РАМ» входит в Инфрафонд ОАО «РВК» (Российской венчурной компании), трудности по внедрению новых технических решений не удается решить стандартными методами. Решение этой проблемы требует глубокой модернизации скважинного насосного нефтедобывающего оборудования для добычи трудноизвлекаемой нефти.

Анализ 44 штанговых насосов, отработавших на месторождениях ОАО «Самотлорнефтегаз» и ОАО «РН-Нижневартовск» в среднем по 140 суток, выявил, что одним из наиболее проблемных узлов остаются клапанные пары (шар и седло): негерметичными оказались 64% нагнетательных и 52% приемных клапанов. Основной причиной негерметичности стала выработка клапанов, и в 77% случаев отказ произошел по узлу «седло». Металлографические исследования клапанных пар показали, что у шаров наиболее часто наблюдаются язвенные поражения поверхности с распространением микротрещин, а также коррозионные повреждения в виде язв, распространяющиеся по кобальтовой основе, а главная причина разрушения седел — это растворение основной фазы и «выкрашивание» карбидных частиц.

В конструкции шаровых клапанов реализуется линейный принцип касания. И при малейшем износе металла по линии касания появляется зазор. При негерметичности клапана на 1% от его проходного сечения потери составляют 694 м³/год.

Проблема обеспечения высокой наработки на отказ, увеличения межремонтного периода решена ООО «РАМ» в инновационной конструкции ШГН BeeOilPump.

В разработанном насосе использованы новые клапанные пары вместо шариковых клапанов, которые обеспечивают увеличенную среднюю наработку на отказ (СНО) насоса, надежную герметичность, увеличенную площадь проходного сечения, меньшее гидравлическое сопротивление, повышенную износостойкость. Герметизация золотникового клапана осуществляется в два этапа: посадка конус-конус золотника в седло корпуса и щелевое уплотнение на головке золотника. При начале обратного тока жидкости золотник мягко садится в седло корпуса.

Клапанная пара с увеличенными проходным сечением и сроком службы снижает нагрузку на штанги насосной установки на 15%, что существенно сокращает обрывы штанг и расходы, связанные с простоями, ремонтом и ликвидацией последствий аварий.

Разработанные короткие плунжеры характеризуются меньшей длиной и оснащены уплотнительными кольцами, что значительно снижает вероятность заклинивания и обрыва плунжеров. На плунжер ШГН и уплотнительные кольца плунжера наносится сверхизносостойкое покрытие «наноалмазный хром», существенно увеличивающее эксплуатационный срок пары цилиндр-плунжер и снижающее вероятность отказа ШГН по причине заклинивания и обрыва штанг.

Критические элементы нефтедобывающего насоса покрываются «наноалмазным хромом», что повышает их устойчивость к агрессивным средам и абразивному воздействию. Это, в свою очередь, обеспечивает увеличение ресурса работы насоса.

В целом данные технические решения позволяют значительно повысить потребительские характеристики насосов и обеспечить повышение производительности на 30–35%; снижение требуемого давления на приеме.

На рис. 1 показано, что площадь поперечного потока флюида в золотниковом клапане больше, чем в шаровом. Однако модель золотникового клапана разработки ООО «РАМ» ощутимо превосходит оба представленных изделия по данному показателю. Наша компания уже наладила серийный выпуск таких золотниковых клапанов для комплектации насосного оборудования.

В свою очередь, нанесение износостойкого наноалмазного хромового покрытия на цилиндры ШГН существенно увеличивает срок износа пары плунжерцилиндр (рис. 2). Помимо более высоких физико-механических свойств, наноалмазные хромовые покрытия обладают стабильностью получаемых характеристик при серийном производстве, что подтверждено результатами многочисленных испытаний и исследований (табл. 1).

Дополнительно к представленным конкурентным преимуществам наноалмазов, можно также отнести такие функции, как высочайшую теплопроводность (2000 Вт/м.К) (рис. 3), малый размер (в среднем 4-5 нм), большую удельную поверхность (220-450 м /г).

Также наноалмазы включают различные функциональные группы, позволяющие химически соединить нанокристалл с уникальными свойствами с молекулами выбранной матрицы, поэтому наши специалисты активно работают над новыми материалами для кабелей к УЭЦН.

К сожалению, известны случаи некачественного наноалмазного хромирования цилиндров в связи с недостаточной квалификацией специалистов и низким качеством наноалмазов. Очень жаль, что на технологию упрочнения трущихся деталей падает тень недоверия. Однако большой спрос на эту запатентованную технологию в других отраслях промышленности (атомной, авиационной и космической) в ближайшие годы позволит обеспечить предприятия нефтяного машиностроения качественным наноалмазным хромированием. Достаточно сказать, что в последние пять лет поток заказов на это покрытие ежегодно растет в среднем на 60%. Модернизированный штанговый насос с укороченным плунжером, покрытыми наноалмазным хромированием уплотнительными кольцами и золотниковыми клапанами с увеличенным проходным сечением отработал 350 суток на месторождении Карсак в Казахстане, характеризующимся наличием большого количества мехпримесей в добываемой нефти. По оценкам нефтяной компании, данный показатель в 4-5 раз превышает значение средней наработки на отказ стандартных ШГН, применяемых на месторождении. ШГН BeeOilPump разработки ООО «РАМ» обладает следующими достоинствами: увеличенный (до 1600 суток) ресурс работы; возможность работы при наклоне до 90°; увеличение коэффициента подачи примерно на 30%; увеличение объемов дополнительно добываемой нефти вследствие роста средней наработки на отказ и других критериев на 16-49%; снижение нагрузки на штанги примерно на 15%; увеличение энергоэффективности добычи нефти; возможность работы в осложненных условиях (вынос песка, высоковязкая нефть, температуры более 200°C и др.)

На данный момент все наши технологии апробированы и работают в более чем 1100 скважинах (конструкция претерпела три изменения, и сейчас мы выпускаем клапаны для ШГН и плунжер четвертого поколения).

Промышленная эксплуатация проводилась в таких компаниях, как ОАО «ЛУКОЙЛ», ОАО «Татнефть», ОАО «НК «Роснефть» (в частности, ОАО «Самотлорнефтегаз»), ОАО «Газпром нефть», ООО «Татнефтепром», ОАО «Шешмаойл», ООО «Норд Империал» и др. (рис. 4).

Интерес к инновационному ШГН разработки ООО «РАМ» проявляют нефтедобывающие компании США (Weatherford), Канады (Conn Pumps), Испании (Novargi), Сербии (NIS) и др. Нефтесервисный рынок США и Канады сильно заинтересован в ШГН BeeOilPump, в первую очередь, из-за ощутимой разницы в количестве обслуживаемых ШГН по сравнению с отечественным парком нефтедобывающего оборудования. Так, ежедневно в России в эксплуатации находятся порядка 65 тыс. УШГН, в то время как на территории США функционирует около 1 млн таких установок (в 15 раз больше), не говоря уже о канадском парке нефтедобывающего оборудования, который обслуживает скважины с трудноизвлекаемым углеводородным сырьем в экстремальных условиях.