Технические характеристики «ЦУНАР-100»

Насос агрегата «ЦУНАР-100» — центробежный модульный высо­коо­бо­рот­ный с напором одной ступени до 40 м водяного столба.

Один модуль насоса содержит 24 ступени и развивает напор до 1000 м во­дя­ного столба. Рабочие колеса выполнены из высокопрочного титанового спла­ва, что позволяет работать в нефтесодержащей пластовой жидкости с темпе­ра­ту­рой до 90 °С, со­стоящей из смеси нефти, попутной воды, нефтяного газа и се­ро­­во­дорода с рН 6,0...8,5 и плотностью до 1400 кг/м³ с содержа­нием твердых вклю­чений (механических примесей) до 2 г/л.

Насос может оснащаться специальным газосепаратором.

Характеристика насоса агрегата «ЦУНАР-100» представлена на рис. 1.155.

Рис. 1.155. Характеристики насоса агрегата «ЦУНАР-100»

Успешно проведены стендовые и промысловые испытания вентильных пог­ружных двигателей, которые разработаны по за­данию НК «Лукойл». На­чи­ная с 2001 г. начато серийное изго­товление этих двигателей для комплектации уста­новок ЭЦН.

Несмотря на одинаковые теоретические предпосылки прове­дения работ по соз­данию и освоению производством погружных электродвигателей вен­тиль­но­го типа, итоговые рекомендации раз­личных разработчиков существенно отли­чают­ся друг от друга.

Так, например, специалисты «КБ Нефтемаш» считают самым Ра­цио­наль­ным применять ЭЦН с вентильным двигателем при частотах вращения не менее 6500 — 7000 об./мин, АО «АЛНАС» считает эту же скорость вращения (6000 об./мин) предельно возможной, а специалисты НК «Лукойл» вообще пла­ни­руют ограничить скорость вращения ротора насоса величиной в 4000 об./мин. Прав­да, все разработчики едины во мнении о том, что применение вентильных ПЭД позволяет осуществлять плавный запуск установки ЭЦН и глубокое ре­гу­ли­рование до­бычных возможностей данного вида оборудования. Кроме того, зна­чительное изменение рабочего тока вентильного электро­двигателя при раз­ных нагрузках позволяет проводить диагнос­тику состояния погружного агре­га­та. Высокий КПД и отсутствие нагрева ротора ПЭД приводит к снижению тем­пе­ратуры масла в полости двигателя и гидрозащиты, что обеспечивает по­вы­ше­ние надежности работы ПЭД, особенно в условиях малых подач скважинной жид­кости и высокой пластовой температуры.

При нормальных условиях эксплуатации собственно скважинный цент­ро­беж­ный насос выходит из строя значительно реже, но и здесь необходимо усо­вер­шенствование его, в частности — для увеличения КПД.

С другой стороны, постоянное усложнение условий эксплуа­тации УЭЦН при­водит к необходимости коренного пересмотра конструкции как самого на­со­са, так и его составляющих: рабо­чих колес, направляющих аппаратов, про­ме­жу­точных и концевых радиальных и осевых опор, валов.

Уже созданы, прошли промысловые испытания и широко на­чали исполь­зо­вать­ся насосы АО «АЛНАС» типа ЭЦНА5-45 («Ана­конда») с рабочей частью ха­рактеристики от 10 до 70 м³/сут [5].

Необходимость создания таких насосов вызвана недостаточ­ной надеж­ностью серийных малодебитных насосов ЭЦН5-20 и их низкого КПД и, самое глав­ное, тем, что эти насосы явля­ются альтернативой серийным насосам типа ЭЦН5-50. Ис­пользование этих насосов, имеющих восходящую ветвь в ле­вой зо­не напорной характеристики, может привести к срыву подачи. Напорная харак­те­ристика насоса ЭЦНА5-45 имеет по­стоянно падающий характер, что обес­пе­чи­вает устойчивую ра­боту насоса в зоне малых подач, более высокую, чем у сту­пеней насоса DN 280 (REDA), напорность и достаточно высокий КПД.

