СОВРЕМЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИН ШТАНГОВЫМИ СКВАЖИННЫМИ НАСОСАМИ: НАЗНАЧЕНИЕ И ХАРАКТЕРИСТИКА

Актуальность темы обусловлена тем, что в последние годы наблюдается активное внедрение новых технических решений в области штангового оборудования, которые позволяют существенно повысить эффективность добычи, снизить энергозатраты и увеличить межремонтный период работы скважин. Появляются принципиально новые типы приводов с бесступенчатым регулированием, разрабатываются более износостойкие материалы для штанг и насосов, внедряются системы телеметрии и дистанционного управления. Всё это требует систематизации и переосмысления существующих подходов к выбору и применению оборудования для ШСН, поскольку традиционные представления о возможностях этого способа добычи во многом устарели. Кроме того, усложнение горно-геологических условий разработки, увеличение доли наклонно-направленных скважин и рост обводнённости продукции делают задачу совершенствования штангового оборудования особенно острой.

Цель работы состоит в том, чтобы на основе анализа современного оборудования для штанговых скважинных насосов систематизировать сведения о его назначении и характеристиках, провести сопоставительный анализ различных типов приводов и конструктивных решений, а также обосновать преимущества перспективных технических решений для осложнённых условий эксплуатации. Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи: рассмотрение состава и назначения основных элементов установок ШСН, сравнительный анализ с альтернативными способами механизированной добычи (на примере УЭЦН), а также оценка эффективности применения пневмогидравлических приводов на основе промышленных данных.

Прежде чем говорить о каких-то новых решениях, полезно, наверное, напомнить, из чего вообще складывается типичная установка ШСН, потому что без этого понимания трудно оценить все нюансы. Конструктивно это довольно сложная система, в которой есть наземная часть и глубинная, и они связаны между собой через колонну штанг. На поверхности, как известно, стоит привод - это устройство, которое превращает вращение электродвигателя в возвратно-поступательное движение, передаваемое вниз. Самый распространённый вариант - это балансирный станок-качалка, их на промыслах стоит огромное количество, и многие операторы привыкли к ним. Однако, как мы уже упомянули, всё чаще можно встретить пневмогидравлические приводы, у которых, на мой взгляд, есть одно очень важное преимущество - они позволяют плавно регулировать и длину хода, и число качаний, причём прямо в процессе работы. Для станка-качалки это проблема, там регулировка ступенчатая и довольно хлопотная, а здесь -бесступенчато. Кроме того, гидравлика даёт возможность так называемого «расхаживания», что очень выручает, если скважина заклинила или после ремонта её нужно «разработать». Дальше идёт колонна насосных штанг - это, по сути, механический стержень, который передаёт усилие от привода вниз, к насосу. Штанги делают из специальных сталей, они стандартизированы по размерам и резьбам, но тут тоже есть своя специфика: для наклонных скважин, которых сейчас становится всё больше, разработали так называемые канатные штанги - они гибче и меньше истираются о стенки обсадной колонны. Самый главный элемент, конечно, - это глубинный насос, который непосредственно и поднимает жидкость. По конструкции они бывают вставные и невставные, но суть у всех одна: плунжер движется внутри цилиндра, открывая и закрывая клапаны, и за счёт этого создаётся перепад давления. Сейчас производители очень много внимания уделяют износостойкости пары «плунжер–цилиндр», потому что в продукции всегда есть песок или другие абразивные частицы, которые быстро «съедают» рабочие поверхности. И завершает всю эту картину устьевое оборудование - там и сальник, и планшайба, и задвижки, и манометры, то есть всё то, что обеспечивает герметизацию и контроль. Как видите, элементов много, и каждый из них важен, потому что отказ любого звена может привести к остановке всей скважины. В общем, установка ШСН - это целая система, и чтобы она работала надёжно, нужно правильно подобрать все её компоненты с учётом конкретных условий.

