Втулки центраторы насосных штанг скважинных насосов со штанговым приводом

ОДНОВИНТОВЫЕ НАСОСЫ В НЕФТЯНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ – ВЧЕРА, СЕГОДНЯ, ЗАВТРА

D.F. BALDENKO NPO Burovaya Tekhnika OJSC Moscow, 115114, Russian Federation F.D. BALDENKO Gubkin Russian University of Oil and Gas RGU Moscow, 119991, Russian Federation

Среди объемных гидравлических машин все более заметную роль как в общем машиностроении, так и в нефтегазовой промышленности играют одновинтовые гидромашины c циклоидальным зацеплением рабочих органов, используемые в качестве насосов и двигателей. Простота конструкции и уникальные технические характеристики одновинтовых гидромашин (в частности, работоспособность при высокой вязкости, газосодержании и загрязненности рабочей среды) позволяют эффективно использовать их в различных технологических процессах. Настоящая статья представляет аналитический обзор существующих конструктивных схем и областей применения одновинтовых насосов (ОВН) в нефтяной промышленности, этапов и тенденций их развития. Статья сопровождается ссылками на важнейшие публикации и электронные ресурсы, что позволит читателю проследить ретроспективу и тенденции развития ОВН в нашей стране и за рубежом.

Разработка и распространение одновинтовых насосов

Дновинтовые насосы, известные за рубежом как Progressive Cavity Рumps (PCP), были изобретены 90 лет назад выдающимся французским инженером Р. Муано и за прошедшее время получили распространение практически во всех отраслях промышленности.

Области применения одновинтовых насосов в нефтяной промышленности

Одновинтовые насосы нашли широкое применение в нефтяной промышленности, особенно на добывающих установках. Их применяют для перекачки нефти с высоким содержанием песка, для перекачки флотационной смеси и других работ.

Развитие одновинтовых насосов

С развитием технологий в нефтяной промышленности, одновинтовые насосы продолжают совершенствоваться. Новые материалы, технические решения и подходы позволяют улучшить их производительность и надежность.

Заключение

Одновинтовые насосы играют важную роль в нефтяной промышленности, обеспечивая эффективную перекачку продуктов. С их помощью можно обеспечить стабильную работу оборудования и повысить общую производительность установок. Важно следить за новыми технологиями и разработками в этой области для улучшения процессов добычи и переработки нефти.

Новые тенденции в развитии объемных насосов

Объемные насосы (ОВН) широко применяются в нефтяной промышленности и наблюдается тенденция их дальнейшего развития. Это можно объяснить следующими причинами:

Увеличение числа нефтяных месторождений

• С трудноизвлекаемыми запасами, такими как тяжелая и высоковязкая нефть, битумы.
• Рост фонда малодебитных скважин, включая горизонтальные окончания.

Технические достижения

• Улучшение характеристик и повышение эффективности применения насосов в нефтедобыче.
• Внедрение новых материалов и технологий изготовления.
• Использование новых типов приводов и электроприводов.

Универсальность использования

• Традиционные конструкции ОВН применяются в различных технологиях добычи и бурения.

Рабочий орган

Рабочим органом ОВН является винтовой героторный механизм – косозубая пара внутреннего пространственного циклоидального зацепления. Он состоит из з–заходного металлического ротора (винта) и (z+1) – заходного статора (обоймы) с эластичной обкладкой.

Особенности ОВН

• Отсутствие быстроизнашивающихся распределительных устройств.
• Кинематика РО сочетает качение со скольжением, снижая износ рабочей пары.
• Непрерывное изменение положения контактной линии, что позволяет выносить механические примеси из насоса.
• Равномерность подачи и низкие внутренние скорости сдвига, ограничивающие эмульгирование жидкостей.

Производство

Объемы производства ОВН как в России, так и в мире, продолжают расти. Только заводы одной компании выпускают не менее 6 000 насосов в год.

Такие тенденции в развитии объемных насосов позволяют улучшить работу нефтяных месторождений и повысить эффективность производства.

История развития ОВН в России

История развития ОВН в мире начинается в первой трети XX века. После того как в 1930 г. Р. Муано разработал и запатентовал объемный насос нового принципа, впоследствии получившего название Рrogressive Cavity Pump, затем на протяжении 1930 гг. РСМ, Netzsсh, Mono Pumps, R&M и другие компании Европы и Америки начинают промышленное производство и применение ОВН.

В сороковые годы начинается история ОВН в России. Основные этапы развития можно увидеть в таблице ниже:

Основные области применения ОВН

ОВН нашли широкое применение в различных отраслях. Ниже представлены основные области использования ОВН:

1. Нефтегазовая промышленность – в скважинах для добычи нефти и газа.
2. Химическая промышленность – для перекачки различных химических жидкостей.
3. Пищевая промышленность – для перекачки жидких пищевых продуктов.
4. Строительная отрасль – для подачи строительных растворов и бетона.
5. Сельское хозяйство – в системах орошения и удобрения.
6. Водоснабжение и водоотведение – для работы со сточными водами и очисткой воды.

Перспективы развития применения ОВН в нефтедобыче

За последние десятилетия ОВН заняли одну из ведущих позиций в парке технических средств механизированной добычи нефти. Многолетняя практика эксплуатации различных месторождений показывает, что технология добычи с ОВН может успешно применяться в скважинах с различными геолого-техническими характеристиками.