Продолжая тему малодебитных насосов, нельзя не остано­виться на работе АО «АЛНАС» и АО «Завод Борец» по созда­нию насосов с номинальной по­да­чей 30, 50 и 80 м³/сут в габари­те 5А. В настоящее время закончены лабо­Ра­тор­ные испытания модельных ступеней с оптимизацией их параметров и проточ­ной части, освоено изготовление указанных насосов, которые начали поступать на нефтяные промыслы России.

Анализ характеристик показал, что напорность новой ступени с но­ми­наль­ной подачей 50 м³ возрастает на 0,65 м или на 15 %, а для ступени на 80 м³ — на 1 м или на 20 %.

В этом случае при использовании 5-метровой секции насоса можно дос­тичь напора в 1000 м. Кроме того, напорная харак­теристика этих насосов имеет неп­­рерывно падающую форму (следовательно, насос можно эксплуатировать в ши­­роком диапазоне подач) и превосходит по напорности аналог фирмы REDA (DN 440 и DN 675).

Насосы с двухопорными ступенями показывают хорошую работос­по­соб­ность в условиях повышенного содержания КВЧ. Так, в ОАО «Нижневар­товск­неф­тегаз» наработки лих насосов превышают на сегодня 400 суток и зна­чи­тель­но превосходят наработки обычных насосов. Заводами фирм «Лемаз», «АЛНАС», «Новомет» и «Борец» освоено производство насосов с двухопор­ны­ми ступенями производительностью 25, 50, 60, 80, 125 и 400 м³/сут.

На базе насосов с двухопорными ступенями упомянутыми выше рос­сийс­ки­ми фирмами созданы образцы насосов износо­стойкого исполнения произ­во­ди­тельностью 60 и 80 м³/сут, в которых применение керамических радиальных кон­цевых и про­межуточных подшипников позволяет эксплуатировать их при со­­держании механических примесей до 1000 мг/л. Насосы успеш­но прошли про­мысловые испытания в различных нефтяных ре­гионах страны.

Учитывая, что насосы повышенной износостойкости могут работать в тя­же­лых условиях после гидроразрыва пластов и пользуются все большей по­пу­ляр­ностью у российских нефтяни­ков, заводы планируют в ближайшее время освоить выпуск на­сосов с двухопорной конструкцией ступеней по всей но­менк­ла­­туре подач, т.е. дополнительно к освоенным еще 200, 160, 250, 500, 800 м³/сут и более.

В насосах типа ЭЦН начали широко применяться рабочие колеса новой конст­рукции — центробежно-вихревые (разработчик — АО «Новомет», г. Пермь), изготовленные с помощью тех­нологий порошковой металлургии. Но­вая конструкция и техно­логия на 20 % и более повышают напор, создаваемый одной сту­пенью насоса, а также увеличивают КПД ступени [4].

Применение для изготовления рабочих колес и направляю­щих аппаратов тех­нологии точного литья, например — по вып­лавляемой модели, позволяет на один-два класса повысить чис­тоту поверхности (снизить высоту неровностей) про­точной час­ти ступени, что существенно повышает их КПД и напор.

В насосах с повышенной коррозионной стойкостью повыша­ется гаран­ти­ро­ванная наработка на отказ за счет возрастания стойкости применяемых мате­риа­лов деталей и защиты части деталей от непосредственного активного воз­дейст­вия агрессив­ной среды.

Для улучшения условий эксплуатации насосов и облегчения сборки сква­жин­ного агрегата, спуска его в скважину и подъема совершенствуется вспо­мо­га­тельное оборудование — оборудова­ние устья скважины, приспособления для спус­ко-подъемных операций и т.д.

В то же время принципиальное изменение схемы спуска погружного агре­га­та в скважину может существенно повысить эксплуатационные качества, эффективность и другие показа­тели установок. Поэтому не снят с повестки дня вопрос о «пе­ревернутой схеме» УЭЦН для беструбной эксплуатации сква­жин (рис. 1.156).

Рис. 1.156. Схема установки ЭЦН с кабель-канатом

Применение этой схемы агрегата, опекаемого на кабель-канате, позволя­ет су­щественно увеличить диаметраль­ный габарит как погружного электродви­га­те­ля, так и насоса. Этот фактор по­зволяет в 1,3 — 2,5 раза повысить подачу и на­пор ступени, а также значительно повысить мощность и КПД установки.

