Штанговые насосы: обзор рынка

Установка штангового глубинного насоса (УШГН), или станок-­качалка, по праву считается одним из главных символов нефтегазовой отрасли. Её «сердце» — штанговый насос, который ценят за простоту конструкции и высокий КПД. Какие интересные решения внедрили производители этого оборудования за последнее время? Стоит ли ждать новых технических прорывов? И как отрасль отреагировала на санкции?

Преимущества и недостатки ШГН

УШГН на нефтяных месторождениях сохраняют свою актуальность на протяжении многих десятилетий. Чем можно объяснить подобную «живучесть» технологии?

Специалисты Keystone Group выделяют следующие плюсы и возможности штанговых насосов:

• высокий КПД;
• техобслуживание и ремонт в полевых условиях;
• применение двигателей различного типа;
• использование для обслуживания пескопроявляющих скважин, а также для перекачивания нефти, в которой есть газовая составляющая и большое количество нефтяного воска.

Аналитики агентства DISCOVERY Research Group в отчёте «Анализ рынка насосов для добычи нефти в России» добавляют к этому списку доступную цену.

Впрочем, как и любая техника, штанговые насосы не лишены недостатков. Так, их проблематично использовать в горизонтальных и наклонно-­направленных скважинах, доля которых постоянно растёт. Также стоит учитывать ограничения по глубине скважин и невысокое значение подачи (дебит).

Заведующий кафедрой технической механики РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина Александр Молчанов в своей статье «Пути дальнейшего совершенствования штанговых скважинных насосных установок» к этому перечню добавляет значительную массу привода, необходимость в массивном фундаменте, значительное время на монтаж станка-­качалки при обустройстве скважины и её ремонте и необходимость выполнения ремонтных работ в полевых условиях, требующих использования специализированной техники.

И всё же ШГН, несмотря на все ограничения, наряду с УЭЦН (установками электроцентробежных насосов) по-прежнему остаются приоритетными инструментами для эксплуатации нефтяных скважин. Другие типы насосов не получили широкого распространения, отмечают в DISCOVERY Research Group.

Какое будущее ждёт штанговые насосы?

Несмотря на популярность, станки-­качалки уже не составляют большинства среди техники в парке российских добывающих компаний. На начало 2023 года общий фонд нефтяных скважин составлял 158 785 единиц. На 42 тыс. из них работали УШГН, читаем в статье Рустама Камалетдинова «Механизированная добыча нефти: новые вызовы — новые решения».

При этом аналитики консалтинговой группы «Текарт» отмечают, что, хотя штанговые насосы установлены практически на каждой третьей российской скважине, нужно учитывать, что они традиционно эксплуатируются на месторождениях с низким дебитом. Поэтому суммарная доля добытой с помощью ШГН нефти составляет не более 10%, указано в «Маркетинговом исследовании рынка установок глубинных штанговых насосов» от «Текарт».

Каковы же перспективы штанговых насосов в России? Мнения экспертов по этому поводу разделились.

«Прогнозы относительно соотношения технологий эксплуатации нефтяных скважин сводятся к тому, что коэффициент использования ШГН постепенно будет снижаться и замещаться на УЭЦН (установки электроцентробежных насосов, — прим. ред.), при этом другие разновидности насосов (винтовые, струйные и др.) сохранят за собой нишевое положение на рынке.

Причинами этого служит тот факт, что многие малодебитные скважины и скважины с высокой обводнённостью в последнее время выводятся из эксплуатации по причине их низкой экономической эффективности. На новых скважинах преимущественно используются насосы большего дебита (УЭЦН).

Указанные факторы в совокупности с рядом объективных предпосылок (высоким периодом наработки на отказ ШГН и ростом межремонтного периода) приводят к тому, что на протяжении последних лет российский рынок штанговых насосов стабильно сокращается», — писали в 2018 году аналитики DISCOVERY Research Group.

В ООО «ЭЛКАМ» считают, что этот прогноз вряд ли сбудется.

«Да, на сегодняшний день ощущается снижение спроса на штанговые глубинные насосы, но это явление временное, вызванное закупкой большого их количества в 2022 году. Связано это было с неопределённой ситуацией на рынке. Большинство нефтедобывающих компаний приняли решение закупить максимально возможное количество ШГН по зафиксированным ранее ценам (раскрытие опционов, выдача дополнительных отгрузочных разнарядок по прейскурантным договорам).

