Перспективы развития оборудования УЭЦН

Одним из основных факторов, влияющих на работу УЭЦН, является газовый фактор пластовой жидкости. Газовый фактор имеет большое значе­ние при выборе способа эксплуатации и проектировании опти­мального режима работы системы пласт-скважина.

Наличие газа в водонефтяной смеси также изменяет свойства последней и поведение рабочей характеристики насоса. Значе­ние оптимального газосодержания дополнительно будет зави­сеть от свойств нефти и содержания воды в смеси. Допустимые значения газосодержания на входе в насос по техническим условиям эксплуатации установок составляют 25%, однако на самом деле эта величина колеблется в пределах 5-50% от объема добывае­мой продукции.

Известны следующие методы борьбы с газом в скважинах, эксплуатируемых УЭЦН:

− спуск насоса в зону, где давление на приеме обеспечивает оптимальную подачу насоса и устойчивую ее работу;

− применение сепараторов различных конструкций;

− монтаж на приеме насоса диспергирующих устройств;

− принудительный сброс газа в затрубное пространство;

− применение комбинированных, так называемых «ступенчатых», насосов.

Создание на приеме насоса давления, равного давлению насы­щения нефти газом или близкого к нему широко рас­пространено, так как технологически и организационно это достаточно просто, но метод является неэкономичным, поскольку для его осуществле­ния требуется спуск насоса на большие глубины, соизмеримые с глубиной скважины. Последнее связано с затратами на насосно-компрессорные трубы, кабель, электроэнергию и спускоподъемные операции, а иногда и невыполнимо по техни­ческим причинам.

Применение сепараторов предусматривает установку на приеме насоса специальных устройств, разделяющих жидкость и газ, и выброс последнего в затрубное пространство. В различных нефтедобывающих районах прошло промыш­ленное апробирование как отечественного, так и импортного оборудования. По данным эксплуатации была зафиксирована удовлетворительная работа ЭЦН в течение длительного времени при объемном расходном газосодержании, равном 0,5.

По принципу действия газосепараторы делятся на три типа:

– гравитационные;

– вихревые;

– центробежные.

Использование диспергаторовпо­зволяет увеличить допускаемое значение объемного газосодер­жания на приеме от 0,10 до 0,25 за счет образования тонкодис­персной структуры среды. Диспергаторы уста­навливаются как вне, так и внутри насоса взамен нескольких рабочих ступеней. Диспергаторы эффективны в обводненных скважинах, образующих вязкую эмульсию, так как способству­ют разрушению ее структуры. Диспергатор является сильным турбулизатором потока и спо­собствует эффективному выравниванию структуры газожидкос­тной смеси.

Принудительный сброс из затрубного пространства газа, который сепарируется туда в про­цессе эксплуатации скважины из жидко­сти, применяется с целью не допустить оттеснения жидкости до приема насоса и, попадания газа в насос, снижения его подачи или аварийной работы в режиме сухого трения. Кроме того, газ создает противодавление на пласт, уменьшая приток жидкости. Известны способы сброса газа из затрубного пространства путем применения автоматически работающих устьевых или скважинных обратных клапанов или эжекторов, отсасывающих газ принудительно.

При применении комбинированных насосов, «вредное» влияние газа уменьшается, если некоторое число ступеней заменить ступенями большей подачи. Обладая боль­шим объемом каналов, эти ступени обеспечивают и большее поступление на прием газожидкостной смеси. При попадании в серийные ступени объем смеси уменьшается за счет сжатия и растворения газа в жидкости, чем и достигается оптимальная подача насоса.

Более 10 лет назад запущен в серийное производство отече­ственный сепаратор 1МНГ5 к ЭЦН 5 группы. Они успешно ра­ботали в широком диапазоне изменения условий эксплуатации. Однако сепаратор имел сложную конструкцию, большую массу, был подвержен абразивному износу и обрыву по корпусу сепа­ратора. Кроме того, в условиях высоких газосодержаний на мно­гих режимах наблюдалось существенное влияние газа на работу ЭЦН, оборудованных 1МНГ5.

Поэтому возникла необходимость создания нового типа се­паратора. Учеными ГАНГ им. И. М. Губкина был предложен новый тип сепарации, на основе которого специалисты АО «Ле­бедянский машиностроительный завод» разработали конструк­цию модуля насосного газосепаратора МНГСЛ5 к по­гружным насосам группы 5. Масса нового сепаратора оказалась примерно в 2 раза меньше, чем у 1МНГ5, в частности, за счет упрощения конструкции. Кроме того, в МНГСЛ5 предусмотре­на защита внутренней поверхности корпуса от абразивного из­носа. Новый газосепаратор позволяет стабильно работать насо­су при содержании в пластовой жидкости газа до 80%.

Одним из основных направлений повышения эффективности функционирования УЭЦН является использование при производстве оборудования новых конструкционных и электротехнических материалов.

Например, в конструкции электродвигателей серии ПЭДУ применены подшипники скольжения, у которых в качестве пары трения ис­пользуются металлофторопластовые втулки и стальные втулки, насаженные на вал. Металлофторопластовая втулка изготавливает­ся из металлофторопластовой ленты вальцеванием и калибров­кой. Основу составляет стальная лента, омедненная с двух сто­рон. На одной стороне нанесен пористый слой из сферических частиц бронзы (диаметр 0,1 мм) толщиной 0,3–0,4 мм. Объем пор составляет 30–40%. Поры на всю глубину заполнены фторопластом–4ДВ в смеси с дисульфидом молибдена (75 и 25% со­ответственно). Металлофторопластовая втулка запрессована в корпус подшипника, выполненного из немагнитного материала. Применение таких подшипников позволяет в два раза повысить срок их службы и снизить вероятность аварии.

Продолжаются работы по улучшению изоляционных свойств кабеля, герметичности и стойкости его брони против коррозии. Так, АО «Подольск-кабель» освоило выпуск кабеля с многослойной полиэтиленово-полипропиленовой изоляцией, методику сварки изоляции пучком электронов и технологию изготовления брони кабеля из нержавеющей стали. Это позволило повысить рабочую температуру кабеля до 190 ^оС.

Одним из самых ненадежных узлов электродвигателя является изоляция обмоточного провода статора. В этой области ведутся работы по применению новых изоляционных материалов, в частности, на базе фторопластов и по улучшению качества масла, заполняющего двигатель. Это позволит повысить температуру окружающей среды и увеличить отбираемую от двигателя мощность.

Все более широкое применение находят устройства для регулирования частоты вращения ПЭД и устройства для их плавного пуска. Выполненные на базе современной полупроводниковой техники, эти аппараты позволяют обеспечить более качественный и безопасный для двигателя вывод УЭЦН на рабочий режим, согласовать характеристики установки и скважины.

Постоянно ведутся исследования по улучшению характеристик рабочих колес ЭЦН. Ярким примером служит использование двухопорных колес в стандартных насосах, что позволило значительно повысить наработку до отказа таких установок. ЗАО «Новомет» освоило серийный выпуск насосов с центробежно-вихревыми ступенями, что позволило уменьшить длину установки при сохранении величины подачи.