Такая схема агрегата позволяет прин­ципиально изменить характер спуско-подъем­ных работ и резко увеличить га­бариты погружного агрегата (насоса и дви­гателя). Кроме того, при этой схеме подъем жидкости может осу­ществ­лять­ся по обсадной колонне, что снижает гид­равлические потери в трубах (по срав­не­­нию с подъемом жидкости по НКТ) и уменьшает металлоемкость установки. При этой схеме в погружном агрегате внизу находится насос, выше — гидро­за­щи­та двигателя и еще выше — сам элек­тродвигатель. Токоподводящий кабель под­соединяется к обмотке статора у вер­хнего торца двигателя.

Насос имеет прием у нижнего торца и выход жидкости в обсадную ко­лон­ну вверху, у соединения насоса с гидрозащитой. Для разобщения полостей при­ема и нагнетания насос устанавливается на пакер, предварительно опушенный в сква­жину. Скважинный агрегат спускается на кабеле, как на канате, поэтому ка­бель должен выдерживать вес агрегата, собственный вес и усилие срыва агре­га­­та с пакера. Для глубины около 1300 м нагрузка на канат составляет (с не­ко­то­­рым запасом) примерно 100 кН. Кабель-канат имеет конструкцию, отличную от обычной конструкции кабеля. В одной из конструкций кабеля его броня за­ме­­нена грузонесущей оплеткой, состоящей из двух рядов проволоки, нави­тых в раз­ных направлениях. Опытные и расчетные работы пока­зали, что спуск агре­га­та на кабель-канате дает возможность при­мерно в 2 раза увеличить мощность и по­дачу погружного насоса. Спуск и подъем глубинного агрегата ускоряется в 10 — 20 раз, ликвидируются трудоемкие работы с НКТ, улучшаются энерге­ти­чес­­кие показатели установки и уменьшается ее металлоемкость. Применение ка­­бель-канатной схемы установки ограниче­но некоторыми недостатками. Во-пер­­вых, еще не разработан кабель-канат с достаточно малым диаметром, дос­та­точ­ной гиб­костью и ремонтоспособностью. Последнее особенно важно, так как час­тые нарушения целостности шланга кабеля и его изоляции требуют мест­но­го ремонта, что в кабель-канате необходимо делать, не нарушая грузо­не­сущей оплет­ки. Во-вторых, отсутствуют средства, предотвращающие отло­же­ние па­ра­фи­на и солей на стенках обсадной колонны. Это создает опасность обра­зования про­­бок при подъеме агрегата. Боль­шое количество газа в отка­чи­вае­мой жид­кос­ти не создает до­полнительных трудностей, так как подача агре­га­тов большая и в этом случае, как и при обычном трубном варианте, прак­ти­чески весь газ идет в насос. Другие недостатки, выявлен­ные при опытных работах (ухудшение ра­бо­ты гидрозащиты из-за высокого абсолютного дав­ле­ния окружающей среды, необ­ходимость в специальной лебедке с по­вы­шен­ным уси­лием натяжения на­ма­тываемого кабель-каната) не столь прин­ципиальны.

Другое направление в разработке новых схем погружных насосных агре­га­тов (рис. 1.157) связано с использованием на­матываемых (гибких) без­резь­бо­вых труб. На этих трубах спус­кается обычный насосный агрегат, описанный в дан­ной гла­ве. Достоинство такой схемы спуска агрегата — ускорение и умень­ше­ние трудоемкости спуско-подъемных операций, а также возможность спуска ЭЦН в наклонные скважины. Эта воз­можность появляется при размещении кА­бе­ля внутри гибкой трубы, что защищает кабель от механических повреждений.

Рис. 1.157. Установка ЭЦН, спускаемая в скважину на наматываемых (гибких) трубах:

1 — крепление кабеля; 2 — гибкая труба, 3 — кабель, 4 — подсоединение гибких труб, 5 —дви­гатель; 6 — протектор, 7 — насос, 8 — входной модуль