Мультифазные насосные установки до 95% газа

За время существования группа компаний "Корвет" зарекомендовала себя производителем насосного оборудования для перекачки сложных сред: вязких, с большим содержанием механических примесей. В связи с ростом спроса на нестандартное оборудование, потребности в котором закрывали импортные производители, нашими специалистами ведется непрерывная работа по разработке нового оборудования. Так в 2012 году была разработана линейка двухвинтовых насосов, насчитывающая 13 типоразмеров корпусов со сменными обоймами винтовых пар, разработаны новые типоразмеры оседиагональных, шнековых насосов. С 2015 года ведется работа по изготовлению многофазных насосных установок.

            Конец ХХ века характеризовался увеличением спроса на нефть и газ. В настоящее время около 70% энергетической потребности в мире покрывается за счет нефти и газа.

            Увеличение объемов добычи нефти все в большей степени обеспечивается за счет ввода в разработку месторождений, расположенных в отдаленных малозаселенный районах Севера, в зонах залегания многолетнемерзлых пород, в континентальных шельфах океанов и морей. Так же существует тенденция снижения начальных дебитов пробуренных скважин, что меняет отношение к эксплуатации старых месторождений, поскольку общий объем добычи на старых месторождениях возрастает по отношению к добыче на новых. Поэтому усиливается значение механизированных способов добычи нефти, которые являются основными на старых месторождениях. Для поддержания заданных дебитов нефти необходимо откачивать большие объемы жидкости из скважин (нефти и воды), которые могут быть выше, чем дебиты на новых месторождениях.

            Совокупность всех естественных и искусственных факторов, определяющих процессы, проявляющиеся в пористом пласте при его дренировании системой эксплуатационных и нагнетательных скважин, принято называть режимом пласта. Выделяют пять режимов:

• водонапорный (естественный и искусственный);

• упругий;
• газонапорный;
• режим растворенного газа;
• гравитационный.

            В случаях, когда скважина работает в газонапорном режиме (газовые пробки) и режиме растворенного газа, возможно использование многофазных насосных станций, оасположенных, равноудаленно от группы скважин. По сравнению с традиционными установками по добыче и подготовке нефти метод мультифазной добычи не требует громоздких сепараторов для продукта скважины, раздельного вращающегося оборудования, такого, как насосы и компрессоры, и множества трубопроводов для транспортировки газа и жидкости на установки по переработке. На рисунках рис.1 и рис.2 показано сравнение между способом реализации традиционным методом и с помощью мультифазных насосных станций.

Рис.1.Способ реализации традиционным методом.

А - Сепаратор, Б - Подготовка воды, В - Промывной резервуар, Г - Хранилище сырой нефти, Д - Резервуар отходов и дренажа, Е - Резервуар для хранения химреагентов, 1 - Насос для перекачки химреагентов, 2 - Насос товарной нефти, 3 - Насос для пластовой воды, 4 - Насос для отходов дренажа.

Рис.2. Способ реализации с МФНС

А - Сепаратор, Б - Подготовка воды, В - Промывной резервуар, Г - Хранилище сырой нефти, Д - Резервуар отходов и дренажа, Е - Резервуар для хранения химреагентов, 1 - Насос для перекачки химреагентов, 2 - Насос товарной нефти, 3 - Насос для пластовой воды, 4 - Насос для отходов дренажа, МФНС - мультифазная насосная станция.

В течение 2015 года группой компаний "Корвет" велась разработка многофазных насосных установок на базе двухвинтовых насосов собственного производства. Двухвинтовые насосные агрегаты уже хорошо зарекомендовали себя при перекачке мазута, нефти, масла и т.д. с содержанием газа до 50%. Изучив принципы работы мультифазных установок, были внесены изменения в конструкцию насосных агрегатов, что позволило перекачивать среды с большим газовым фактором.

Конструкция и принцип работы мультифазной насосной установки:

            Благодаря конструкции двойной рабочей камеры не создается каких-либо осевых усилий и насосы являются гидравлически сбалансированными. Винтовые пары с противоположным направлением витков устанавливаются в сменной гильзе. Оба винта, изготовленные из цельной заготовки для достижения максимальной жесткости, не соприкасаются друг с другом. Винтовые профили обеспечивают минимальную вибрацию во всем рабочем диапазоне насосов. Крутящий момент передается от ведущего винта ведомому через шестеренчатую передачу с масляной смазкой. Это обеспечивает возможность работы насосов с жидкостью с высоким газовым фактором, загрязненными и сырой нефтью малой вязкости. Валы насоса герметизуются либо двойным либо одинарным уплотнением, которое подвергается действию только давления всасывания.

            Конструкция двухвинтового насоса довольно простая, рис.3. Основные части насоса это:

• Корпус насоса;
• Винтовая пара, состоящая из ведущего и ведомого вала, с установленными на них, при помощи шпоночного соединения, винтовыми нарезками;
• Синхронизирующие шестерни, служат для передачи вращения от ведущего вала ведомому, для обеспечения постоянного зазора между винтами, а так же позволяют перекачивать жидкости, не обладающие смазывающей способностью с присутствием механических примесей;
• Синхронизирующие шестерни находятся в камере, заполненной маслом;
• Предохранительный клапан служит для недопущения превышения давления в нагнетательной камере. Так же он может служить для поддержания одинакового давления во всасывающей и нагнетательной камере;
• Торцовые уплотнения, производства компании ООО "Инструментальная компания". По запросу могут быть установлены двойные торцовые уплотнения.

рис.3. Конструкция двухпоточного двухвинтового насоса.

            При работе смеси газа и жидкости перепад давлений на каждой ступени может отличаться. В зависимости от процентного содержания газа в перекачиваемой смеси эпюра распределения давления вдоль винта может иметь вид отличный от эпюры при перекачивании жидкости.

            При перекачивании многофазной жидкости объем газовой фракции в каждой последующей камере будет уменьшаться, следовательно, будет уменьшаться и количество утечек в каждой камере рис. 4. Распределение давления вдоль винта в этом случае будет иметь параболический характер.

Рис.4 Движение многофазной жидкости в камерах винта. 

            При высоком содержании газа, выше 90%, и большом давлении нагнетания увеличение давления происходит преимущественно в последней камере. Общий расход смеси на входе в насос складывается из расхода жидкости и расхода газа. Поскольку одной из главных задач многофазных насосов является снижение давления на выходе из скважины, то на входе в насос, как правило, давление выше атмосферного. Объем газа в каждой последующей камере будет уменьшаться. Чтобы поддерживать динамическое уплотнение между винтовой парой и корпусом насоса при высоких значениях газового фактора, предусмотрена внешняя система рецеркуляции для непрерывного ввода жидкости, которая обеспечивает бесперебойную работу при высоких значениях газового фактора и при газовых пробках, а так же способствует отводу выделяющегося при сжатии тепла.

            В настоящее время на производственных площадках группы компаний "Корвет" изготавливаются опытные образцы мультифазных насосов, которые будут достойным аналогом импортного оборудования.