Электроцентробежные насосы для добычи нефти: обзор рынка

Времена бьющих из-под земли фонтанов нефти остались в прошлом. Чтобы добыть «чёрное золото», теперь нужно постараться. Один из главных «тружеников» здесь — это насос. В нефтегазовой отрасли используют много агрегатов с разным принципом действия. Но если говорить именно о добыче нефти, то лидирующие позиции занимают электроцентробежные насосы. Чем можно объяснить их популярность? Каковы их достоинства и недостатки? И как чувствуют себя отечественные производители после введения санкций?

Электроцентробежные vs. штанговые насосы

По словам директора ООО «ЭЛКАМ» Анатолия Галкина, общий фонд нефтяных скважин на январь 2023 года составил 158 785 единиц. На подавляющем большинстве из них — 110 тыс. скважин — работают УЭЦН (установки электроприводного центробежного насоса). Фонд УШГН (установок штанговых глубинных насосов) намного меньше и составляет 42 тыс. скважин. Чем можно объяснить этот дисбаланс?

Электроцентробежные насосы действительно имеют целый ряд весомых преимуществ. Коллектив авторов ООО «БашНИПИнефть» под руководством начальника управления скважинных технологий и добычи, канд. техн. наук Константина Литвиненко выделил следующие:

• эффективность для добычи флюида
  с низкой вязкостью;
• значительный КПД при больших Q;
• уменьшение затрат на добычу на тонну нефти с ростом дебита;
• возможность работы при глубинах свыше 3000 метров;
• простота обслуживания;
• возможность иметь высокие дебиты с неглубоких и средних скважин (создавать большую депрессию на пласт);
• гибкость эксплуатации за счёт частотного преобразователя.
  

В то же время опрошенные нами эксперты отметили, что популярность ЭЦН не стоит объяснять значительным технологическим превосходством по сравнению со штанговыми насосами. Каждый из этих агрегатов может быть эффективен в подходящих для него условиях.

«Выбор способа эксплуатации: УШГН или УЭЦН — обусловлен потенциалом скважины, глубиной спуска и производительностью. В России средняя глубина спуска ГНО (глубинного насосного оборудования) составляет 2000 метров, средний дебит — до 30–50 м3/сут. Данные параметры обеспечивают УШГН.

Для заглубления ГНО и подъёма бОльших объёмов скважинной жидкости используются УЭЦН. То есть если говорить о растущей популярности электроцентробежных насосов, то эта тенденция прослеживается большей частью в России, и связано это с агрессивными условиями добычи нефти и глубиной залегания новых месторождений», — объясняет Анатолий Галкин.

Однако в последнее время недропользователи всё чаще делают исключения из классических подходов по определению способов эксплуатации скважины, в том числе и относительно выбора насосного оборудования.

«В современных реалиях акцент делается более на экономической целесообразности применения того или иного метода в условиях работы с трудноизвлекаемыми ресурсами. То есть существуют фундаментальные представления и «сухие» цифры расчёта, которые обосновывают применение более широкое УЭЦН. Кроме того, не стоит забывать, что при прочих равных условиях электроприводные машины обеспечивают значительно больший коэффициент полезного действия, чем прочие», — отмечает ведущий преподаватель ЧОУ ДПО «Нефтегазовый образовательный центр» Антон Епихин.

Так что расхожее утверждение о том, что штанговые насосы — это «прошлый век» и скоро УЭЦН полностью вытеснят их с рынка, является как минимум спорным. А как максимум можно предположить, что УШГН могут отвоевать часть утраченных позиций.

«Принимая во внимание тот факт, что в настоящее время фонд «стареющих» скважин растёт, а потенциал скважин истощается, фонд УШГН будет увеличиваться, вытесняя УЭЦН. Кроме того, на мой взгляд, произойдёт замещение УЭЦН оборудованием новой конструкции — линейными установками с ШГН объёмного типа. Это связано с тем, что данные установки обладают высоким КПД и требуют меньше затрат на ремонт и обслуживание, т. к. исключают негативные факторы, которые могут происходить с УЭЦН в процессе эксплуатации», — считает Анатолий Галкин.

Наращиваем обороты

До этого мы говорили о преимуществах ЭЦН. Теперь очередь дошла до ограничений и недостатков. Так, по мере снижения дебита и увеличения глубины скважины всё больше возрастает спрос на высоконапорное насосное оборудование. И для того, чтобы обеспечить нужные характеристики электроцентробежных насосов, нужны дополнительные технологические решения.

«Обычно, если не вмешиваются иные факторы, с увеличением подачи (расхода) центробежного насоса его напор постепенно снижается. Причём зависимости не линейные, а степенные. Обычно на пересечении этих линий находится рабочая точка насоса, которая обеспечивает его оптимальные рабочие характеристики при прочих равных условиях.

Безусловно, если мы хотим выиграть в напоре насоса, потребуется проиграть в его производительности. Альтернативным решением в данном случае будет разработка конструкций насосов с более мощными приводами (двигателями). А в данном случае ограничением являются уже его габаритные размеры, соответственно зависящие от диаметра скважины. Если резюмировать: необходимо разрабатывать более энергоёмкие модели насосов с износостойкими рабочими органами», — объясняет Антон Епихин.

В свою очередь, Анатолий Галкин отмечает, что УЭЦН при существующих параметрах эксплуатации легко справляются с добычей нефти на глубине до 4 километров. А чтобы обеспечить бОльшие напорные характеристики, возможно увеличение оборотов электродвигателей до 10 тысяч и выше.

Это один из трендов развития компоновок УЭЦН, считает директор ООО «ЭЛКАМ».

