В настоящее время в России продолжается рост добычи высоковязкой нефти из низкои среднедебитных скважин. Запасы нефти, удобные для добычи традиционными методами, истощаются ускоренными темпами. Для наглядности сравним данные по Канаде и России, которые при схожести климатических и геологических условий отличаются тем, что в Канаде легкая нефть уже закончилась, а в России это произойдет в ближайшем будущем. По данным канадской ассоциации нефтедобывающих компаний, добыча легкоизвлекаемых запасов нефти в Канаде за последние 15 лет упала на 15%. В течение последующих 15 лет эта цифра уменьшится еще на 45%. В то же время растет добыча трудноизвлекаемых запасов нефти за счет введения в разработку месторождений тяжелой нефти. Предполагается, что в Канаде в ближайшие 15 лет их доля в общей добыче вырастет до 85%. Такая же тенденция прослеживается и в России. Это обуславливает необходимость поиска новых технологий и оборудования для добычи тяжелой, высоковязкой нефти с большим содержанием механических примесей из малодебитных и высокообводненных скважин. Традиционные способы подъема нефти центробежными и штанговыми насосами не обеспечивают требуемых результатов, поэтому должны быть заменены более эффективными и дешевыми, основанными на малой энергои металлоемкости технических средств. В таких условиях погружные одновинтовые насосы являются наиболее эффективным методом механизированной добычи. Они хорошо зарекомендовали себя в добыче тяжелой нефти, где зачастую являются единственным методом способным дать положительный результат. Основными преимуществами этого типа насосов по сравнению с центробежными являются высокий КПД и способность перекачивать жидкости от маловязких до едва текущих с наличием абразива, а также устойчивая работа во всем диапазоне рабочих давлений.

ОАО «ГМС Насосы», входящее в Группу ГМС, выпускает два вида одновинтовых насосов с погружными электродвигателями — ЭВН и ЭВНОП (рис. 1). Насосы предназначены для откачки пластовой жидкости повышенной вязкости из скважин с минимальным внутренним диаметром 121,7 мм. Насосы соответствуют II группе изделий, вид I (восстанавливаемые) по ГОСТ 27.003-90, климатическое исполнение и категория размещения В5 по ГОСТ 15150-69. Насосы также могут изготавливаться в других климатических исполнениях, в том числе тропическом.

Одновинтовые насосы предназначены для перекачивания пластовой жидкости со следующими характеристиками:

• максимальная кинематическая вязкость — 1⋅10-3 м2/с;
• максимальное содержание попутной воды — 99 %;
• максимальное объемное содержание свободного газа на приеме насоса — 50 %;4 максимальная массовая концентрация твердых частиц — 0,8 г/л;
• микротвердость частиц — не более 55 HRC.

Дебит скважины не должен быть меньше подачи насоса с учетом динамического уровня, сопротивления в НКТ и устьевого давления, максимальный темп набора кривизны скважины не более 2,5° на 10 м проходки, максимальная температура добываемой продукции — 110 °С.

Приводом ЭВН служат погружные асинхронные электродвигатели с частотой вращения 1000 и 1380 об/мин. Для ЭВНОП применяются вентильные или другие двигатели, способные работать в диапазоне частот 1380–750 об/мин. Гарантийный ресурс работы однопоточных насосов (ЭВНОП) составляет 220 суток.

Основное конструктивное отличие ЭВН от ЭВНОП заключается в том, что ЭВН выполнены по двухпоточной схеме, которая предполагает наличие второго винта (левого), позволяющего при этих же габаритах иметь удвоенную подачу насоса и теоретическое отсутствие осевой силы на валу насоса.

ЭВНОП имеет следующие конструктивные отличия от ЭВН:

• отсутствие второй винтовой пары (левой);
• использование в насосе новой запатентованной конструкции осевой опоры, рассчитанной на осевую нагрузку 4 и 8 т;
• возможность комплектации насоса в зависимости от подачи и напора осевой опорой соответствующего номинала (по осевой нагрузке);
• возможность значительного увеличения длины рабочих органов с целью повышения ресурса и напора.

Эксплуатационные особенности ЭВНОП по сравнению с насосами ЭВН:

• уменьшение момента страгивания;
• отсутствие клапанов;
• возможность работы в широком диапазоне частот вращения (250–1500 об/мин);
• увеличенный ресурс работы (250–400 сут).

