ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ВИНТОВЫХ НАСОСОВ ПРИ РАЗРАБОТКЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ВЫСОКОВЯЗКИХ НЕФТЕЙ

На данный момент в мире практически не осталось месторождений лёгкой и маловязкой нефти, что вынуждает добывающие компании разрабатывать месторождения нефти средней и высокой вязкости. Разработка последних вызывает значительные трудности, так как резко сокращается эффективность добычи, а разработка некоторых месторождений высоковязкой нефти является вовсе нерентабельной. Поэтому актуальной проблемой остаётся совершенствование технологий добычи, а также подбор необходимого внутрискважинного оборудования.

Большинство существующих технологий добычи высоковязкой нефти основываются на тепловом воздействии на продуктивный пласт (коллектор и содержащуюся в нём нефть) или на закачке в пласт различных растворителей, чтобы снизить вязкость нефти и перевести её в более текучее состояние. Для максимальной эффективности применения данных технологий разработка месторождений ведётся с помощью наклонно-направленных скважин с горизонтальным окончанием. Выбор подобного профиля скважин накладывает ограничение на возможность применения некоторых насосных установок. Однако не исключается добыча высоковязкой нефти из вертикальных скважин.

Наиболее популярными насосными установками для добычи нефти на сегодняшний день выступают штанговые, электроцентробежные и винтовые насосные установки. Цель данной работы – выявить наиболее подходящую насосную установку для добычи высоковязкой нефти с учётом выбора профиля скважины.

Штанговые скважинные насосные установки (ШСНУ) являются наиболее распространённым способом добычи нефти в нашей стране. С помощью станка-качалки создаётся вертикальное возвратно-поступательное движение штанг и плунжера насоса. При ходе плунжера вверх давление в цилиндре насоса снижется, что вызывает поступление нефти в цилиндр через обратный клапан. При ходе плунжера вниз нефть из цилиндра через обратный клапан поступает в плунжер и далее в НКТ. Применение ШСНУ ограничивается глубиной (не более 3000 м) и профилем скважины – невозможно применение в горизонтальных скважинах. Увеличение вязкости добываемой нефти увеличивает нагрузку на штанги, что повышает количество аварий, связанных с обрывом штанг [3]. Также уменьшается подача насоса, а работа обратных клапанов под действием увеличивавшегося веса нефти приводит к их быстрому выходу из строя.

Принцип работы электроцентробежного насоса (ЭЦН) основан на подаче нефти от одной ступени к другой посредством вращающегося рабочего колеса с лопастями в составе каждой ступени. ЭЦН занимают второе место по распространению после штанговых насосов. При добыче маловязкой нефти ЭЦН показали себя как простые, но очень эффективные установки, которые менее ограничены глубиной скважины, чем ШСНУ, и имеют возможность установки в наклонно-направленных скважинах. Однако по результатам многочисленных исследований выявлено, что при увеличении вязкости перекачиваемой нефти резко снижаются напор и КПД насоса, а мощность, потребляемая каждой ступенью, возрастает. Например, при перекачке нефти вязкостью 375 сП и частотой вращения вала погружного электродвигателя (ПЭД) 3000 об/мин КПД установки составляет всего 30%. Увеличение частоты вращения вала не вызывает существенного увеличения производительности – КПД в среднем возрастает на 7-9% [2].

В установке электровинтового насоса (УЭВН) перекачка нефти осуществляется посредством вращения винта в специальной обойме. При вращении винта непрерывно открываются и замыкаются полости, образуемые винтом и обоймой, что позволяет перекачивать жидкость в нужном направлении. Подобно ЭЦН винтовые насосы не ограничены ни глубиной, ни профилем скважины. По результатам исследований КПД винтового насоса возрастает при увеличении вязкости жидкости [1]. Это связано с увеличением уплотнения области между винтом и обоймой и снижением перетоков. Особенностью УЭВН является эффективная добыча нефти вязкостью более 450 сП. Подача винтового насоса значительно меньше центробежного, однако стабильная работа ЭВН, больший межремонтный период насоса и невозможность использования ЭЦН перекрывает данный недостаток.

В результате сравнения наиболее популярных видов скважинных насосов для добычи нефти на основании результатов исследований их технических характеристик при изменении вязкости перекачиваемой жидкости, а также учитывая наклонно-направленный профиль скважин как наиболее вероятный, выявлено, что применение установки электровинтового насоса является наиболее предпочтительным, а в некоторых ситуациях единственным, способом добычи высоковязкой нефти.