Чтобы понять, насколько конкурентоспособны современные ШСН по сравнению с другими способами добычи, мы решили провести сравнительный анализ с установками электроцентробежных насосов. Это, пожалуй, самый логичный вариант, потому что УЭЦН - это основной конкурент, и на многих месторождениях выбор стоит именно между этими двумя технологиями. Результаты мы свели в таблицу 1, чтобы было нагляднее. Скажем сразу: однозначного победителя нет, и каждая система хороша для своих условий. Штанговые насосы традиционно работают на дебитах до пятидесяти кубометров в сутки, редко когда больше, и на глубинах до трёх тысяч метров. Зато они гораздо спокойнее относятся к вязкой нефти, к газу и к песку - это их «конёк». Электроцентробежные насосы, наоборот, берут своё на больших дебитах, там они эффективнее и экономичнее, но при малых отборах их энергозатраты неоправданно высоки. Если говорить о чувствительности к газу, то ШСН здесь держатся неплохо, хотя при очень высоком газосодержании и у них может быть срыв подачи, а УЭЦН без специальных газосепараторов вообще работают плохо. То же самое с механическими примесями: в УЭЦН абразив быстро выводит из строя рабочие колёса, а штанговый насос, хотя и страдает от износа плунжерной пары, в целом живёт дольше. Обслуживание, кстати, тоже проще у ШСН - их ремонтируют прямо на промысле, не везя в специализированные центры, а для УЭЦН это уже проблема. По регулировке режимов, правда, у современных гидроприводов ШСН появились очень широкие возможности, и тут они уже догоняют электроцентробежные системы с частотными преобразователями. В общем, анализ показывает, что каждая технология занимает свою нишу, и выбор - это всегда компромисс между разными факторами. Но важно, что штанговое оборудование за счёт нововведений заметно расширило свои возможности и теперь может использоваться там, где раньше его не рассматривали.

Таблица 1.

Сравнительная характеристика УШСН и УЭЦН

Теперь отдельно хочется остановиться на пневмогидравлических приводах, потому что это, пожалуй, самое интересное направление в развитии ШСН. За последние лет десять они прошли путь от экспериментальных образцов до вполне серийных изделий, и уже накоплен достаточный опыт их промышленной эксплуатации. Честно говоря, если посмотреть на сравнительную таблицу, становится очевидно, что по многим параметрам гидроприводы просто «делают» традиционные станки-качалки. Возьмём, к примеру, массу оборудования - у станка-качалки она огромная, больше десяти тонн, и под неё нужен серьёзный фундамент, а гидравлический привод весит в лучшем случае две с половиной тонны, и ставить его можно вообще без фундамента, что при обустройстве кустовых площадок очень облегчает жизнь. Но главное, конечно, не в массе, а в возможностях регулирования. Как мы уже говорили, у гидропривода настройка бесступенчатая и делается прямо на ходу, без остановки скважины, причём в широких пределах. Это позволяет подобрать такой режим откачки, при котором скважина работает максимально эффективно, с минимальными энергозатратами. Кстати, об энергозатратах: по данным многих промыслов, гидропривод даёт экономию до тридцати процентов по сравнению со станком-качалкой, а это уже существенные деньги. Кроме того, функция расхаживания, про которую мы упоминали, - это не просто приятный бонус, а реальное средство борьбы с заклиниванием штанг, особенно в скважинах с парафинистой нефтью. И ещё один момент - длительноходовость. Традиционные станки-качалки ограничены длиной хода примерно тремя-четырьмя метрами, а гидравлика позволяет делать ход до шести метров и более, что очень важно для глубоких скважин и для высоковязкой нефти. Ну и, наконец, гидроприводы изначально идут с возможностью дистанционного контроля - оператор может сидеть на пункте и видеть все параметры, а при необходимости скорректировать режим, не выезжая на скважину. Для станков-качалок это, как правило, требует дополнительного оборудования. Так что, на наш взгляд, переход на гидравлические приводы - это уже не вопрос «быть или не быть», а скорее вопрос времени и экономической целесообразности в каждом конкретном случае.

Таблица 2.

Преимущества пневмогидравлического привода ШСН

по сравнению с традиционным станком-качалкой

Таким образом, оборудование для штанговых скважинных насосов активно развивается. Традиционные станки-качалки, безусловно, сохранят свои позиции на промыслах, но новые решения - гидравлические приводы, износостойкие материалы, канатные штанги, телеметрия - заметно расширяют область применения ШСН. Особенно это актуально для месторождений на поздней стадии разработки, где приходится работать с высоковязкой нефтью, большим количеством воды и песка, низкими пластовыми давлениями. Опыт компаний, внедряющих гидроприводы и интеллектуальные системы, подтверждает экономическую эффективность этих решений. Остаются открытые вопросы, требующие дальнейших исследований: создание более стойких материалов для агрессивных сред, совершенствование методов диагностики без подъёма оборудования, адаптация к сверхглубоким скважинам. Тем не менее, очевидно, что штанговые насосы останутся надёжной основой механизированной добычи, а их совершенствование будет продолжаться.