Насосы типа ЭВНОП характеризуются левым (против часовой стрелки) направлением вращения вала насосасо стороны привода. Основные характеристики насосов типа ЭВН и ЭВНОП приведены в табл. 1 и 2.

Пример условного обозначения насоса при переписке и в техдокументации: ЭВН5-16-1200-В5 ТУ 3665-024-05747979-99 или 2ЭВН5-12-1000-В5 ТУ 3665-024-05747979-99, где 2 — насос комплектуется шестиполюсным двигателем с частотой вращения 1000 об/мин (при отсутствии цифры 2 в обозначении насос комплектуется четырехполюсным двигателем с частотой вращения 1380 об/мин); ЭВН — обозначение типа насоса; 5 — группа насоса для колонных обсадных труб диаметром 146 мм с минимальным внутренним диаметром 121,7 мм; 16, 12 — подача, м3/сут; 1200, 1000 — напор, м; В5 — климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150.

Для снижения пусковых моментов конструкция насосов ЭВН предусматривает возможность установки пусковой разгонной муфты. Муфта может быть установлена заказчиком самостоятельно между протектором (гидрозащитой) и двигателем. Муфта поставляется в качестве дополнительной опции. При комплектации насоса пусковой муфтой в обозначении насоса добавляется буква К, Например, ЭВН5-16-1200К-В5 ТУ 3665-024-05747979-99.

Конструкция насоса также предусматривает изготовление насосов с удлиненными рабочими органами. В этом случае в обозначении насоса добавляется буква У.

В качестве примера условного обозначения однопоточного насоса в переписке и техдокументации рассмотрим насос ЭВНОП5-30-1200 В5, где ЭВНОП — обозначение насоса; 5 — группа насоса для колонных обсадных труб диаметром 146 мм с минимальным внутренним диаметром 121,7мм; 30 — подача, м3/сут; 1200 — напор насоса, м; В5 — климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150-69.

В настоящее время специалистами ОАО «ГМС Насосы» разработан новый тип насоса ЭВНОП5-10-1200 для работы на пониженной частоте вращения (100-500 об/мин) с напором 1200 м.

Цель новой разработки — предложить потребителю новый современный насос, устойчивый к абразивному износу, с повышенным гарантированным ресурсом для добычи нефти из низкодебитных скважин.

Одной из главных причин снижения ресурса скважинных одновинтовых насосов является абразивный износ. Механизм его заключается в том, что частицы на высокой скорости перемещаются через полости насоса, приводя к износу ротора и статора. Это приводит к тому, что уплотнительные линии между ротором и статором становятся менее герметичными, в результате чего происходят большие утечки, которые понижают объемный КПД насоса и в конечном счете приводят к разрушению насоса. Кроме того, на износ насоса влияют размер абразивных частиц, их концентрация и твердость, а также частота вращения насоса. Увеличение частоты вращения насоса приводит к росту скорости жидкости в полостях насоса, образованных винтом и обоймой. Степень износа насоса при работе с абразивной жидкостью пропорциональна квадрату частоты вращения насоса. При увеличении скорости растет влияние удара частиц о ротор и статор, что приводит к их ускоренному износу. Поэтому эффективным способом увеличения ресурса насосов при перекачивании абразивных флюидов, является снижение частоты вращения. Исходя из вышеперечисленного, для насоса ЭВНОП5-30-1200 с пониженной частотой вращения гарантируется ресурс работы в 500 суток (в зависимости от частоты вращения и условий эксплуатации он может быть повышен до 700–800 суток).

Энергетические характеристики насоса представлены на рис. 2–4.

Из рис. 2 видно, что кривые зависимости подачи от напора при разных частотах вращения практически параллельны друг другу, что свидетельствует о высокой герметичности рабочих органов насоса. Согласно рис. 4 наибольший КПД насоса достигается при частоте вращения 500 об/мин в диапазоне напоров от 700 до 1500.

Опыт эксплуатации ЭВНОП показал, что насосы можно эффективно эксплуатировать в сложных условиях, особенно в скважинах с повышенным содержанием механических примесей. Гарантированный ре-сурс ЭВНПО в зависимости от условий эксплуатации может составлять до 800 суток. Применение насосов такого типа — эффективное решение для добычи тяжелой нефти из низкодебитных скважин с высоким содержанием механических примесей.