Преимущества ОВН

Основные достоинства ОВН включают в себя возможность эффективного откачивания скважинных жидкостей различной вязкости, обводненности, плотности и содержащих механические примеси, делая их конкурентоспособными по сравнению с традиционными технологиями с использованием ЭЦН и ШГН в определенных условиях эксплуатации.

ОВН также характеризуются малой металлоемкостью и высокой всасывающей способностью.

Рекомендации по выбору скорости

Для каждого типоразмера ОВН существуют рекомендации по выбору скорости, обеспечивающей эффективную работу насоса в заданных условиях. В каталогах различных фирм упоминается вязкость до 10 000 сСт.

Применение ОВН

Для добычи сверхвязкой нефти типоразмер ОВН выбирается с учетом допускаемой частоты вращения, обеспечивающей нормальные условия наполнения и минимальные гидравлические сопротивления в камерах насоса.

Подбор ОВН и глубина его спуска производится технологическими службами нефтедобывающих предприятий индивидуально для каждой скважины с учетом различных факторов, используя программные комплексы для оптимизации режима работы насосного оборудования.

Распространение ОВН

По данным авторитетных изданий, в настоящее время винтовые установки успешно эксплуатируются более чем в 50 000 скважинах по всему миру. Наибольшее распространение они получили в Канаде, Китае, Казахстане, а в России – на месторождениях Урало-Поволжья и Коми.

Производители ОВН

ОВН производятся как в России, так и за рубежом различными компаниями. Например, в России их выпускают Ливгидромаш, завод им. Гаджиева, ВНИИБТ-БИ. Западные производители предлагают широкую гамму типоразмеров штанговых насосов с наружными диаметрами от 42 до 130 мм и давлением до 30 МПа.

Таблица с информацией о насосах

Спецификации ОВН

Большинство ОВН имеют диаметры от 60 до 127 мм, что позволяет использовать их в различных технологиях, включая добычу из горизонтальных скважин и дополнительных стволов в горизонтально-разветвленных скважинах. При больших глубинах спуска и подачах насоса, длина винтовой пары может достигать 15 м.

Вывод

ОВН являются важным элементом в современной нефтедобыче, обладая рядом преимуществ и широким спектром применения. С постоянным развитием технологий, они остаются актуальным решением для обеспечения эффективной добычи нефти.

Помимо традиционных асинхронных ПЭД насосы ЭВН комплектуются частотно-регулируемыми приводами, а также вентильными и индукционными электродвигателями (РИТЭК, Татнефть), что позволяет расширить диапазон выходных параметров и повысить эксплуатационные показатели насосной установки. Некоторые производители перешли на однопоточную конструктивную схему ЭВН с вынесенной осевой опорой, что обеспечивает повышенный эксплуатационный ресурс и возможность размещения сепаратора на приеме насоса. Диаметральные габариты ЭВН 55 – 172 мм. Подача в зависимости от типоразмера насоса и типа погружного электродвигателя составляет 15–200 м3/сут. Некоторые модели способны развивать давление 20 МПа. Специалисты отечественных машиностроительных и нефтяных компаний разработали и внедрили ряд оригинальных технологических схем применения ОВН, в частности, компоновки для одновременно-раздельной эксплуатации (ОРЭ) с применением винтового и плунжерного насосов, для добычи нефти и закачки воды в поглощающий горизонт с применением двух винтовых насосов (рис. 5). Серьезное усовершенствование получили эластомеры, применяемые в обкладках статоров. Использование модифицированных нитрильных каучуков позволило поднять термостойкость до 160–180 град. Заслуживает внимания и т.н. скользкая резина, предложенная РЕАМ-РТИ и обеспечивающая заметное снижение коэффициента трения в резинометаллической паре. Обрезинивание статоров для нефтяных ОВН в отечественной практике производится на Чайковском заводе РТД и других предприятиях. Опыт эксплуатации насосов во многих странах показал, что современные погружные ОВН могут эффективно применяться в самых разнообразных технологиях механизированной добычи нефти. Так, например, в России имеется положительный опыт эксплуатации ЭВН с вентильным приводом ПК «Борец» на малодебитном фонде скважин ОАО «Сургутнефтегаз», позволивший решить задачу сверхнормативного энергопотребления ЭЦН и перевести скважины на непрерывный режим добычи. На западном рынке появились инновационные технические решения для ОВН. Французская компания РСМ предложила модификацию рабочих органов для добычи нефти с высоким газосодержанием (до 90% свободного газа), что достигается установкой в серийных РО гидравлического регулятора, обеспечивающего равномерное распределение давления по длине за счет выполнения лысок или прорезей для внутренней рециркуляции жидкости.

Эта же фирма внедрила технологию изготовления полностью металлических РО без использования эластомеров в качестве обкладки статора. Такие насосы (торговая марка Vulcain) выпускаются с верхним приводом в габаритах 60–127 мм (9 моделей с подачами 60–500 м3/сут. и давлением до 12 МПа). Появление на рынке таких насосов открыло новые горизонты их применения, прежде всего, с использованием термических методов при эксплуатации месторождений с трудноизвлекаемыми запасами (рис. 6). Прообразом такой модификации ОВН можно считать разработанный в СССР в 1970-е годы насос с чугунным статором для перекачки химически агрессивных жидкостей, а также технология производства гидроштампованных роторов, освоенная в ООО «ВНИИБТ-БИ». Технологическим достижением также является разработка высоконапорного насоса, оснащенного статором с равномерной толщиной эластичной обкладки, используемого, например, фирмой Netzsch в различных технологических процессах. Насосы для транспортирования нефти и газожидкостных сред. Внутрипромысловый транспорт является важной составляющей наземного технологического оборудования в бурении и добыче. Анализ отечественного и зарубежного опыта эксплуатации и литературных источников дает основание считать, что одним из наиболее эффективных для перекачки нефти и газожидкостных смесей наряду с двухвинтовым насосом и поршневым насосом специального исполнения с бустерной приставкой является ОВН.

