Красиков Анатолий Николаевич Менеджер по технологиям оптимизации добычи Baker Hughes

С точки зрения эксплуатации УЭЦН самым губительным оказывается влияние повышенного содержания механических примесей в добываемой жидкости на насос. К настоящему моменту из числа предлагаемых компанией Baker Hughes (Centrilift) ЭЦН лучшие результаты работы в скважинах, осложненных высокой КВЧ, показывает самая новая линейка насосов «Центурион» со ступенями смешанного типа (рис. 1).

В ЭЦН «Центурион» реализован ряд решений, повышающих их стойкость к мехпримесям. Во-первых, это износостойкие втулки и подшипники из карбида вольфрама, расположенные по длине секции. Благодаря этому, во-первых, уменьшается радиальный и осевой износ ступеней с одновременным расширением левой границы диапазона производительности УЭЦН. И второй важный плюс – снижение нагрузки на упорный подшипник пяты гидрозащиты. Доказано, что применение перечисленных решений позволяет насосу достаточно долго работать за левой границей своей НРХ. Конечно, с пониженным КПД, но без острой необходимости замены.

Вторая из воплощенных в ЭЦН «Центурион» технологий решает задачу снижения вихреобразования в направляющих аппаратах.

И, наконец, при изготовлении РО ЭЦН «Центурион» используются различные варианты защитных покрытий.

ИСПОЛНЕНИЯ СТУПЕНЕЙ ЭЦН

Мы рекомендуем два основных варианта исполнения секций «Центурион» под названиями SSD и AR 1:1 (SXD). SSD – это компрессионно-модульное исполнение для осложненных условий эксплуатации. Грибовидные втулки и упорные подшипники из карбида вольфрама – в каждой третьей-пятой ступени (что превосходит требования ТНК-ВР). Рекомендуется применять УЭЦН в этом исполнении в условиях содержания механических примесей до 1000 мг/л (MRI 30).

И самая максимальная защита – это исполнение SXD для крайне осложненных условий эксплуатации. Более 1000 мг/л (MRI>30). В этом случае те же модули встраиваются через каждую ступень.

API и Baker Hughes используют отличающуюся от принятой в России методику оценки агрессивности среды по абразивам. Это так называемый индекс износостойкости (Material Recommendation Index, MRI). При расчете MRI учитываются размер частиц, количество песка (мг/л), растворимость компонентов абразива в кислоте, геометрия гранул и количество кварца как наиболее твердого материала в песке.

Фактор растворимости частиц в кислоте особенно важен с позиции проведения ОПЗ. То есть если абразив со временем теряет свою взвешенную массу, то это нужно обязательно учитывать.

Описанная методика легла в основу номенклатуры исполнений линейки ЭЦН «Центурион» (рис. 2). В исполнении ND (для нормальных условий) абразивостойкие модули встраиваются по три модуля на секцию – в основании, головке и по центру, тогда как в наиболее износостойком варианте XD подшипники и втулки из карбида вольфрама устанавливаются через каждую ступень.

КОНСТРУКЦИИ РАБОЧИХ ОРГАНОВ

Технология PSS была впервые реализована в линейке ЭЦН «Центурион» пять лет назад. Подавление вихреобразования происходит благодаря тому, что НА изготавливаются со специальными выступами.Двенадцатичасовые сравнительные испытания на смеси с большим содержанием кварца показали снижение износа более чем на 50% (рис. 3). В аппаратах без выступов после испытаний наблюдались сквозные промывы.

Во всех аппаратах линейки «Центурион» используются НА с выступами.

Еще одно из примененных решений, направленное на снижение уровня характерного износа РС, заключается в увеличении площади проходных сече-ний ступеней радиального типа на 28% (рис. 4). Это повышает надежность насоса в условиях повышенного выноса мехпримесей, а также в скважинах солеотлагающего фонда и при высоком газовом факторе.

Везде, где это возможно, мы рекомендуем использовать ступени смешанного типа, которые за счет ламинарного течения и более плавной геометрии потока также снижают риск засорения ЭЦН и обеспечивают более высокий КПД (рис. 5). В ступенях смешанного типа также в меньшей степени откладываются соли, снижен риск срыва подачи при высоком ГФ. Минусов два – такие секции несколько длиннее стандартных и стоят несколько дороже.

ПОКРЫТИЯ СТУПЕНЕЙ

Baker Hughes использует в производстве ступеней два вида специальных покрытий рабочих органов: Armor I и Armor X (рис. 6). Armor X представляет собой материал наподобие карбида вольфрама, который наносится методом электролиза на нирезист. Причем нирезист не поглощает его. Покрытие встраивается в кристаллическую решетку нирезиста, но не проникает со временем в глубь материала, закрепляясь на определенном уровне проникновения. Материал очень стойкий, имеет твердость, близкую к карбиду вольфрама, – порядка девяти единиц по шкале Мооса.

Покрытие Armor I в основном применяется для эксплуатации ЭЦН в условиях повышенного отложения солей и относится к классу полимерных покрытий.

