Россия занимает в мире ведущее место по производству и использованию для добычи нефти установок электроцентробежных погружных насосов (УЭЦН). В этой связи весьма актуальным для нефтяных компаний является вопрос выбора качественного оборудования.
Приразломное месторождение считается одним из сложных в регионе. Количество механических примесей в большинстве скважин превышает норму в 2-5 раз. Цикл работ с УЭЦН представляет собой цепь последовательно связанных технологических звеньев. Отказ или брак в работе на любом из участков данной цепи приводит к отказу всей системы. Каждый отказ УЭЦН в суммарных затратах составляет сегодня более 1 млн. руб. Основным показателем работы механизированного фонда скважин является межремонтный период (МРП) работы УЭЦН. По состоянию на 01.01.2010 г. эксплуатационный фонд составляют 989 скважин, в т.ч. 727 добывающих [1, 2].
Работая в условиях реальной скважины, насос находится под воздействием многих факторов, влияющих на его работу. Как правило, это повышенное содержание КВЧ, повышенное содержание свободного газа при низких уровнях, высокая температура перекачиваемой жидкости и недостаточное охлаждение установки, и еще целый ряд неблагоприятных факторов. Все это ведет к преждевременному износу и выходу из строя оборудования. Износ деталей насоса порождает вибрацию (точнее многократно усиливает ее, так как вибрация неизбежно присутствует при работе установок). Особое влияние на наработку на отказ оказывает осевой износ, который выражается в износе упорных колец (текстолитовых шайб) и их контактирующих поверхностей в насосной ступени (бурты направляющих аппаратов). Износ вала насоса выражается, как правило, в образовании на нем глубоких кольцевых каналов. Причиной появления этих каналов является электрохимическая коррозия, а наличие механических примесей повышает интенсивность износа рабочих органов [3, 4, 5].
В зависимости от условий работы для изготовления ступеней применяют различные материалы. Обычно рабочие колеса и направляющие аппараты погружных электронасосов изготовляют путем отливки из специального легированного чугуна с последующей механической обработкой. Состояние поверхностей и геометрия проточных каналов рабочего колеса и направляющего аппарата существенно влияют на характеристику ступени. С увеличением шероховатости значительно снижается напор и КПД ступени, поэтому при отливке рабочих органов ЭЦН необходимо добиваться необходимого качества поверхностей проточных каналов. Повысить износостойкость пары трения (втулка защитная вала - ступица направляющего аппарата) удалось разработкой и внедрением в производство рабочих органов из порошковых металлов с различными добавками по технологии фирмы НОВОМЕТ, качество которых очень высоко. Эти ступени успешно применяются на месторождении. Центробежные насосы являются модернизацией существующих конструкций и полностью взаимозаменяемы с ними как по гидродинамическим характеристикам, так и по размерам. Все детали осевых и радиальных подшипников в насосах выполнены из современных материалов: -осевые опоры из карбида кремния или силицирванного графита, или твердого сплава; -радиальные подшипники из абразивно-стойкого материала «КАРСТ» Для работы в скважинах с содержанием абразивных частиц свыше 500 мг/л рекомендуется устанавливать «активные» опоры, представляющие собой ступени требуемого номинала, у которых ступицы колеса и аппарата выполнены из материала «КАРСТ».
Так как основным фактором выхода из строя УЭЦН является вынос механических примесей, то проанализировав среднюю наработку на отказ установок, дающие продукцию с различным содержанием механических примесей получим следующую зависимость показана на рисунке (рис.1).
Рис. 1. Зависимость изменения наработки от содержания механических примесей
Проанализировав работу скважин на различных депрессиях и содержание механических примесей в этих скважинах получим следующие зависимости содержания механических примесей от депрессии и от вскрытой нефтенасыщенной толщины показана на рисунке (рис.2 и рис.3).
Рис. 2. Зависимость содержания мехпримесей от депрессии
Рис. 3. Зависимость содержания мех. примесей от вскрытой нефтенасыщенной толщины
При форсированном отборе и работе на низких забойных давлениях, для обеспечения оптимального давления на приеме насоса, необходимо заглублять установки. Проведя анализ отказов установок и вычисляя среднюю наработку на отказ установок, работающих на различных глубинах, четко увидим тенденцию к снижению наработки при увеличении глубины спуска насоса показана на рисунке (рис.4).
Рис. 4. Зависимость наработки УЭЦН месторождения от глубины спуска
Учитывая ранее полученные зависимости построим зависимость, отражающую изменение наработки при снижении забойного давления (рис. 5).
Рис. 5. Зависимость наработки УЭЦН от забойного давления
Это связано: с увеличением количества свободного газа на приеме насоса при снижении давления ниже давления насыщения. С увеличением нагрузки на рабочие органы УЭЦН при работе на низких динамических уровнях с повышенным выносом мех. примесей при создании высоких депрессий – с увеличение температуры добываемой жидкости в верхних секциях УЭЦН [4, 5].
На основании вышеперечисленных особенностей эксплуатации Приразломного месторождения, для повышения надежности работы скважин оборудованных УЭЦН предлагаются следующие мероприятия:
- Выявить фонд скважин УЭЦН с низкими динамическими уровнями и повышенным выносом механических примесей. Для последующей оптимизации работы данных скважин уменьшением типоразмера насосов и применением СУ с ЧПС.
- Продолжать оборудовать скважины с повышенным выносом механических примесей, соответственным оборудованием (фильтров на приеме насоса типа «Стронг» и «ЖНШ»), отдавать предпочтение импортному оборудованию и насосам в коррозионно-износостойком исполнении. Также необходимо комплектовать данные скважины НКТ с покрытием (футерованные НКТ и НКТ с покрытием Ceram-Cote 74).
- Внедрить износостойкие ступени с керамическим покрытием. Испытать и внедрить новые типы рабочих колес и направляющих аппаратов, обеспечивающих добычу жидкости с мехпримесями 1000 мг/л.
