Одно из важнейших условий эффективного использования УЭЦН — это правильный подбор УЭЦН к скважине, то есть выбор для каждой конкретной скважины таких взаимообусловленных типоразмеров насоса, электродвигателя с гидрозащитой, кабеля, трансформатора, подъемных труб из имеющегося парка оборудования, и такой глубины спуска насоса в скважину, которые обеспечат освоение скважины и технологическую норму отбора жидкости (номинального дебита) из нее в установившемся режиме работы системы скважина — УЭЦН при наименьших затратах [1].

Ключевые слова : УЭЦН, нефтяные скважины, оптимизация, дебит, подбор

Процесс выбора режима работы насосного оборудования ориентирован на решение двух основных задач — предотвращения срыва подачи и максимизации добычи на отдельно взятом временном промежутке. При этом не принимаются во внимание возможные негативные последствия на более длительных промежутках работы системы «УЭЦН — пласт — скважина», а именно снижение продуктивности пласта вследствие повышенной интенсивности отбора нефти, снижение ресурса насосного оборудования в связи с неноминальными режимами эксплуатации, а также возможное засорение рабочих органов УЭЦН мехпримесями в результате интенсификации добычи. Кроме того, нередко при подборе типоразмера ЭЦН не учитываются регулировочные характеристики погружных систем с частотными преобразователями, что также снижает эффективность работы насоса [2].

Режим работы подбирается с учётом конструктивных особенностей установленного оборудования, параметров его работы и геологических условий конкретного месторождения. Он разрабатывается производственными подразделениями в соответствии с утверждёнными нормативами по извлечению ресурсов и закрепляется решением технических руководителей предприятия, включая главного инженера и главного геолога.

Основной задачей подбора является обеспечение стабильной работы установки с заранее запланированным показателями. Для начала расчета установки необходимо знать ряд величин, определяющих работу системы пласт– скважина–УЭЦН. Перечень этих величин довольно большой, в него входят данные о планируемом дебите, физических свойствах и составе пластового флюида, данные о скважине, различные значения давлений и т.д [3].

При выборе технологий разработки продуктивных пластов необходимо обеспечить согласование режимов работы всех компонентов добывающей системы, включая как геологические, так и технологические аспекты. Обычно этот процесс включает предварительную оценку эффективности различных способов эксплуатации в заданных условиях на основе экспертных данных, а затем подбор оптимальной компоновки оборудования для наиболее перспективных вариантов. При этом для каждого рассматриваемого случая рассчитывается комплексный экономический показатель эффективности [4].

Для поддержания эффективности работы насосных установок и рационального освоения месторождения определяются минимально допустимые значения забойного давления. Эти параметры рассчитываются с учётом технологических ограничений на содержание свободного газа на приёме насоса, которое по требованиям к работе УЭЦН не должно превышать четверти объёма. Однако чрезмерное снижение давления — более чем на четверть по отношению к давлению насыщения — нежелательно, поскольку может привести к ухудшению фильтрационных свойств призабойной зоны и снижению дебита.

Альтернативный подход заключается в кратковременном циклическом включении оборудования. Этот метод позволяет значительно снизить амплитуду колебаний уровня жидкости и добиться большей стабильности работы. Он также обеспечивает экономное потребление электроэнергии, особенно в комбинации с системой вариативной добычи. Реализация такого режима требует установки насосов с высокой производительностью и точного расчёта продолжительности каждого цикла, который, как правило, не превышает одного часа. Цикличность работы может регулироваться как по времени, так и по текущим параметрам давления.

Данный подход используется более широко, особенно в отношении низкопродуктивных, глубоко залегающих скважин, где постоянная откачка невозможна. Благодаря ему удаётся оптимизировать эксплуатацию оборудования, поддерживать приемлемые уровни производительности и эффективно вовлекать в разработку сложный фонд скважин.

КПР основывается на кратковременной интенсивной откачке жидкости насосами больших типоразмеров (с номинальной подачей Qж ≥ 60 м ³ /сут), работающими в зоне максимального КПД.

Одним из критериев эффективности выбранного подхода служит соответствие реальных параметров добычи техническим возможностям насоса в рамках его рекомендованной рабочей характеристики, что свидетельствует о корректном подборе оборудования под конкретные условия работы.