В 2008–2010 годы одна из российских добывающих компаний проводила сравнительные испытания секций ЭЦН с двумя типами покрытий РО и с РО без покрытий на месторождении в Западной Сибири. В скважины спустили установки с четырьмя секциями, в одной из которых были рабочие органы без покрытий, в другой – с покрытием Armor I, в третьей – с Armor X, а в четвертой были собраны вперемешку РО всех трех исполнений, чтобы нивелировать влияние последовательности расположения секций.

По результатам разбора комплекта 400Р35 (МРП 504 сут, остановлена по ГТМ) выявлено:

• Рабочие органы насоса обычного исполнения (рис. 7) имеют значительный износ лопаток, втулок, верхних и нижних юбок колеса.
• РО с защитным покрытием Armor I имеют незначительный износ юбок колеса.
• РО с покрытием Armor X не пострадали, следов износа, коррозии, солеотложений не обнаружено.

ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ ПОПАДАНИЯ ЧАСТИЦ В ЭЦН

Одна из разработок, рекомендуемых к применению компанией Baker Hughes, предотвращающих попадание мехпримесей в насос, – автоматический отводной клапан (Automatic Diverter Valve, разработчик RMS-Pumptools) – представляет собой комбинированное устройство из сливного и обратного клапанов, сочетающее в себе их свойства (рис. 8).

Клапан полностью предотвращает попадание в насос твердых частиц при остановке и перезапуске ЭЦН (насыщенная песком жидкость не стекает обратно в насос), а также обеспечивает отвод жидкости (через байпасный канал) при промывках, химических обработках или фонтанировании скважины и мгновенное переключение. Иными словами, клапан обеспечивает защиту ЭЦН от обратного потока твердых частиц, отложения солей при фонтанировании и обработках, разрушения подшипников при фонтанировании и свободной циркуляции жидкостей через ЭЦН, а также предотвращает обратное вращение.

ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ СЕПАРАТОР ПЕСКА «СЕНДКАТ»

Технология «Сендкат» (SandCat, разработчик RMS-Pumptools) достаточно успешно используется по всему миру. Устройство представляет собой погружной центробежный сепаратор песка (частицы размером от 40 мкм), предназначенный для отделения песка от скважинной жидкости до ее попадания в УЭЦН (рис. 9).

Центрифуга, типоразмер которой подбирается под определенный дебит, монтируется ниже ПЭД и отсеивает песок. Устройство без вращающихся частей создает вихрь, центробежная сила направляет взвешенные частицы вниз, и они выводятся либо в отборник-накопитель, либо прямо на зумпф, если это возможно. Выше «Сендката» ставится уплотнение, чтобы предотвратить перепускание жидкости с песком мимо устройства. Чистить «Сендкат» не нужно – требуется только очистка зумпфа или мешка, в котором накапливаются примеси. При установке «Сендката» не требуется специальной подготовки скважины, монтаж его прост.

Помимо основной функции, сепаратор обеспечивает также и дополнительную газосепарацию.

МОНТАЖ В НКТ

Разработанная Baker Hughes технология монтажа УЭЦН или УЭВН в НКТ (Through Tubing Conveyed, TTC) достаточно молода. Однако интерес к ней уже велик, и мы надеемся, что в России она также будет востребована. Технология предназначена прежде всего для применения на месторождениях с высокими затратами на КРС/ПРС – для автономных месторождений с ЧРФ по осложнениям, связанным с солеотложением и засорением РО мехпримесями.

Суть технологии TTC заключается в монтаже ЭЦН или ЭВН внутри НКТ с возможностью замены секций без подъема НКТ. Это позволяет вести превентивное техническое обслуживание и планировать ремонты. То есть, зная месторождение и характеристики работы фонда, можно прогнозировать НнО и не дожидаться фактического отказа насоса, а просто в плановом порядке менять его на новый. Будь то в плановом порядке, при критическом износе или заклинивании вставленный в НКТ насос можно извлечь несколькими способами: на геофизическом кабеле, лебедкой, ГНКТ или при помощи насосных штанг. Так или иначе, технология направлена на снижение затрат на эксплуатацию мехфонда в соответствующих случаях.

Первым рейсом в скважине устанавливается вся подвеска от ПЭД до переводника НКТ, в котором есть прорези для сброса и приема жидкости, для приемного модуля – так называемый адаптер. Большая колонна НКТ монтируется с буровой или с высокого подъемника. Дальнейший спуск может быть произведен как с того же подъемника, так и с помощью менее громоздких установок ГНКТ (колтюбинга) или при помощи геофизических подъемников. Операция достаточно простая (рис. 10). В случае УЭВН спускается подвеска с локатором для приемного модуля, гибким валом, редуктором, винтовым насосом и центратором. В подвеске УЭЦН не будет редуктора и гибкого вала, а в остальном все так же. Выше устанавливается уплотнение. Это не пакер, а специальная вставка, удерживающая определенное давление, которую можно сорвать механически, в случае необходимости даже вручную.