Краснов Александр Леонидович Руководитель департамента внедрения и продаж нефтепромыслового оборудования ЗАО «НПО «Имекс»

Установка погружного диафрагменного электронасоса (УЭДН5) предназначена для добычи пластовой жидкости из малодебитных скважин с внутренним диаметром обсадной колонны не менее 121,7 мм.

Принцип работы установки заключается в создании плунжерным насосом возвратно-поступательных гидравлических силовых импульсов рабочей жидкости (масла), которые передаются перекачиваемой пластовой жидкости через эластичную диафрагму. Диафрагма, совершая возвратно-поступательные перемещения, обеспечивает заполнение рабочей камеры насоса. В рабочей камере установлены два клапана: всасывающий и нагнетательный. Через всасывающий пластовая жидкость поступает в насос, а потом через нагнетательный клапан выталкивается в шламовые трубы и через радиальные отверстия конуса выбрасывается в НКТ. Кольцевое пространство между шламовыми трубами и стенками НКТ служит в качестве камеры для осаждения твердых частиц.

Факторы риска отказа насоса сведены к минимуму, поскольку контакту с пластовой жидкостью и износу подвержены только два клапана и диафрагма, материалы и технология изготовления которых предполагают длительную работу оборудования в скважинных условиях.

При применении насоса на различных глубинах изменяется только момент сопротивления привода, который зависит от высоты столба пластовой жидкости. При фиксированной мощности электродвигателя это приводит к уменьшению производительности насоса с увеличением глубины спуска. В связи с этим сегодня налажен выпуск унифицированной серии УЭДН5, включающей семь типовых исполнений установки, которые различаются номинальной производительностью и напором плунжерных пар. Отметим, впрочем, что возможность регулирования производительности спущенной в скважину установки отсутствует.

КОНСТРУКЦИЯ ЭЛЕКТРОНАСОСА

Моноблочный электронасос типа ЭДН5 состоит из четырехполюсного асинхронного электродвигателя марки ПЭДД-3 мощностью 3 кВт, конического редуктора, плунжерного насоса с эксцентриковым приводом и возвратной пружиной (рис. 1). Указанные узлы расположены в общей камере, заполненной маслом, и герметично изолированы от перекачиваемой среды резиновой диафрагмой и компенсатором. В верхней части электронасоса расположен унифицированный токоввод, обеспечивающий выравнивание давления в узле соединения муфты кабеля с разъемом корпуса.

Электронасос предварительно заполняется маслом в объеме пяти литров, испытывается на заводе и поступает заказчику полностью подготовленным к спуску.

На сегодняшний день существует три станции управления погружным диафрагменным электронасосом типа ЭДН5: ИРЗ-200-03-25 производства ООО «ИРЗ ТЭК» с возможностью подключения системы телеметрии; БМС-1-30-01-П-010 — станция прямого пуска на базе контроллера КУБ-2352 производства ООО «РУСЭЛКОМ» (без возможности подключения ТМС) и «Борец-14Д» — станция управления прямым и плавным пуском на базе контроллера «Каскад 2-200».

С помощью насоса ЭДН5 можно добывать пластовую жидкость — сырую нефть или смесь нефти, содержащую примеси, попутный нефтяной газ и пластовую воду — со следующими характеристиками: вязкость до 200 сСт; содержание парафина до 6%; массовая КВЧ до 2 г/л; объемное содержание попутного нефтяного газа до 10%; массовая концентрация сероводорода до 0,01 г/л (до 0,001%); диапазон температур перекачиваемой среды от 5 до 90°С; содержание пластовой воды — в любой пропорции; водородный показатель рН пластовой воды 6–8,5.

К основным преимуществам ЭДН5 можно отнести невысокую по сравнению с насосами других типов стоимость, малые габариты и массу, низкое энергопотребление (до 3 кВт), возможность эксплуатации малодебитных скважин, а также скважин со сложным профилем. Помимо этого, УЭДН5 может применяться для добычи нефти с высоким содержанием механических примесей и в скважинах с НКТ малого диаметра. При эксплуатации насоса не требуется установочной площадки и фундамента для наземного оборудования, а за счет исключения контакта с перекачиваемой средой обеспечивается незначительный износ основных узлов (рис. 2, табл. 1).

ПРАКТИКА ПРИМЕНЕНИЯ УЭДН5

По состоянию на январь 2015 года эксплуатационный фонд УЭДН в различных нефтедобывающих компаниях ориентировочно насчитывал 148 скважин. Наибольшее количество установок УЭДН5 эксплуатируется в компании SOCAR — государственной нефтяной компании Республики Азербайджан. В России максимальное количество внедрений насоса приходится на ОАО АНК «Башнефть» и ООО «РН-Краснодарнефтегаз» (рис. 3). В основном УЭДН5 применяются на скважинах с высокими обводненностью продукции и содержанием механических примесей с динамическим уровнем в пределах от 800 до 1000 метров.