В некоторых технологических процессах ОВН, обладая рядом серьезных эксплуатационных преимуществ, вытесняют применяющиеся центробежные насосы. Многие компании (Netzsch, PCM, Robbins & Myers) изготавливают модельные ряды ОВН такого назначения (с подачей от 10 до 250 м3/ч и давлением до 7 МПа), получивших название мультифазных. Мультифазные насосы также выпускаются в России, в частности, ООО «ВНИИБТ–Буровой инструмент» изготавливает насосы с многозаходными РО и различной компоновкой привода, оснащенные устройством защиты от сухого трения при кратковременном отсутствии жидкой фазы. Гамма таких насосов обеспечивает подачу до 350м3/ч и давление до 4 МПа (рис. 7).

ДРУГИЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ОВН ОВН, обладая уникальными эксплуатационными характеристиками, успешно применяются в экологических проектах как средство откачки нефтей и эмульсий из цистерн и водоемов. Интерес представляют плавучие понтонные насосные установки (рис. 8) для сбора остаточных нефтепродуктов с целью увеличения обьемов добычи и улучшения экологической ситуации на месторождении. В отдельных случаях ОВН могут найти применение в системах поддержания пластового давления и выполняться по двум схемам (вертикального и горизонтального исполнения). В последние годы ОВН широко применяются в циркуляционных системах буровых установок и зарекомендовали себя как надежные и эффективные насосы для питания центрифуг в ступени тонкой очистки бурового раствора, а также дозирования химических реагентов.

ПУТИ РАЗВИТИЯ Будущее ОВН, вероятно, будет определяться совершенствованием их рабочих органов и применением инновационных конструкционных материалов и технологий изготовления.

Следует отметить, что потенциальные возможности РО насосов еще полностью не использованы. Так, не получили широкого применения многозаходные винтовые пары, впервые предложенные в отечественной практике еще в 1980-х годах, и нетрадиционные кинематические схемы с дополнительной подвижностью РО. Использование многозаходных ОВН особенно эффективно при реализации целей увеличения подачи и давления при сохранение длины и диаметрального габарита насоса, а также при пониженных частотах вращения приводного вала. Дальнейшее развитие нефтяных

ОВН будет идти по пути расширения номенклатуры насосов для технологий механизированной добычи нефти: – малогабаритных малодебитных насосов как альтернатива ЭЦН и ШГН; – насосов для добычи нефти с использованием метода закачки в пласт теплового агента, а также комплексных технологий применения катализаторов и растворителей; – мультифазных насосов для внутрипромыслового транспорта и освоения скважин; – внутрискважинных технологических компоновок с использованием ОВН; – эффективных приводов для штанговых и бесштанговых ОВН с цифровыми системами управления. Потенциальные возможности ОВН не ограничиваются приведенными выше конструкциями и технологическими схемами. Вниманию читателей предлагаются два проекта, разработанные еще в прошлые годы и не утратившие свою актуальность на современном этапе: 1) Погружной одновинтовой насос с нижним гидравлическим винтовым приводом. Впервые эта идея была обнародована и запатентована в нашей стране еще в 1972 г. В качестве привода был предложен винтовой гидромотор по принципу действия и конструкции аналогичный применяемому в бурении забойному двигателю. Эксплуатационные преимущества такого насоса – отсутствие клапанно-золотниковых распределителей потока; возможность применения воды в качестве рабочей жидкости; возможность эксплуатировать скважины практически любого сложного профиля, плавное регулирование подачи; отсутствие силового кабеля и гидрозащиты. Можно предположить, что целесообразность реализации такого проекта будет возрастать по мере необходимости эксплуатации наклонно-направленных и горизонтальных скважин, в том числе, на шельфе и море. Известны несколько технологических схем размещения гидроприводного насоса в скважине. На рис. 9 представлена простейшая схема установки. 2) Силовой буровой насос для мобильных установок, в том числе, с использованием колтюбинга. Мобильные установки широко применяются при освоении и капитальном ремонте нефтяных и газовых скважин. В их составе в качестве силового циркуляционного насоса применяются плунжерные насосы, которые размещаются на шасси и приводятся в действие от коробки скоростей автомобиля. В установках, предназначенных для обслуживания скважин с давлением нагнетания до 15 МПа будет целесообразно использовать специальный горизонтальный многозаходный ОВН (рис. 10). Такая замена позволит снизить массу и стоимость насоса и обеспечит равномерность потока жидкости.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Одновинтовые насосы получили широкое применение в нефтяной промышленности мира, являясь незаменимым элементом многих технологических процессов, их производством и эксплуатацией занимаются всемирно известные машиностроительные компании. В нашей стране специалистами конструкторских, научно-исследовательских и производственных предприятий создана гамма ОВН для нефтяной промышленности.

