Якимов Сергей Борисович Главный специалист Управления механизированной добычи нефти и ГТМ ПАО «НК «Роснефть»

СТАРТ С САМЫХ ПРОСТЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Работы по снижению энергопотребления были начаты в ТНК-ВР в конце 2009 года. И на тот момент мы столкнулись с «информационным вакуумом» в вопросе экономической эффективности технологий энергосбережения. Весь положительный опыт в российских технических журналах сводился в основном к описанию энергетических преимуществ вентильных двигателей перед асинхронными. Другой рекламируемой технологией энергосбережения были ЭЦН с повышенным КПД. При этом ни одним из авторов статей не проводилась экономическая оценка целесообразности применения ВЭД и ЭЦН с повышенным КПД.

В отсутствие четкого понимания экономической целесообразности применения различных технологий энергосбережения отдел механизированной добычи ТНК-ВР разработал краткосрочную программу первого этапа работ. Эта программа предусматривала начало массового применения самых простых технологий, не требовавших больших инвестиций, и одновременное проведение пилотных проектов по испытанию дорогостоящего оборудования для энергосбережения с оценкой экономической целесообразности его применения. Итак, в конце 2009 года началось массовое внедрение самых простых технологий снижения энергопотребления, к которым относились следующие:

• применение кабеля большего сечения на скважинах с повышенным током;
• применение НКТ увеличенного диаметра на скважинах с высоким дебитом;
• энергосберегающий дизайн УЭЦН.

В качестве наиболее простого технологического проекта снижения энергопотребления было предложено увеличение сечения кабеля. Соответственно, у нас появилась необходимость выработки критериев целесообразности замены кабеля с учетом увеличения его стоимости и снижения затрат на электроэнергию. Была создана предельно простая модель расчета порога целесообразности замены кабеля от величины сила тока. На основании данной модели мы затем составили таблицу пороговых значений тока УЭЦН с экономической целесообразностью увеличения сечения кабеля.

Аналогичные расчеты были сделаны для определения экономически целесообразного порога увеличения диаметра НКТ с 73 до 89 мм на высокодебитных скважинах. Расчеты показали, что при существующих соотношениях стоимости электроэнергии и труб, порог экономической целесообразности соответствует дебиту 450 м³/сут.

В течение 2010 года всем ЦДО компании был определен объем работ по увеличению сечения кабеля и увеличению диаметра НКТ. В соответствии

с выданными рекомендациями была внесена корректировка в заявки на закупку кабельных линий и НКТ. Началась планомерная реализация проекта по приведению в соответствие сечения кабеля и диаметра НКТ с целью снижения потребления электроэнергии.

ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЙ ДИЗАЙН – РАБОЧАЯ ЛОШАДКА ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ

Наиболее массово применяемой технологией снижения энергопотребления стал энергоэффективный дизайн УЭЦН. Суть метода заключается в проектировании дизайна УЭЦН с максимально возможным КПД без потери добычи жидкости. Данная технология давно применяется всеми ведущими иностранными нефтедобывающими компаниями, но на территории России ТНК-ВР впервые применила ее в широких масштабах. Подробный доклад с описанием данной технологии представлен в журнале «Инженерная практика» №3 за 2010 год. Основные принципы энергосберегающего дизайна следующие:

• дизайн УЭЦН с рабочей точкой в зоне максимального КПД, подбор насоса с оптимальным количеством рабочих ступеней;
• максимально возможное применение ЭЦН с повышенным КПД, например применение ЭЦН серии 5А вместо серии 5, где это возможно;
• использование ПЭД с максимальным КПД, например применение ПЭД габарита 117 мм вместо 103 мм;
• увеличение загрузки ПЭД до определенного значения;
• применение ПЭД с максимально возможным напряжением питания и минимальным рабочим током;применение кабеля оптимального сечения;
• применение НКТ оптимального сечения;
• снижение в ряде случаев глубины спуска УЭЦН;
• отказ в ряде случаев от применения газосепараторов и других дополнительных устройств, потребляющих энергию.

После успешного проведения пилотного проекта по подбору УЭЦН методом энергосберегающего дизайна, началось обучение технологов цехов добычи применению этой технологии. Так как данный метод не требует больших инвестиций, а требует лишь квалификации персонала и творческого подхода, удалось достичь быстрого темпа распространения технологии на все ЦДО. Результаты пилотного проекта на 795 скважинах в ОАО «Самотлорнефтегаз» и ОАО «ТНК-Нижневартовск» за 2010 год показали среднее снижение удельного энергопотребления на уровне 2 кВт-ч/м3, или 20,3% (табл. 1).

Особо следует отметить, что как удельное, так и абсолютное энергопотребление было достигнуто при увеличении дебита жидкости по скважинам, что ранее никогда не удавалось сделать. В 2011 году снижение энергопотребления методом энергоэффективного дизайна планируется реализовать уже на 1930 скважинах. Таким образом, в условиях отсутствия высокоэффективных технологий энергосбережения не требующих значительных инвестиций, технология энергосберегающего дизайна стала рабочей лошадкой проекта энергосбережения.

ПОВЫШАЕМ НАПРЯЖЕНИЕ – СНИЖАЕМ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕ

В условиях отсутствия предлагаемых российскими производителями простых и дешевых технологий энергосбережения пришлось обратиться к зарубежному опыту. Зарубежные компании давно начали работу по энергосбережению и накопили значительный опыт применения технологий, одна из которых, успешно работает в компании Conoco Inc.