Как следствие, сегодня ощущается снижение спроса, связанное с затариванием складов. Но, если смотреть объективно, потребность в данном виде оборудования остаётся на том же уровне», — считает руководитель направления по работе с НК «Роснефть» ООО «ЭЛКАМ» Наталья Абушкевич.

На пути к совершенству

Чья точка зрения возобладает, во многом зависит от того, насколько успешно ШГН смогут отвечать на новые вызовы, которые встают перед нефтегазовой отраслью. Каков же потенциал совершенствования конструкции штанговых насосов? Каковы шансы, что разработчикам удастся устранить их недостатки и ограничения? Мнения экспертов по этому поводу разделились.
Александр Молчанов отмечает, что конструкция штанговой скважинной насосной установки не претерпела серьёзных изменений за последние десятилетия.

«Совершенствование приводов идёт в направлении внесения количественных усовершенствований, которые не приводят к качественному росту показателей… По результатам анализа конструкций штангового насоса можно утверждать, что коренных изменений в этом направлении не следует ожидать.

Принцип действия скважинного насоса позволяет вносить технологические изменения, касающиеся применяемых материалов или конструкций отдельных деталей, а также их конструктивных элементов. В результате увеличилась долговечность шаровых клапанов, долговечность пары „плунжер — цилиндр”, сократились утечки через зазор.

То же относится к колонне штанг, являющихся наиболее слабым звеном установки. Здесь область возможных изменений узкая: отпадает применение иных материалов штанг, кроме стали, так как модули упругости композиционных материалов существенно ниже модуля упругости стали.

Использование композиционных материалов приводит к увеличению упругих деформаций и снижению коэффициента подачи скважинного насоса. Поэтому работы велись в направлении совершенствования технологии их изготовления и использования более эффективных марок сталей», — пишет учёный.

Известно, что имеются альтернативные конструкции штанговых установок: с цепным приводом, механические с реечным и винтовым приводом, гидропневматические, гидроштанговые и т. д. Однако Александр Молчанов считает, что они не имеют перспектив для дальнейшего развития. Схожую точку зрения выказал канд. тех. наук Борис Захаров в своей статье «Специальные типы штанговых насосов».

«За рубежом для тяжёлых условий работы (песок, наклонные скважины, вязкая и тяжёлая нефть, большое содержание воды и газа и т. д.) многие фирмы помимо стандартных насосов выпускают специальные типы насосов различной конструкции. Однако основные детали и узлы, от которых зависит нормальная работа насоса, остаются неизменными. К ним относятся, прежде всего, быстроизнашивающиеся уплотнительные узлы: пара „цилиндр-­плунжер” и клапанная пара (шариковые клапаны)», — отмечает г-н Захаров.

Впрочем, сами производители считают, что и базовая конструкция ШГН имеет хороший потенциал для совершенствования, достаточный, чтобы решить большинство проблем.

«Что касается бурения боковых стволов и горизонтальных скважин, существует решение, позволяющее эксплуатировать ШГН при больших углах отклонения от вертикали (более 40⁰). Замена в стандартном скважинном насосе клапанных пар „шар-седло” на специальные клапанные пары КТС позволяет эффективно эксплуатировать его в скважинах с углом отклонения от вертикали в месте установки насоса до 70⁰. Для исключения истирания колонны НКТ муфтами насосных штанг в местах наибольшего темпа набора кривизны можно использовать вставки канатной насосной штанги в колонну стандартных насосных штанг», — считает Наталья Абушкевич.

Следующий вызов — возможность работать на больших глубинах, более 2000 метров.

«В данном случае мы ограничены прочностными характеристиками применяемой насосной штанги и грузоподъёмностью наземного привода. Сам по себе скважинный штанговый насос может обеспечить довольно большой напор — до 3500 метров. Поэтому мы сейчас активно разрабатываем установку скважинного плунжерного насоса с подземным приводом. Так мы уйдём от вопросов по штанге и наземному приводу и сможем эксплуатировать ШГН на глубинах до 3500 метров», — рассказывает представитель ООО «ЭЛКАМ».

Ещё одно актуальное решение, которое интересно многим нефтедобывающим компаниям, — скважинный штанговый насос с возможностью прямой промывки.

«Нефтяникам нужны комплексные решения, технологии и оборудование для наиболее эффективного способа механизированной добычи нефти с минимальными затратами на тонну добытой жидкости. Наша компания стремится отвечать на эти запросы. Применение данного насоса специальной конструкции позволяет при засорении его рабочих органов и снижении коэффициента подачи провести реанимацию без привлечения бригады ТКРС. А это как раз позволяет значительно снизить производственные расходы нефтедобывающей компании», — отмечает Наталья Абушкевич.