Отечественные ученые, инженеры и конструкторы внесли существенный вклад в практику конструирования, создания теории рабочего процесса и проектирования этих насосов. Ими разработаны и внедрены десятки новых технических решений, защищенных патентами. Потенциальные возможности ОВН далеко не исчерпаны. Значимость ОВН в нефтяной промышленности будет возрастать по мере реализации существующих проектов и появления инновационных технологий нефтедобычи.

1. Складнев Г.В. Анализ рабочего механизма винтового насоса Д4Д и результаты его испытаний. ВИГМ: Отчет по теме РН-95. – М. – 1944. 2. Райхман Д.А., Хейфец Я.С. Винтовые насосы ВН. – М.: Углетехиздат, – 1952. 3. Noskievic J. Vretenova Cerpadla. Praha, SNTL, – 1961. 4. Крылов А.В. Одновинтовые насосы. – М.: Гостоптехиздат, – 1962. 5. Богданов А.А., Ратов А.М. Одновинтовые электронасосы для добычи нефти. – М.: ВНИИОЭНГ, – 1968. 6. Балденко Д.Ф., Бидман М.Г. Одновинтовые насосы в СССР и за рубежом. – М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, – 1972. 7. Ратов А.М., Хейфец Я.С. Одновинтовые скважинные электронасосы в Советском Союзе и за рубежом. – М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, – 1979. 8. Балденко Д.Ф., Бидман М.Г., Калишевский В.Л. и др. Винтовые насосы. – М.: Машиностроение, – 1982. 9. Балденко Д.Ф., Балденко Ф.Д. Теоретические предпосылки и перспективы применения многозаходных одновинтовых насосов // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – М.: ВНИИОЭНГ, – 1992. – No 6–7. 10. Cholet H. Progressing cavity pumps. Editions Technip. – Paris, – 1997. 11. Жулаев В.П., Султанов Б.З. Винтовые насосные установкидлядобычинефти.– Уфа: Изд-во УГНТУ, – 1997. 12. Балденко Д.Ф., Балденко Ф.Д., Власов А.В., Хабецкая В.А., Шардаков М.В. Параметрический ряд многозаходных скважинных винтовых насосов // Нефтепромысловое дело. – 2001. – No 8. 13. Балденко Д.Ф., Балденко Ф.Д. Перспективы создания гидроприводных винтовых насосных установок для добычи нефти // Нефтяное хозяйство. – 2002. – № 3. 14. Ивановский В.Н., Дарищев В.И., Сабиров А.А., Каштанов В.С., Пекин С.С. Скважинные насосные установки для добычи нефти. – М.: ГУП Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, – 2002. 15. Коротаев Ю.А. Технологическое обеспечение долговечности многозаходных винтовых героторных механизмов гидравлических забойных двигателей и насосов. – М., ВНИИОЭНГ, – 2003. 16. Павленко В.И., Гинзбург М.И. Новый высокоэффективный привод для погружных центробежных и винтовых насосов // Техника ТЭК. – 2004. – No 3. 17. Балденко Д.Ф., Балденко Ф.Д., Гноевых А.Н. Одновинтовые гидравлические машины (в двух томах). – М.: ИРЦ «Газпром», – 2005–2007. 18. Nelik L., Brennan J. Progressing Cavity Pumps, Downhole Pump and Mudmotors. – Texas: Houston, – 2005. 19. Агеев Ш.Р., Григорян Е.Е., Макиенко Г.П. Российские установки лопастных насосов для добычи нефти и их применение. – Пермь: ООО Пресс-Мастер, – 2007. 20. Уразаков К.Р., Топольников А.С. и др. Область эффективного применения винтовых насосов для добычи нефти // Территория Нефтегаз. – 2011. – No 2. 21. Валовский В.М. Винтовые насосы для добычи нефти. – М.: Нефтяное хозяйство, – 2012. 22. Балденко Д.Ф., Балденко Ф.Д., Пле Л.Э. Основоположник нового принципа гидравлических машин. K 85-летию первого патента Р. Муано // Бурение и нефть. – 2015. – No 12. 23. Голдобин Д.А., Коротаев Ю.А., Мялицын Н.Ю., Субботин А.Ю. Новые направления в развитии винтовых мультифазных насосов // Экспозиция Нефть Газ. – 2015. – № 6. 24. Тумалеев У.С. Расширение производства линейки одновинтовых насосов для добычи нефти типа Н1С // Насосы и оборудование. – 2017. – No 1. 25. Дроган Н.Ю. Опыт эксплуатации одновинтовых насосных установок на месторождениях НГДУ «Талаканнефть» ОАО «Сургутнефтегаз» // Инженерная практика. – 2017. – № 3. 26. Пле Л.-Э. Повышение эффективности и ресурса систем винтовых насосов в условиях высокого содержания газа // Инженерная практика. – 2017. – № 11. 27. Лейк Л. Справочник инженера-нефтяника. Том IV. Техника и технология добычи. – Ижевск, Газпромнефть, – 2017. 28. Балденко Д.Ф., Балденко Ф.Д. Пути совершенствования одновинтовых насосов для реализации современных технологий нефтегазовой промышленности // Бурение и нефть. – 2018. – No 4. 29. Балденко Д.Ф., Балденко Ф.Д., Киршев С.Е., Ковалевский С.А. Эффективное применение одновинтовых насосов в экологических и энергосберегающих технологиях нефтегазового и общепромышленного назначения // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. – М.: ВНИИОЭНГ, – 2019, – № 5. 30. Вострухин А.О. Погружной низкооборотный двигатель для эксплуатации винтовых насосов. Доклад на конференции SPE. 2020. 31. Балденко Д.Ф., Балденко Ф.Д. История создания в России одновинтовых гидравлических машин // Бурение и нефть. – 2021. – № 12. 32. Электронные ресурсы фирм: АМС, ВНИИБТ–Буровой инструмент, Ливгидромаш, Завод им. Гаджиева, ОКБ БН КОННАС, РЕАМ-РТИ, Чайковский завод РТД, Сеntrilift, Kudu, Netzsch, PCM, Reda, Robbins & Myers, Roper Pumps, Weatherford и др.