Продлеваем жизнь насоса

Следующий пункт — срок службы. В нефтяных компаниях принято считать, что ЭЦН работает в среднем 1095 суток (3 года), отмечает Анатолий Галкин.

В свою очередь, Антон Епихин, опираясь на открытую статистику, определяет средний срок службы УЭЦН в 5-7 лет. Однако и здесь есть куда расти. Так за счёт чего можно продлить жизнь насоса?
Начнём с того, что короткий срок службы в первую очередь обусловлен износом рабочих органов.

«Сам по себе центробежный насос — это машина высокоскоростная, и при интенсивной эксплуатации его рабочие органы достаточно быстро приходят в негодность от абразивного действия потока газожидкостной смеси. Следовательно, любые способы упрочнения и повышения износостойкости рабочих органов являются актуальными. Вторым по значимости направлением повышения ресурса УЭЦН является работа над увеличением термостойкости его приводной части», — полагает Антон Епихин.

Анатолий Галкин видит главный потенциал в продлении срока эксплуатации УЭЦН в комплексном подходе. Это своевременное проведение текущего и капитального ремонтов, применение новых материалов и упрочнений, которые позволят снизить износ оборудования.

«Основная проблема при эксплуатации УЭЦН, которую отмечают сервисные компании, — это агрессивная эксплуатация нефтепогружного оборудования нефтяными компаниями, что сказывается на быстром износе оборудования и приводит к частой замене комплектующих с высокой долей отбраковки запасных частей, а также к увеличению подходов сервисных бригад к скважинам, что, соответственно, ведёт к увеличению затрат на ремонт и эксплуатацию УЭЦН», — констатирует Анатолий Галкин.

Также на срок службы насоса негативно влияют парафиновые отложения и высокие температуры.

«Эксплуатация любого погружного насоса или двигателя всегда связана с интенсивным износом его органов при контакте с рабочей средой, а также нарушениями в функционировании электрических приводов и модулей из-за высоких температур.

Парафиновые отложения могут приводить к пробкообразованию в НКТ, что затрудняет доступ пластового флюида в УЭЦН, ведёт к увеличению тока электродвигателя, росту в нём температуры и в некоторых случаях к оплавлению его обмоток и проводников. Другие примеси в первую очередь негативно воздействуют на рабочие органы и приводят к их ускоренному старению и износу», — поясняет Антон Епихин.

Решение проблемы эксперт видит в создании новых износостойких и термостойких композиций и материалов.

В свою очередь, Анатолий Галкин полагает, что проблема АСПО (асфальтосмолопарафиновых отложений) при эксплуатации УЭЦН не так актуальна и может быть решена с помощью скребкования колоны НКТ (насосно-компрессорной трубы).

«Осложнённый фонд есть, но совсем небольшой. Обусловлено это температурой залегания пластов: для Уральско-Приволжского региона свойственна низкая температура залегания, в связи с чем в составе нефти присутствуют парафиновые смолы. В Западной Сибири проблема отложения АСПО не выражена, так как температура залегания пластов приближена к 100 градусам.

Для нейтрализации вредного воздействия различных примесей в составе нефти широко применяются химические обработки, деэмульгаторы и ингибиторы, растворители, которые способствуют снижению вязкости нефтяного флюида и позволяют бороться с коррозией и солеотложениями как в скважинах, так и в трубопроводном транспорте», — объясняет директор ООО «ЭЛКАМ».

Импорту здесь не место

Ну и в конце снова о приятном: наши эксперты единодушно отмечают, что отечественные производители готовы на 100% удовлетворить потребности российского рынка в ЭЦН.

«Насколько мне известно, согласно данным открытых источников, доля импортных УЭЦН на российском рынке уже в 2022 году была близка к 0%, то есть потребности закрывали мощности отечественных производителей. Поэтому могу предположить, что именно этот сегмент санкции не затронули, хотя активизация китайских производителей заставляет задуматься о том, что российским производителям нужно укреплять свои позиции за счёт создания новых конкурентоспособных технических концептов», — отмечает Антон Епихин.

На этом хорошие новости не заканчиваются.

«Доля импортных комплектующих в ЭЦН составляет менее 5%, поэтому можно сделать вывод о том, что санкции практически не сказались на российских производителях. Наше производство практически на 100% импортонезависимо. Есть отдельные исключения в виде закупки порошковых сталей, но и в этом направлении российская промышленность догоняет зарубежных производителей, и вероятно, что в скором времени и эта проблема нивелируется.

Зависимость от импорта прослеживается не в поставке комплектующих для производства УЭЦН, а в металлообрабатывающем оборудовании: все станки импортные, требуется их реновация, замена частей, которые поставляются из-за рубежа, в связи с чем возникают сложности с их обслуживанием», — комментирует положение дел Анатолий Галкин.

А что касается китайских компаний, то они на данный момент на российском рынке УЭЦН никак не представлены ни в сфере производства, ни в сфере сервисного обслуживания, добавляет директор ООО «ЭЛКАМ».

Анатолий Галкин, директор ООО «ЭЛКАМ»

«Выбор типа насосной установки зависит в первую очередь от геологических и технических свойств скважины. Таким образом, при подборе учитываются потенциал скважины, конструкция, наличие осложняющих факторов добычи нефти, а также обустройство месторождения. Чтобы подобрать оптимальную компоновку глубинно-насосного оборудования наши специалисты запрашивают у заказчика — представителя нефтяной компании — заполненный опросный лист на каждую скважину, в котором отражены все необходимые параметры скважины, а также инклинометрию и историю эксплуатации».

Текст: Андрей Халбашкеев