А как на перспективы технологического развития повлияли санкции? Возможно, с уходом западных компаний были утрачены какие‑то уникальные технологии? В ООО «ЭЛКАМ» заверяют, что это не так.

«На российском рынке штанговых глубинных насосов всегда преобладали отечественные производители, введение санкций не оказало существенного влияния на положение дел. Сейчас ситуация не изменилась, мы пока не видим новых конкурентов из-за рубежа, в том числе и из дружественных стран», — констатирует Наталья Абушкевич.

Этот тезис легко доказать с помощью цифр. Достаточно наглядным с этой точки зрения выглядит 2018 год (до пандемии и санкций).

По данным аналитиков DISCOVERY Research Group, объём сегмента «Штанговые насосы для добычи нефти» тогда составил 14 512 штук, или $188 173,3 тыс. При этом доля импорта всех насосов для добычи нефти в Россию была равна лишь 1473 штук, или $10 694,4 тыс. То есть поставки из-за рубежа составляли лишь небольшую долю от общей потребности в этом оборудовании. Более того, в 2018 году российские производители отправили на экспорт почти в 4 раза больше агрегатов — 4808 штук на сумму $34 491,2 тыс.

Продлеваем срок службы насоса

Впрочем, перед конструкторами штанговых насосов стоят и более насущные задачи. Одна из них — продление срока служба агрегата. Что же нужно сделать, чтобы ШГН работал долго?

«Одним из важнейших факторов, оказывающих влияние на отказы штанговых насосных установок (ШСН), являются свой­ства добываемой жидкости. Данные факторы требуют тщательного рассмотрения для оценки возможностей воздействия на них и противодействия их негативному влиянию на работу установок. Известно, что механические примеси, содержащиеся в откачиваемой жидкости, приводят не только к абразивному износу насоса и оборудования, но и к сложным авариям», — отмечает Дмитрий Пяльченков в статье «Исследование влияния параметров добывающих скважин на отказы штанговых насосных установок».

Ведущий инженер АЦДНГ‑3 НГДУ «Арланнефть» (ООО «БашнефтьДобыча») Марсель Насретдинов добавляет к этому перечню высокое гасосодержание на приёме насоса, наличие асфальтосмолопарафиновых отложений в насосно-­компрессорных трубах и на насосных штангах, отложения солей в узлах ШГН и в НКТ, значительную кривизну ствола скважины, высоковязкие эмульсии и нефти.

«Для борьбы с осложнениями в ООО „Башнефть-­Добыча” применяются различные методы, такие как химическая обработка жидкостей, тепловая обработка скважин, механические скребки, магнитная обработка жидкостей, индукционное воздействие, фильтры, газопесочные якоря и т. д.», — пишет г-н Насретдинов в статье «Повышение эффективности эксплуатации штанговых глубинных насосов за счёт применения самоустанавливающихся магнитных клапанов в ООО „Башнефть-­Добыча”».

Понимают важность этой задачи и производители насосов.

«Все технические новшества, которые внедряют в последние годы, направлены на обеспечение эффективной работы насосов в осложнённых условиях. У нас на предприятии работа идёт в нескольких направлениях. Во-первых, это усовершенствование конструкции и разработка специальных насосов. Во-вторых, это поиск новых материалов и покрытий для усиления узлов существующих насосов», — отмечает Наталья Абушкевич.

Резюмируем: иногда старый друг лучше новых двух. Штанговые насосы спустя десятилетие сохраняют свою актуальность для нефтегазовой отрасли. И, хотя в их базовую конструкцию вряд ли получится внести существенные изменения, это не означает, что конструкторы остались без работы. В наши дни ШГН стали куда эффективнее, чем 20–30 лет назад. И, судя по всему, потенциал их развития ещё не исчерпан.

Наталья Абушкевич, руководитель направления по работе с НК «Роснефть» ООО «ЭЛКАМ»

«Если оценивать, как санкции сказались на производственном процессе отечественных компаний, то в случае со штанговыми насосами большой зависимости не было. Конкретно в ООО „ЭЛКАМ” практически все используемые нами материалы и комплектующие отечественного происхождения. Исключением являются клапанные пары: их мы приобретаем у китайских производителей. С их поставкой проблем не возникало».

Текст: Андрей Халбашкеев.
Фото предоставлено ООО «ЭЛКАМ».