1. Skladnev G.V. Analysis of the working mechanism of the screw pump D4D and the results of its tests. VIGM Publ., Report on the topic of RN-95. – Moscow., – P. 944. 2. Raikhman D.A., Kheifets Ya.S. Screw pumps VN. – Moscow: Ugletekhizdat Publ., – 1952. 3. Noskievic J. Vretenova Cerpadla. – Prague, SNTL, – 1961. 4. Krylov A.V. Single screw pumps. – Moscow: Gostoptekhizdat Publ., – 1962. 5. Bogdanov A.A., Ratov A.M. Single screw electric pumps for oil production. – Moscow: VNIIOENG Publ., – 1968. 6. Baldenko D.F., Bidman M.G. Single screw pumps in the USSR and abroad. – Moscow.: TSINTIKHIMNEFTEMASH Publ., – 1972. 7. Ratov A.M., Kheifets Ya.S. Single screw borehole electric pumps in the Soviet Union and abroad. – Moscow: TSINTIKHIMNEFTEMASH Publ., – 1979. 8. Baldenko D.F., Bidman M.G., Kalishevsky V.L. etc. Screw pumps. – Moscow: Mashinostroenie Publ., – 1982. 9. Baldenko D.F., Baldenko F.D. Theoretical prerequisites and prospects for the use of multi-pass single-screw pumps // Construction of oil and gas wells on land and at sea. – Moscow: VNIIOENG Publ., – 1992. – №. 6–7. 10. Cholet H. Progressing cavity pumps. Editions Technip. – Paris, – 1997. 11. Zhulaev V.P., Sultanov B.Z. Screw pumping units for oil production. – Ufa: UGNTU Publ., – 1997. 12. Baldenko D.F., Baldenko F.D., Vlasov A.V., Khabetskaya V.A., Shardakov M.V. Parametric series of multi-pass borehole screw pumps // Neftepromyslovoye delo. – 2001. – №. 8. 13. Baldenko D.F., Baldenko F.D. Prospects for the creation of hydraulically driven screw pumping units for oil production // Neftyanoe Khozyaistvo. – 2002. – №. 3. 14. Ivanovsky V.N., Darishchev V.I., Sabirov A.A., Kashtanov V.S., Pekin S.S. Downhole pumping units for oil production. – Moscow: State Unitary Enterprise Publishing House Oil and Gas Russian State University of Oil and Gas. Named after Gubkin, – 2002. 15. Korotaev Yu.A. Technological support of the durability of multi-thread screw gerotor mechanisms of hydraulic downhole motors and pumps. – Moscow, VNIIOENG Publ., – 2003. 16. Pavlenko V.I., Ginzburg M.I. New highly efficient drive for submersible centrifugal and screw pumps // Tekhnika TEK. – 2004. – №. 3. 17. Baldenko D.F., Baldenko F.D., Gnoevykh A.N. Single-screw hydraulic machines (in two vol.). – Moscow: IRC Gazprom Publ., – 2005–2007. 18. Nelik L., Brennan J. Progressing Cavity Pumps, Downhole Pump and Mudmotors. – Texas: Houston, – 2005. 19. Ageev Sh.R., Grigoryan E.E., Makienko G.P. Russian installations of vane pumps for oil production and their application. – Perm: Press-Master LLC Publ., – 2007. 20. Urazakov K.R., Topolnikov A.S. etc. The area of effective application of screw pumps for oil production // Neftegaz Territory. – 2011. – №. 2. 21. Valovsky V.M. Screw pumps for oil production. – Moscow: Oil industry, – 2012. 22. Baldenko D.F., Baldenko F.D., Ple L.E. Founder of the new principle of hydraulic machines. To the 85th anniversary of R. Muano’s first patent // Drilling and oil. – 2015. – №. 12. 23. Goldobin D.A., Korotaev Yu.A., Myalitsyn N.Yu., Subbotin A.Yu. New directions in the development of screw multiphase pumps // Exposition Oil and Gas. – 2015. – № 6. 24. Tumaleev U.S. Expansion of the production line of single-screw pumps for oil production of the H1C type // Pumps and equipment. – 2017. – № 1. 25. Drogan N.Yu. Operating experience of single-screw pumping units at the fields of NGDU Talakanneft of Surgutneftegaz OJSC // Engineering practice. – 2017. – № 3. 26. Ple L.-E. Increasing the efficiency and resource of screw pump systems under conditions of high gas content. Inzhenernaya praktika. – 2017. – No. 11. 27. Lake L. Handbook of a petroleum engineer. Vol. IV. Technique and technology of extraction. – Izhevsk, Gazpromneft Publ., – 2017. 28. Baldenko D.F., Baldenko F.D. Ways to improve single-screw pumps for the implementation of modern technologies in the oil and gas industry // Drilling and oil. – 2018. – No 4. 29. Baldenko D.F., Baldenko F.D., Kirshev S.E., Kovalevsky S.A. Efficient use of single screw pumps in environmental and energy-saving technologies for oil and gas and general industrial purposes // Environmental Protection in the Oil and Gas Complex. – Moscow: VNIIOENG Publ., – 2019, – no. 5. 30. Vostrukhin A.O. Submersible low-speed motor for operation of screw pumps. Report at the SPE conference. – 2020. 31. Baldenko D.F., Baldenko F.D. The history of the creation of single-screw hydraulic machines in Russia // Drilling and oil. – 2021. – No. 12. 32. Electronic resources of firms: AMS, VNIIBT-Drilling instrument, Livgidromash, Zavod im. Gadzhieva, OKB BN KONNAS, REAM-RTI, Tchaikovsky plant RTD, Centrilift, Kudu, Netzsch, PCM, Reda, Robbins & Myers, Roper Pumps, Weatherford, etc.

