Технологии для поддержания пластового давления и утилизации попутного нефтяного газа

Нефть и Газ Статья
выбрано
energybase

Для применения в системах поддержания пластового давления (ППД) и утилизации попутного нефтяного газа (ПНГ) АО «Новомет-Пермь» были разработаны блочные насосные станции (БНС) и дожимные насосные станции (ДНС) на базе ЭЦН, станции для водогазового воздействия (ВГВ) на пласт, мобильные насосные станции, блоки распределения, измерения и фильтрации (БРИФ) для очистки воды и установки на базе ЦНС.

В предлагаемой Вашему вниманию статье приводятся технические особенности, параметры работы и результаты испытаний данного оборудования и технологий.

Авторы:

  • Политов Михаил Анатольевич, Начальник Отдела нестандартного оборудования АО «Новомет-Пермь»;
  • Хлебов Дмитрий Геннадьевич, Ведущий инженер-конструктор Отдела нестандартного оборудования АО «Новомет-Пермь»;

БНС на базе ЭЦН с наземным приводом

Оборудование для систем ППД на базе наземного электропривода АО «Новомет-Пермь» производит с 2001 года. В состав БНС входят: насосная установка, технологические трубопроводы (подводящий и напорный), автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУ ТП), система отопления и вентиляции, пожарная сигнализация и система пожаротушения.

В составе установки может использоваться электродвигатель (ЭД) в общепромышленном или взрывозащищенном исполнении мощностью до 630 кВт. Освоено производство установок производительностью до 6300 м3/сут, с давлением на входе до 20 МПа, на выходе — до 35 МПа.

В случае ожидаемого роста подачи, в зависимости от потребностей заказчика, могут быть параллельно установлены несколько агрегатов. При увеличении числа модулей пропорционально увеличиваются производительность и габарит БНС.

ДНС на базе ЭЦН с погружным электроприводом

ДНС на базе ЭЦН с погружным электроприводом предназначены для повышения давления закачки непосредственно на кустовой площадке. В данной конструкции отсутствует торцевое уплотнение, а привод насоса собран в герметичном кожухе, что обеспечивает полную герметичность установки и исключает утечки закачиваемой жидкости во внешнюю среду.

При работе ДНС жидкость сначала проходит по внутренней части колонны, омывая и охлаждая все оборудование, затем попадает во входной модуль, после чего поступает в насос.

Производительность одного насосного агрегата составляет до 6300 м3/сут, при необходимости несколько насосных агрегатов, как и в предыдущем случае, могут устанавливаться параллельно. Давление на входе составляет 21МПа, на выходе — 35 МПа, мощность двигателя — до 1000 кВт.

Все оборудование, используемое в составе данных ГНУ, производится серийно АО «Новомет-Пермь», что позволяет максимально сократить сроки поставок и ремонта установок.

Насосная установка размещается на жесткой модульной раме, длина которой подбирается в зависимости от длины установки. В состав установки входят: входной фланец, погружной блок телеметрии, кожух, погружной электродвигатель (ПЭД), центратор, гидрозащита (ГЗ) и входной модуль, который служит узлом подвода жидкости (рис. 1).

Схема ГНУ с погружным электроприводом
Рис. 1. Схема ГНУ с погружным электроприводом

На выходе насоса устанавливается запорная регулирующая арматура (ЗРА), которая позволяет плавно регулировать необходимый расход.

Все глубинно-насосные установки (ГНУ) укомплектованы шкафами управления с удобным интерфейсом, что дает возможность отслеживать и регулировать их работу.

Оборудование насосных станций вентильными электродвигателями (ВЭД) позволяет сделать их в два раза более компактными и на 25−30% увеличить их энергоэффективность (рис. 2; табл. 1). Использование ВЭД позволяет с легкостью регулировать частоту вращения от 3000 до 6000 об/мин.

Сравнение параметров энергоэффективной и серийной насосной станции
Рис. 2. Сравнение параметров энергоэффективной и серийной насосной станции

Таблица 1. Сравнение параметров энергоэффективной и серийной ГНУ с подачей 1600 м3/сут и напором 1000 м

Показатель, ед. изм.

Серийная

Энергоэффективная

N потр, кВт

375,9

284,1

η, %

48

64

L, м

20,9

10,6

Установка с ВЭД может быть врезана в существующий трубопровод с минимальными затратами (рис. 3). На время ремонта установка может быть отключена путем перекрытия задвижек.

Структурная схема врезки ДНС с ВЭД в трубопровод
Рис. 3. Структурная схема врезки ДНС с ВЭД в трубопровод

Станции для ВГВ на пласт

Станции для ВГВ на пласт используются для утилизации ПНГ, для ППД и повышения коэффициента извлечения нефти (КИН). Последнее возможно при условии оптимального содержания в закачиваемой смеси газовой составляющей в условиях пласта.

Станции производятся в модульном блок-боксе во взрывозащищенном исполнении (рис. 4). При работе станции в подводящий трубопровод одновременно поступают низконапорный ПНГ и вода с кустовой насосной станции (КНС) под давлением порядка 140−200 атм. Эта жидкость поступает в эжектор, где смешивается с газом и затем направляется на вход насоса. В результате образуется гомогенная водогазовая смесь (ВГС), которая закачивается в нагнетательные скважины (рис. 5). Стоит отметить, что в разработке эжектора (струйный насос), принял участие профессор департамента недропользования и нефтегазового дела Инженерной академии РУДН., д.т.н. А.Н. Дроздов.

