Стендовые испытания УЭЦН-МИМ с широким диапазоном подач

При введении в разработку новых скважин и скважин после ГТМ, через определенное количество времени большие стабильные дебиты начинают стремительное падать, в результате чего приходится либо останавливать скважину и менять насос на менее производительный, либо переводить скважину на периодический газлифт, что не всегда рентабельно и технически надежно.

В результате этого, появилась задача создания оборудования, которое могло бы работать в широ- ком диапазоне подач, исключив при этом вышеупомянутые отклонения от границы диапазона, как в правую, так и в левую зону, что позволило бы исключить отказы или многократные смены оборудования в первые полгода эксплуатации скважины [1].

С этой целью была создана установка электро-центробежного насоса УЭЦН-МИМ, работающая с широким диапазоном подач.

По созданной и внедренной в ПАО «НК «Роснефть» методике на базе РГУ им. И.М. Губкина были осуществлены стендовые испытания УЭЦН-МИМИ, которые были проведены в два этапа: 1). проверка работоспособности насоса при различном газосодержании на входе; 2) проверка конструкции на износостойкость.

Целью первого испытания были проверка работоспособности ЭЦН-МИМ без газосепаратора при различном газосодержании в рабочей среде (вода - ПАВ - воздух) и сравнительная оценка с другими отечественными и импортными ЭЦН.

Задачи второго испытания состояли в сравнительной оценке работоспособности ЭЦН в условиях повышенного содержания механических примесей (проппант - кварцевый песок в массовом соотношении 50/50% до 40 000 мг/л) и в проверка заявленных напорно-расходных и энергетических характеристик.

В ходе испытаний необходимо было определить максимально возможное допустимое содержание газа в приемном устройстве насоса. Для этого была произведена закачка воздуха от компрессора при следующих частотах вращения вала: 40, 45, 50, 55 Гц. При давлении на приеме 0,2 МПа работа насоса осуществлялась без срыва подачи при объеме свободного газа 40-52 %, при давлении 0,4 МПа этот объем возрастал до 50-62%. Также было отмечено, что в процессе испытаний была выявлена зависимость наступления срыва подачи ЭЦН от давления на приеме насоса при одинаковых газосодер-жании и дебите жидкости. Так, при увеличении давления на 0,2 МПа объем свободного газа, при котором возникает срыв подачи, возрастает примерно на 10% [3].

При повышении частоты вращения вала, соответствующей опорной частоте тока от 40 до 55 Гц, наблюдалось увеличение предельно допустимого входного газосодержания от 2 до 4,5 %. Помимо этого, в ходе тестирования была выявлена следующая особенность ЭЦН-МИМ: при наступлении срыва подачи снижение газосодержания на входе позволяет восстановить стабильный режим работы насоса. При испытании традиционных ЭЦН после достижения срыва подачи приходится полностью останавливать испытания и выполнять продувку системы, в противном случае достичь возобновления подачи не удается. Учитывая, что среднее газо-содержание на приеме на скважинах Мало-Балыкского месторождения при дебите около 200

м3/сут составляет порядка 38-42%, а на испытаниях это значение составило 52%, то можно сказать, что в условиях данного месторождения с точки зрения газоустойчивости УЭЦН-МИМ может эксплуатироваться без особых проблем.

Ресурсные испытания ЭЦН-МИМ были проведены при КВЧ до 40 г/л. По завершению стендовых испытаний было установлено, износ рабочих колес составил порядка 1,22 %, что в 7,2 раза меньше, чем у ранее испытанных традиционных ЭЦН компрессионного типа, износ направляющих аппаратов составил около 0,47 %, что в 8,2 раза меньше, чем у ранее испытанного оборудования. При сравнении напорно-расходных характеристик до и после испытаний было зафиксировано изменение напора в допустимых пределах (около 5,3 %). Максимальное значение КПД установки после ресурсных испытаний снизилось с 68,3 до 67,9 %. У лучшего насоса, испытанного ранее, снижение КПД составляло 35 %, в данном же случае было зафиксировано падению на 0,4 % [2].

Износ поврежденных деталей секции насоса

— массовый износ прогнозируемый массовый износ средний диаметральный износ средний вертикальный износ

Направляющие аппараты

Рабочие колеса

Рис. 1. Износ повреждённых деталей секций насоса (1) и газосепаратора (2).

Насос успешно прошел 20-часовой цикл испытаний на износ. Вращение вала - свободное. Твердосплавные втулки в подшипниковых узлах головки и основания, все твердосплавные втулки в радиально-упорных промежуточных подшипниках без явного износа со следами приработки, втулки каждого первого направляющего аппарата пакетов имеют конический износ, некоторые колеса имеют характерный конический износ ступиц, особенно это отмечается у предпоследних и последних колес каждого пакета. Практически все нижние опорные шайбы рабочих колес имеют износ не более 30%, верхние шайбы рабочих колес износа не имеют.

В результате, можно подвести итоги проделанных испытаний на газоустойчивость:

• -    при входном давлении 4 атм (0,4 Мпа) в зависимости от Qж, срыв подачи происходил в диапазоне от 50 до 62%;

• -    при Qж свыше 300 м³/сутки, срыв подачи достигнуть не удалось (ограничения по стенду, максимальная производительность компрессора 1000 м³/сутки);

• -    при наступлении срыва подачи, после уменьшения газосодержания, зафиксировано возобновление подачи насоса (во время аналогичных испытаний, как отечественных, так и импортных УЭЦН, возобновление подачи происходило только после полной остановки и прокачки системы).

• -    итог испытаний на износостойкость:

• -    износ рабочих колес составил 1,2% (у лучшего ранее испытанного ЭЦН этот износ был порядка 8,64 %);

• -    износ направляющих аппаратов составил 0,47% (что в 8,2 раза меньше, чем у ранее испытанного аналогичного ЭЦН компрессионного типа);

• -    падение напорной характеристики составило 5,3% (что в 10 раз меньше, чем у ранее испытанного аналогичного ЭЦН компрессионного типа);

• -    уменьшение мах КПД составило 0,4% (у ЭЦН компрессионного типа этот показатель составил 35%);

• -    гидроабразивный износ рабочих ступеней ЭЦН незначительный;

• -    отсутствуют изменения в размерах на сопрягаемых поверхностях цилиндрических радиальных уплотнений между рабочим колесом, направляющем аппаратом и защитной втулкой;

• -    отсутствуют какие-либо следы износа на твердосплавном опорном и радиальном подшипниках.

Графически результаты тестов на износостойкость приведены на рис. 2.

Таким образом, стендовые испытания УЭЦН-МИМ показали и подтвердили возможность надежной, стабильной и эффективной работы данных насосов, показав их значительное преимущество над оборудованием, применяемым на месторождениях сегодня.

Рис. 2. Результаты стендовых испытаний УЭЦН-МИМ.