Функция комментирования доступна только для зарегистрированных пользователей

д.т.н., почетный нефтяник, заслуженный изобретатель РФ, советник

ОАО «НПО Буровая техника»

РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина

механизированная добыча, мультифазный насос, одновинтовой насос, погружной насос, рабочие органы, штанговый насос, электропривод

artificial lift, multiphase pump, progressive cavity pumps, submersible pump, working bodies, rod pump, electric drive

Нагнетательная нефтяная скважина – специализированная скважина, предназначенная для выполнения функции закачки любого рода газа, жидкости, воздуха или теплоносителя в продуктивный для поддержки производительности пластов. Ключевая задача подобного типа скважин – это замена коллекторного флюида. Исследование нагнетательных скважин позволило активно использовать их в нефтедобывающей промышленности.

Устройство нагнетательной скважины для добычи нефти разработано таким образом, чтобы нагнетать воду или газ в:

Эксплуатация нагнетательных скважин осуществляется в большей степени при разработке нефтяных месторождений, в меньшей – нефтегазовых и газоконденсатных.

Нагнетательные нефтяные скважины обеспечивают:

Комплекс определения уровня и диагностики ШГН "Автон Уровень ШГН"

Предназначен для контроля статического/динамического уровня и затрубного давления скважин, расчета пластового/забойного давления, диагностики и расчета ключевых параметров работы штангового глубинного насоса (ШГН).

Комплекс "Автон Уровень ШГН" обеспечивает выполнение функций:

Комплекс "Автон Уровень ШГН" включает:

Комплекс может применяться в исследованиях кривых падения и восстановления уровня, вывода скважины на режим, контроля утечек в клапанах ШГН.

Варианты исполнения

Для применения в различных технологических процессах комплексы Автон Уровень ШГН выпускаются в модификациях:

Технические характеристики

Обеспечивает измерение и долговременное хранение значений давления и температуры газообразных и жидких сред на устье скважины.

Предназначен для измерения и долговременного хранения значений давления и температуры в стволе скважины.

Предназначен для диагностики технического состояния оборудования штанговых глубинно-насосных установок.

Предназначен для автоматического измерения статического/динамического уровня скважинных и технологических жидкостей.

Воробьева Л. В., Зимин Ю. А., Пятов И. С. (ООО «РЕАМ-РТИ), Шуранов П. А. (инженер конструктор АО «ТЫНЫС»)

Скважинная добыча жидких углеводородов основывается главным образом на механизированных способах, с применением глубинных насосов. Несмотря на ряд преимуществ насосов с погружным электроприводом, продолжается широкое использование глубинных насосов с поверхностным приводом, например, с помощью штанг.

Две трети фонда (66%) действующих скважин стран СНГ (примерно 16,3% всего объема добычи нефти) эксплуатируются штанговыми скважинными насосными установками (ШСНУ). Дебит скважин составляет от десятков килограммов в сутки до нескольких тонн. Насосы спускают на глубину от нескольких десятков метров до 3000 м., а в отдельных скважинах на 3200 ÷ 3400 м. При работе установок; колонна насосных штанг совершает циклические возвратно – поступательные или вращательные движения внутри колонны насосно-компрессорных труб (НКТ), сопровождающиеся износом труб и штанг. Наиболее интенсивный износ происходит в искривленных участках ствола скважины. На этих участках колонна насосных штанг прилегает к внутренней поверхности НКТ муфтовыми соединениями, расположенными через интервалы, соответствующие длине штанги. Для снижения скорости износа НКТ, штанг и штанговых муфт используют штанговые центраторы различных конструкций, которые центрируют колонну штанг внутри НКТ и принимают на себя основные контактные механические нагрузки

Кратко рассмотрим основные отличия скважинных насосов с силовым верхним приводом с помощью штанг (штоков) широко распространенных в механизированной добыче нефтяных ресурсов.

Прежде всего к ним относятся насосы, как с возвратно поступательным перемещением рабочих органов – штанговые насосы (ШГН), так и с вращательным, например, одновинтовые насосы (ШВН). Приводные штанги также служат для подвески самих насосных агрегатов внутри насосно-компрессорных труб (НКТ), что требует обеспечения соосности длинномерных штанг (штоков) для исключения их контакта с поверхностью НКТ, который может привести к их истиранию, усилению коррозии.

В связи с различием движения штанг (штоков) насосных агрегатов: возвратно-поступательное у ШГН и вращательное у ШВН, исполнения втулок-центраторов и их применение для них различаются.