Станция для ВГВ на пласт
Рис. 4. Станция для ВГВ на пласт
Схема работы БНС для ВГВ на пласт
Рис. 5. Схема работы БНС для ВГВ на пласт

Помимо основного насоса и эжектора станция содержит резервные элементы, оснащена системой КИПиА, вентиляцией и пожаротушением. Станции выполняются на базе серийно выпускаемых насосов АО «Новомет-Пермь».

В одном из реализованных проектов подача воды с добавлением поверхностно-активных веществ (ПАВ) при работе стации составила 1600 м3/сут, подача ПНГ — 2000−20000 м3/сут. Благодаря работе станции была произведена утилизация ПНГ, а также достигнуто повышение нефтеотдачи пласта (ПНП).

Для транспортировки ГЖС за счет создания необходимого давления была разработана ГНУ на базе модуль-секций центробежного насоса и насоса струйного наземного (табл. 2).

Таблица 2. Параметры работы ГНУ для транспортировки ГЖС

Наименование параметра

Значение

Номинальная подача, м3/сут

60

Напор при номинальная подаче, м

453

Частота вращения приведенная, об/мин

2910

Номинальная потребляемая мощность, кВт

13,3

КПД, %

53

Частота напряжения питающей электросети, Гц

50

Номинальная мощность электродвигателя, кВт

15

Рекомендуемая рабочая часть характеристики:

—  подача, м3/сут

40−80

—  напор, м

547−267

Мобильные БНС

Для решения задачи оптимизации эксплуатационных затрат специалисты подразделения ГК «Новомет» в Эквадоре разработали мобильную систему, выполненную на базе горизонтальной насосной установки, смонтированной на платформе автомобильного шасси. Мобильная насосная система предназначена для быстрой доставки оборудования к скважине, быстрейших подключения к системе с помощью гибкого трубопровода и начала работы.

Система включает в себя горизонтальные насосные агрегаты, трубопроводы, клапаны и фланцы, станцию управления (СУ) для контроля всех рабочих параметров, а также датчики давления, температуры, тока, вибрации, расхода и грузовое шасси.

Три таких системы были установлены на месторождении Eden в Эквадоре в марте 2018 года.

БРИФ

При помощи БРИФ производится очистка пластовой воды или другой технологической жидкости от мехпримесей, осуществляются дозированная закачка ингибитора и распределение воды по скважинам системы ППД, производится измерение, регулирование и архивирование параметров технологического процесса в базу данных.

В составе блок-бокса БРИФ размещаются один или два каскада очистки, система дозирования (ингибирования), АСУ ТП, а также вспомогательные системы грузоподъемных механизмов, отопления, освещения, вентиляции и др. (рис. 6; табл. 3).

Системы и приборы БРИФ
Рис. 6. Системы и приборы БРИФ

Таблица 3. Показатели работы БРИФ

Наименование показателя

Значение показателя

Максимальная пропускная способность, м3/сут

2000

Максимальное рабочее давление, МПа

21

Содержание твердых частиц после очистки, мг/л

30

Тонкость фильтрации, мкм

5−200

Количество отводов гребенки, шт

1−6

Производительность дозировочного насоса ингибитора, л/ч

0,04−1,6

Масса, кг

Не более 25000

Установки на базе насосов ЦНС

В предыдущие годы в АО «Новомет-Пермь» были разработаны и испытаны ступени из нирезиста четырех номинальных размеров в составе насосов с номинальной подачей 70, 120, 210 и 670 м3 (1680, 2880, 5000, 16000 м3/сут). КПД составил до 84%.

Так, для ступени ЦНС 670 м3/час был получен КПД 78%, напор при номинальной подаче составил 81 м, мощность при номинальной подаче — 189 кВт. Для ступени 210 м3/час был получен КПД 84%, напор при номинальной подаче составил 68 м, мощность при номинальной подаче — 46 кВт. Для ступени 120 м3/час был получен КПД 79%, напор при номинальной подаче составил 70 м, мощность при номинальной подаче — 29 кВт (рис. 7).

Характеристики ступеней 670 и 210 м³/ч, полученные в ходе стендовых испытаний
Рис. 7. Характеристики ступеней 670 и 210 м³/ч, полученные в ходе стендовых испытаний

В рамках инновационного проекта «Насосы ЦНС для ППД» до конца 2020 года заключен контракт на поставку насосов номинальной производительностью 210 и 670 м3/час насосы в герметичном корпусе.

Выдержки из обсуждения

— Дмитрий Геннадьевич, из недавних пресс-релизов АО «Новомет-Пермь» следует, что компания планирует увеличить долю зарубежных поставок оборудования до 70%. Не могли бы Вы прокомментировать, с чем связано такое намерение?

Дмитрий Хлебов: Такое намерение связано с высоким спросом на наше оборудование на сервисных базах Южной Америки и других зарубежных стран.

— На основе каких данных подбирается оборудование для ВГВ на пласт?

Дмитрий Хлебов: Это оборудование подбирается на основании данных опросного листа, который заполняется заказчиком. Там указываются особенности перекачиваемой среды, содержание газа и т. д.

— В составе установок могут использоваться только ЦНС или возможно использование насосов объемного действия?

Дмитрий Хлебов: Возможно использование и того и другого вида насосов в зависимости от условий среды.