Оптимизация режима работы достигается за счет точного расчета продуктивности скважины. Цикл работы подбирается так, чтобы время работы насоса в 3–5 раз превышало продуктивность скважины, что позволяет достичь энергоэффективности. Общая длительность цикла (Тп) варьируется от 20 до 60 минут. При этом, например, насосы типа УЭЦН–60 используются для скважин с дебитом менее 20 м³/сут, а УЭЦН–80 — для скважин с дебитом 21–40 м³/сут.

Выбор оптимального режима работы насоса может предотвратить появление некоторых осложнений. Для этого, на стадии подбора УЭЦН, необходимо оценить в какой области рабочей характеристики будет работать насос. Делается это пересечением двух линий (рисунок 1).

Точка пересечения А на графике отражает оптимальное взаимодействие между пластом, скважиной и насосом. Для эффективной работы системы «пласт–скважина–насос» необходимо также соблюдение дополнительного условия — правильный выбор режима работы пласта. Рассматривая график зависимости потока (Q) от забойного давления (P _заб ), можно выделить две ключевые зоны.

Рис. 1. Напорная характеристика УЭЦН

Первая зона, называемая зоной нормальных условий работы пласта (зона 1 на рисунке 2), характеризуется стабильным процессом добычи, где забойное давление соответствует необходимым параметрам. Вторая зона (зона 2 на рисунке 2) характеризуется пониженными забойными давлениями, когда Pзаб < P ^min _заб . Минимальное забойное давление, P ^min _заб , обычно определяется из условия, что отношение P _заб и давления насоса должно быть равно 0,75⋅P ^min _заб . Вторая зона часто возникает при интенсивном отборе жидкости из скважины, что может вызывать ряд проблем, связанных с эффективностью добычи нефти [5].

Рис. 2. Схема выбор соответствующего режима работы пласта

Оптимальным режимом работы системы «пласт — скважина — насос» считается такой режим, при котором УЭЦН функционирует в пределах рабочей зоны, обеспечивая максимально возможный коэффициент полезного действия (КПД), а пласт эксплуатируется в зоне 1 на рисунке 3.3, при условии, что забойное давление остается выше минимального значения (P _заб > P ^min _заб ). Для обеспечения стабильной работы этой системы необходимо следить за режимом работы как на этапе выбора оборудования, так и после проведения различных мероприятий, направленных на изменение фильтрационно–емкостных характеристик пласта.

Таким образом, УЭЦН обладает достаточно высоким коэффициентом полезного действия (к.п.д.), способна обеспечивать значительный перепад давления в скважине в широком диапазоне условий. При этом УЭЦН — сложная машина, комплекс узлов, работающих глубоко под землей в неблагоприятных условиях. Надежность УЭЦН — важный фактор экономической целесообразности его применения. При любой поломке для продолжения добычи оборудование должно быть извлечено и заменено, что является достаточно затратным мероприятием.

Литература:

1. Соловьев, И. Г. Оптимизация подбора типоразмера и режима работы погружного насоса [Текст] / И. Г. Соловьев, Д. Н. Субарев // Автоматизация нефтегазовых технологий. — 2012. — № 1. — С. 3–6.
2. Абдуллаев, Г. А. Особенности подбора погружных установок электроцентробежных насосов [Текст] / Г. А. Абдуллаев // Академический журнал Западной Сибири. — 2016. — № 5. — С. 4–5.
3. Прощекальников, Д. В. Выбор рационального способа эксплуатации в механизированной добыче нефти [Текст] / Д. В. Прощекальников, П. И. Алиев, Е. И. Кульменьтева, Р. Р. Рамазанов // Вестник Технологического университета. — 2019. — Т. 22, № 12. — С. 79–81.
4. Зейгман Ю. В., Колонских А. В. Оптимизация работы УЭЦН для предотвращения образования осложнений // Нефтегазовое дело. Электрон. науч. журн. 2005. № 2. 8 с.
5. Шабонас, А. Р. Оптимизация работы электроцентробежного насоса (ЭЦН) для повышения наработки на отказ / А. Р. Шабонас // Нефтяное хозяйство. — 2021. — № 8 (632). — С. 30–36.