Задача втулок-центраторов ШГН – предотвратить обрыв длинномерных изгибающихся штанг из-за силового касания с НКТ и истирания их и НКТ за счет материала центрирующих втулок, при этом втулки-центраторы не должны снижать энергоэффективность привода, создавать течение жидкости в зазоре втулка-отверстие НКТ и существенное гидравлическое сопротивление.

Втулки-центраторы ШГН выполняются съемными (рис.1) с функцией неподвижной фиксации на теле насосной штанги (штока) за счет упругости. Лимитируется усилие их осевого сдвига по телу штанги с целью исключения потери втулки при трении об НКТ и выпадении в скважину при спускоподъёмных операциях.

Рис.1 Втулки-центраторы ШГН съемные

Задача втулок-центраторов ШВН (рис.2)– предотвратить силовое касание изгибающейся штанги, выполняющей функцию приводного вала винтового насоса, с НКТ

Рис.2 Установка штангового винтового насоса с наземным приводом

Втулки-центраторы ШВН выполняются для исключения истирания НКТ путем центрирования приводного вала винтового насоса как подшипниковые втулки, притормаживаемые при касании с НКТ.

В связи с требованием конструктивного исполнения втулки-центратора ШВН быть подшипником, центрирующим вал, их применение требует наличие ограничителей осевого перемещения, каковыми могут быть торцы муфт вала, а также ограничители перемещения втулки-центратора (рис.3), монтируемые при сборке перед спусковыми операциями на скважине в случае съемных версий втулки-центратора.

Рис.3 Ограничители осевого перемещения втулки-центратора ШВН на полированном вращающемся штоке

Съёмные втулки-центраторы и ограничители осевого перемещения втулки, одеваются непосредственно на месте проведения добычи нефти штанговым насосом. Предназначены для снижения износа штанг, износа труб НКТ, снижение аварийности и эксплуатационных расходов.

СПОСОБЫ УСТАНОВКИ ВТУЛОК-ЦЕНТРАТОРОВ НАСОСНЫХ ШТАНГ

Существующие способы (рекомендации)

1-й пример (способ из руководств некоторых американских компаний):

2-й пример (взят из руководства компании «Петро Раббер»):

Аналогично в НКТ 2 дюйма ставят втулки-центраторы PRG2078, PRG2034 и PRG2058.

Плюс дополнительная установка втулки-центратора на каждое место, где есть потертость.

В связи с задачей эффективной локализации востребованных нефтедобывающей промышленностью компонентов, повышающих эксплуатационную надежность и ресурс, НК «Роснефть» обратилась к ООО «РЕАМ-РТИ» с заданием создать и освоить в производстве аналоги, не уступающие закупаемым по импорту.

В качестве размерности была задана ориентация на изделия компании «Петро Раббер»: – PRG 2078, под наружный диаметр штанги 22 мм, и – PRG – 2034, под наружный диаметр штанги 19 мм.

Исходя из анализа работоспособности зарубежных втулок-центраторов в отечественных скважинах с внутренним диаметром НКТ 73 мм был выбран уникальный абразивостойкий эластомер и разработана оригинальная технология изготовления съемных втулок-центраторов.

Для целей подтверждения работоспособности съемных втулок-центраторов из отечественных материалов ООО «РЕАМ-РТИ» разработала и изготовила для промысловых скважинных испытаний образцы (табл.1).

Втулки-центраторы многоразового использования, были изготовлены специалистами РЕАМ-РТИ из специального композитного эластомерного материала РС-26-90-5 (рис.4).

Рис.4 Съемная втулка-центратор ШГН по технологии ООО «РЕАМ-РТИ»

Характеристики материала, используемого для изготовления втулок-центраторов (Табл.2)

Табл.2 Условия применения РТИ

Обозначение Абразивостойкий эластомерный материал РС-26-90-5 на основе бутадиен-нитрильного каучука (NBR)

Минеральные и полусинтетические масла, пластовые жидкости, топлива, вода, литол, амортизационные жидкости, температуры применения от -50..+170С

Свойства резиновой смеси – Антифрикционные свойства, -стойкость к «сухому» трению, -маслобензостойкость, – морозостойкость, – стойкость к сероводороду -до 6%, к кислотам – до 10% – кессонная стойкость 1-2 класса по NACETM 0192-98

Коэффициент трения материала Статический коэффициент трения (60 мин) определен по «Методике Госстандарта ВНИИ по нормализации в машиностроении» и составляет 0,2-0,3

Данная разработка запатентована (патент на изобретение РФ №2796002)

При разработке изделия втулок-центраторов должна быть обеспечена их функциональная надежность при монтаже и эксплуатации, а именно:

– не сдвигаются, не разрушаются, не дают обломков – не засоряют камеру насоса. – устраняют резкие знакопеременные (реверсивные) нагрузки на полированную штангу и всю подвеску, за счет уменьшения трения. – не создают заторов скважинной среде, не снижают пропускную способность НКТ, так как конусность концов центратора обеспечивает очистку втулки при ходе вверх/вниз и облегчает движение скважинных жидкостей.

Втулки-центраторы производства ООО «РЕАМ-РТИ» прошли опытно промысловые испытания (ОПИ) в ПАО «Варьеганнефтегаз», в результате которых доказана эффективность их применения на скважинах, подверженных истиранию насосных штанг и НКТ.

С 2018 г. втулки центраторы ШГН успешно эксплуатируются на месторождениях ПАО «Самотлорнефтегаз» в промышленных объемах.