Технология заключалась в применении асинхронных ПЭД с повышенным напряжением питания. Этим методом Conoco Inc. удалось снизить потери в силовых кабелях и уменьшить общее энергопотребление при механизированной добыче нефти. Успешный опыт Conoco стал основанием для выдачи задания заводу ООО «Алмаз» на разработку и выпуск подобного оборудования. Быстро реагирующее на просьбы заказчика предприятие разработало и изготовило асинхронные ПЭД с повышенным напряжением в кратчайший срок. И первая партия была спущена в скважины в конце 2010 года.

Из сравнения параметров работы стандартных асинхронных ПЭД и ПЭД с повышенным напряжением следует, что увеличение напряжения питания ПЭД приводит к пропорциональному снижению рабочего тока (табл. 2). Снижение рабочего тока в свою очередь, позволяет снизить тепловые потери в кабельной линии и получить эффект энергосбережения. В этой же таблице показаны расчетные эффекты от применения выпускаемых по заданию ТНКВР асинхронных ПЭД с повышенным напряжением. Для питания этих двигателей требуются трансформаторы с напряжением 2000 в, которые имеются на промыслах ТНК-ВР, а в случае необходимости, могут быть сделаны из имеющихся в наличии с минимальными затратами.

Промысловые испытания полностью подтвердили ожидания. Рабочий ток был снижен в среднем на 40%, что привело к снижению потерь в кабельных линиях и позволило сократить общее энергопотребление на 3–5% (рис. 1). При использовании двигателей мощностью 32 кВт, рабочий ток был меньше 10 А.

Таким образом, технология применения высоковольтных асинхронных ПЭД показала себя как обладающая очень высокой экономической эффективностью, которая складывается из снижения затрат на электроэнергию и снижения стоимости закупки силового кабеля. Значительное снижение рабочего тока позволяет при применении ПЭД мощностью 32 и 45 кВт перейти от использования кабеля сечением 16 мм2 на 13 или даже 10 мм² (рис. 2).

Снижение затрат на закупку кабеля перекрывает увеличение затрат на закупку ПЭД с повышенным напряжением и перемотку трансформатора. Поскольку комплект УЭЦН с асинхронным ПЭД с повышенным напряжением и кабелем уменьшенного сечения стоит меньше комплекта УЭЦН со стандартным ПЭД и стандартным сечением кабеля, применение данной технологии энергосбережения не требует дополнительных инвестиций. На рис. 3 представлено распределение ПЭД по номинальной мощности в ТНК-ВР. Завод «Алмаз» в настоящее время освоил выпуск ПЭД с повышенным напряжением от 32 до 56 кВт.

Потенциальный фонд скважин для использования данного оборудования составляет 9142 скважины, или 70% действующего фонда Компании. Расчетный эффект энергосбережения для этого фонда составляет 236,805 тыс. кВт-ч. Однако, несмотря на большую экономическую эффективность, технологическая эффективность применения асинхронных ПЭД с повышенным напряжением все же невысокая и позволяет снизить энергопотребление УЭЦН всего на 3–5%.

ЭЦН С ПОВЫШЕННЫМ КПД – ТЕХНОЛОГИИ СПОСОБНЫЕ ДАТЬ КОРЕННОЙ ПЕРЕЛОМ

Описанные выше наиболее простые и не требующие значительных инвестиций технологии были широко использованы на первом этапе проекта и будут применяться и дальше. Однако все они, за исключением энергоэффективного дизайна, являются низкои среднеэффективными и не способны внести коренной перелом в решение задачи снижения энергопотребления при добыче жидкости до уровня западных компаний. Наиболее же перспективным с этой точки зрения сегодня представляется применение ЭЦН с повышенным КПД. Предварительные расчеты эффективности проектов показали большие перспективы использования энергоэффективных ЭЦН с повышенным КПД в комплекте с ВЭД производства ЗАО «Новомет-Пермь».

Хорошие показатели предполагается также получить и от применения насосов серии EZiline компании Schlumberger. Пилотные проекты по испытанию данного оборудования запланированы в ТНК-ВР в 2011 году.

ВЕНТИЛЬНЫЕ ПЭД – ВСЕ ЕЩЕ СОМНЕНИЯ

Широко разрекламированные в российских технических изданиях ВЭД не подтвердили своей высокой энергоэффективности на скважинах ТНК-ВР. Зафиксирован эффект энергосбережения на уровне 5–7% по сравнению с асинхронным двигателем. К сожалению, проекты по замене УЭЦН с асинхронным двигателем со станцией управления прямого пуска на ВЭД со станцией управления имеют при таком эффекте энергосбережения низкую экономическую эффективность по причине значительного удорожания комплекта оборудования. В 2011 году запланировано продолжение работ по замеру фактической энергоэффективности ВЭД различных производителей.

МАТРИЦА ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЙ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ

На рис. 4 представлена матрица экономической эффективности технологий энергосбережения ТНК-ВР.

Так как технология энергоэффективного дизайна и метод увеличения до определенного значения загрузки ПЭД не требуют инвестиций, они относятся к наиболее привлекательным. Применение асинхронных ПЭД с повышенным напряжением, в случае, когда сечение кабеля остается тем же, требует незначительных инвестиций, и экономическая эффективность таких проектов очень высокая. Как было указано выше, в случае, снижения сечения кабеля, проект не требует дополнительных инвестиций. Проекты применения ЭЦН с высоким КПД показывают очень высокую технологическую и экономическую эффективность. Применение кабеля повышенного сечения и НКТ повышенного диаметра имеют среднюю экономическую и технологическую эффективность. Замена асинхронного двигателя ВЭД показала низкую экономическую эффективность.