СРАВНЕНИЕ С УЭЦН И УШГН

Как известно, эксплуатация малодебитных скважин с помощью УЭЦН может осуществляться в двух режимах: периодическом и постоянном. В последнем случае это приводит повышенному энергопотреблению (32 кВт-ч/тн) вследствие эксплуатации установки в левой зоне напорно-расходных характеристик (НРХ) и снижения КПД. Кроме этого, в связи с повышенным нагревом, отложением солей на рабочих органах и засорением механическими примесями значительно снижается наработка оборудования.

При использовании УЭДН обеспечивается низкое энергопотребление (7,6 кВч-ч/тн), а ограничения по напорно-расходным характеристикам связаны в основном с невозможностью эксплуатации установки с рабочим давлением выше номинального, а также небольшим диапазоном подачи (4–20 м³/сут).

При эксплуатации УЭЦН в периодическом режиме энергопотребление может достигать 21 кВт-ч/тн, в том числе по причине негерметичности обратного клапана над ЭПУ. В свою очередь, частые запуски-остановки и замерзание выкидных линий в зимний период приводят к существенному снижению наработки.

В случае УЭДН также может происходить замерзание выкидных линий при очень низких температурах, высокой обводненности и низкой скорости потока. Поэтому для контроля выкидной линии рекомендуется применять электроконтактный манометр (ЭКМ).

Применение УШГН, как правило, также приводит к повышенному энергопотреблению (27,1 кВт-ч/тн) в связи с использованием электродвигателей мощностью 28–32 кВт. Снижение наработки ШГН происходит по причине истирания колонны НКТ, образования АСПО и засорения насоса мехпримесями.

УЭДН указанных недостатков лишены. Вместе с тем они чувствительны к газу: так, допустимая норма составляет не более 10% нерастворенного газа на приеме насоса.

В целом же по сравнению с эксплуатацией УЭЦН в постоянном и периодическом режимах применение УЭДН позволяет снизить энергопотребление на 76 и 63% соответственно. По сравнению с ШГН — на 71%. При этом также снижаются затраты на монтаж оборудования и обустройство устьевой площадки.

УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ

Долгое время конструкция погружных диафрагменных электронасосов типа ЭДН5 не претерпевала каких-либо существенных изменений, однако начиная с 2000 года мы предприняли ряд шагов по ее усовершенствованию. Так, оригинальный токоввод был заменен на унифицированный под стандартную муфту кабельного ввода типа Б46. Кроме этого, была разработана новая номенклатура всасывающего и нагнетательного клапанов, рассчитанная на разные условия эксплуатации (рис. 4).

В частности, при изготовлении седла и шара клапанной пары УЭД 10.130 стали использоваться твердые сплавы ВК-20 и ВК-15. Диаметр шара увеличился до 14 мм. Направляющая пружина и опорная втулка шарика теперь изготавливаются из маслобензостойкой резины. Аналогичные изменения были внесены и в конструкцию всасывающего клапана ИДЯМ 306131001.

В перспективе при изготовлении всасывающего клапана ЦК 6033.11.00.000, который сейчас находится в разработке, планируется использовать стеллитовый сплав, для облегчения веса клапанной пары. Диаметр шара клапана составит 15,875 мм.

Для обеспечения возможности подвески щелевых противопесочных фильтров или капсул с химреагентами основание насоса было специально переделано под фланцевое соединение (рис. 5).

Также реализовано конструктивное решение по выводу средней точки нулевого провода погружного электродвигателя «вниз», что позволило дополнительно присоединять к установке блок погружной ТМС. На сегодняшний день реализована возможность стыковки с насосом погружных блоков телеметрии двух производителей: ООО «ПК «Борец» и ООО «ИРЗ ТЭК».

Помимо этого, принято решение о замене масла, применяемого при вакуумировании насоса. Если изначально мы использовали масло М10Г2К, то сейчас — синтетическое масло немецкого производителя ADDINOL марки GETRIEBEЕL GH 75W90GL, выбор которого обусловлен его пониженным вспениванием, низким коэффициентом расширения при нагревании и высоким коэффициентом смазки высоконагруженных передач.

Также была разработана номенклатура приемных сеток и фильтроэлементов для различных условий эксплуатации, включая серийную приемную сетку, самоочищающийся пружинный фильтроэлемент и опытный образец самоочищающегося фильтра (рис. 6).

Насос с самоочищающимся пружинным фильтром (ФДН) с регулируемым межвитковым зазором хорошо зарекомендовал себя при работе с пластовой жидкостью с высокой вязкостью и большим содержанием парафина, а также при промывках в условиях выноса мехпримесей, смешанных с «пластовым илом».

ЭДН5-Р-ТМ С ИЗМЕНЕННЫМ РЕДУКТОРОМ И ПЛУНЖЕРНЫМ НАСОСОМ

На сегодняшний день нашей компанией создан новый опытный насос ЭДН5-Р-ТМ с измененным редуктором и плунжерным насосом (рис. 7). Замена конического редуктора на планетарный позволила вдвое уменьшить число ходов плунжера и за счет этого повысить КПД насоса. В настоящее время насос ЭДН5-Р-ТМ прошел стендовые испытания, собранна опытная партия насосов данного типа и мы ведем переговоры с нефтедобывающими компаниями о скважных испытаниях. Сравнение характеристик КПД серийного и опытного насосов, полученных при стендовых испытаниях на воде, представлены на рис. 8 и 9.