В период 2022-23гг. втулки-центраторы ШГН завершили ОПИ на ряде скважин фонда нефтедобывающих компаний Казахстана.

Оценка результатов ОПИ и практики эксплуатации ШГН в ПАО Варьеганнефтегаз со съемными втулками-центраторами ООО «РЕАМ-РТИ»:

-Допущена возможность в повторном применении насосных штанг со съемными втулками-центраторами ООО «РЕАМ-РТИ» из-за снижения трения и сопротивления муфты штанг и скребков центраторов о внутренние стеки НКТ; -Подтверждено отсутствие осложнений при спуско-подъемных операциях при текущих ремонтах скважин (ТРС); – Уменьшилось количество обрывов по причине истирания насосных штанг за счет имеющейся информации по конструкции скважины и выбора мест установки съемных втулок-центраторов ООО «РЕАМ-РТИ» дополнительно к заводским скребкам-центраторам; – Удалось снизить резкие знакопеременные (реверсивные) нагрузки на полированную штангу, как следствие уменьшились остановки станка качалки для проведения ППР уравновешиванию и т. п.

Оценка технико-экономической эффективности применения съемных втулок-центраторов ШГН производства ООО «РЕАМ-РТИ» в ПАО Варьеганнефтегаз (рис.5):

Рис.5 Оценка технико-экономической эффективности применения съемных втулок-центраторов ШГН производства ООО «РЕАМ-РТИ»

Заключение по технико-экономической эффективности применения съемных втулок-центраторов ШГН производства ООО «РЕАМ-РТИ» в ПАО Варьеганнефтегаз:

В целях увеличения наработки на отказ фонда скважин эксплуатируемого УШГН, рекомендовано дальнейшее применение втулок-центраторов штанговых на постоянной основе.

Оценка результатов ОПИ применения съемных втулок-центраторов ШГН производства ООО «РЕАМ-РТИ» в Республике Казахстан:

Оценка эффективности вАО «Каражамбасмунайгаз» показала, что применение втулки ООО «РЕАМ-РТИ» в составе насосных штанг увеличило сроки МРП. Оказав положительные результаты применения на ранее использованные (б/у) колоны НКТ и насосные штанги. Тем не менее, к периоду наработки в 160-175 суток, был получен результат, что- б/у НКТ получили протирание в области резьбового соединения на одной НКТ от всей колоны и порядка 15 НКТ получили следы соприкосновения с насосными штангами. В связи с чем было прекращено ОПИ. Но в ходе предоставления рекомендаций, было принято решение установки по три втулки на каждую насосную штангу, расположив одну в центральной части штанги и по одной с каждой стороны у резьбового соединения.

АО «МангистауМунайГаз» ПУ «Каламкас»был пройден срок всего ПИ в период 180 суток. По результатам комиссионного подъема и осмотра втулок-центраторов колонны НКТ и насосных штанг, дефектов не обнаружено. За период ПИ, скважины были остановлены по причинам износа насосов.

Достигнуты критерии ПИ:

Ранее в нефтегазовом секторе Республики Казахстан проходили испытания втулки-центраторы из пластика, которые не дали каких либо положительных результатов, и только усложняли СПО при ремонте скважин из-за своих разрушительных способностей. Втулки РЕАМ-РТИ дали обратный эффект, что делает их перспективными для использования в нефтедобывающих компаниях.

Ссылаясь на вышесказанное, по данным втулки-центраторы подготавливается процесс локализации на территории Республики Казахстан предприятием АО «Тыныс», расширяя партнёрскую и научную деятельность ООО «РЕАМ-РТИ» в Центральной Азии.

Подробнее о втулках-центраторах вы можете ознакомиться на сайте www.ream-rti.ru и по телефону 8-495-149-00-90.

Станок-качалка (УШГН)

Штанговые глубинные насосы (ШГН) представляют собой устройства, при помощи которых можно откачивать жидкие среды из скважин, характеризующихся значительной глубиной. Эти насосы наиболее часто используют для добычи нефти.

Станок-качалка — тип наземных приводов скважинных штанговых насосов при эксплуатации нефтяных скважин. Операторы по добыче нефти и газа определяют этот привод как «индивидуальный механический привод штангового насоса». По сути, станок-качалка является приводом штангового насоса, расположенного на дне скважины. Использование штангового насосного оборудования является одним из наиболее популярных способов откачивания нефти: около 70 % действующих нефтеносных скважин обслуживают именно штанговые насосы. Нефтяная скважина, оборудованная штанговым глубинным насосом — это именно та самая, всем известная «качалка», фотографию которой используют наиболее часто, говоря о нефтедобыче. УШГН – наиболее старый и распространенный в мире вид механизированной эксплуатации нефтяных скважин, это наиболее «фактурное» нефтедобывающее оборудование. Во мире сейчас находится в эксплуатации около 2 миллионов нефтяных скважин. УШГН оснащены примерно 750 000 из более чем 1 миллиона скважин, где применяют тот или иной способ механизированной добычи.

УШГН работает по принципу поршневого устройства: при помощи возвратно-поступательных движений наземного привода через колонну насосных штанг глубинный насос поднимает нефть к поверхности. Станок-качалка приводится в движение при помощи электрического двигателя через клиноременную передачу. Применяются и другие типы приводов для ШГН: цепной привод, гидравлический привод, длинноходовой привод, но назначение у всех одно – привести в движение колонну штанг, обеспечив работу глубинного насоса.