Текст книги "Организация эксплуатации и ремонта установок электроцентробежных насосов в нефтедобывающей отрасли. Том 1. Эксплуатация"

ПОЖАРНЫЙ РУКАВ – гибкий трубопровод, который оборудован рукавными пожарными соединительными головками и служит для подачи огнетушащего вещества (воды, пенного раствора, порошка) к месту пожара. Пожарный рукав может быть напорным, всасывающим или напорно-всасывающим.

ПОЖАРНЫЙ СТВОЛ – оборудование, формирующее и направляющее сплошную или распыленную струю воды, а также (при установке пенного насадка) струю воздушно-механической пены низкой кратности при тушении пожаров.

ПОЖАРНЫЙ ШКАФ – вид пожарного инвентаря, предназначенного для размещения и обеспечения сохранности технических средств (клапан пожарный, головка соединительная, пожарный рукав, ствол пожарный, огнетушитель), применяемых во время пожара по ГОСТ Р 51844-2009.

ПОЖАРНЫЙ ИЗВЕЩАТЕЛЬ (ПИ) – устройство, предназначенное для обнаружения пожара на ранней стадии возникновения, своевременного оповещения о возгорании на объекте и формирования управляющих сигналов для систем оповещения людей о пожаре, систем управления вентиляции, систем автоматического пожаротушения. Основная цель – спасение жизни людей, снижение материального ущерба.

ПОЖАРНЫЙ ИЗВЕЩАТЕЛЬ ПЛАМЕНИ – прибор, реагирующий на электромагнитное излучение пламени или тлеющего очага.

ПОЖАРНЫЙ ИНВЕНТАРЬ – специальное изделие (продукция) – пожарные шкафы, пожарные щиты, пожарные стенды, пожарные ведра, бочки для воды, ящики для песка, тумбы для размещения огнетушителей и др.

ПОЖАРНЫЙ ПОСТ – специальное помещение объекта с круглосуточным пребыванием дежурного персонала, оборудованное приборами контроля состояния и управления средствами пожарной автоматики.

ПОЖАРНЫЙ РУЧНОЙ НЕМЕХАНИЗИРОВАННЫЙ ИНСТРУМЕНТ – инструмент без какого-либо привода, предназначенный для выполнения работ при тушении пожара.

ПОЖАРНЫЙ ОПОВЕЩАТЕЛЬ – техническое средство, предназначенное для оповещения людей о возникновении очага пожара.

ПОЖАРНАЯ СИГНАЛИЗАЦИЯ – это комплекс технических средств, предназначенных для обнаружения пожара на ранней стадии возникновения, своевременного оповещения о возгорании на объекте и формирования управляющих сигналов для систем оповещения людей о пожаре, систем управления вентиляции, систем автоматического пожаротушения.

ПОЛЕТ – самопроизвольное разрушение насосно-компрессорных труб, резьбовых или фланцевых соединений скважинного оборудования и обрыв кабеля с последующим их падением на забой скважины.

ПОЛНОКОМПЛЕКТНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ – установка УЭЦН, состоящая из погружного электродвигателя (ПЭД) с гидрозащитой, а также электроцентробежного насоса, укомплектованного газосепаратором, входным модулем и диспергатором (не менее 50% последних должны быть произведены одним заводом-изготовителем).

ПОМЕЩЕНИЕ С МАССОВЫМ ПРЕБЫВАНИЕМ ЛЮДЕЙ – залы и фойе театров, кинотеатров, залы заседаний, совещаний, лекционные аудитории, рестораны, вестибюли, кассовые залы, производственные помещения и другие помещения площадью 50 м² и более с постоянным или временным пребыванием людей (кроме аварийной ситуации), числом более 1 человека на 1 м².

ПОРОШКОВЫЙ ОГНЕТУШИТЕЛЬ – огнетушитель, в котором в качестве огнетушашего средства используется огнетушащий порошок.

ПРОВЕРКА – комплекс мероприятий, необходимых для определения и оценки фактического состояния технических средств, оборудования и т. п.

ПРОТИВОПОЖАРНЫЙ РЕЖИМ – комплекс установленных норм поведения людей, правил выполнения работ и эксплуатации объекта (изделия), направленных на обеспечение его пожарной безопасности; порядок, устанавливаемый в целях обеспечения пожарной безопасности объекта (зданий, помещений, территории и т. д.) и предполагающий: надлежащую организацию производства, соблюдение технологического регламента, поведение людей (в том числе при выполнении работ, содержании рабочих мест, эксплуатации оборудования), направленное на предупреждение нарушений требований и правил пожарной безопасности, а при необходимости – на эффективное противостояние пожару.

ПОСТАВЩИК – любое юридическое или физическое лицо (организация, предприятие, учреждение), поставляющее товары или услуги заказчикам для реализации бизнес-процесса.

ПЭД – погружной электродвигатель. Является приводом ЭЦН и предназначен для преобразования электрической энергии, которая подается по кабелю сверху в зону подвески установки, в механическую энергию вращения вала насоса.

РЕЙТИНГ ОБОРУДОВАНИЯ – комплексная оценка группы оборудования, эксплуатируемого в НК.

РУЧНОЙ ПОЖАРНЫЙ ИЗВЕЩАТЕЛЬ – устройство, предназначенное для ручного включения сигнала пожарной тревоги в системах пожарной сигнализации и пожаротушения.

СИСТЕМА ОПОВЕЩЕНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ ЭВАКУАЦИЕЙ ЛЮДЕЙ (СОУЭ) – комплекс организационных мероприятий и технических средств, предназначенный для своевременного сообщения людям информации о возникновении пожара, необходимости эвакуироваться, путях и очередности эвакуации.

СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ – совокупность сил и средств, а также мер правового, организационного, экономического, социального и научно-технического характера, направленных на борьбу с пожарами.

СКВАЖИНА – цилиндрическая горная выработка, сооружаемая без доступа в нее человека и имеющая диаметр во много раз меньше длины. Начало скважины называется устьем, цилиндрическая поверхность – стенкой или стволом, дно – забоем. Расстояние от устья до забоя по оси ствола определяет длину скважины, а по проекции оси на вертикаль – ее глубину.

СЛИВНОЙ (СБИВНОЙ) КЛАПАН – специальный штуцер, вворачиваемый в среднюю ненарезанную часть патрубка (цилиндрическая соединительная муфта с двусторонней внутренней конусной резьбой, соответствующей определенному размеру насосных труб), выступающий внутри цилиндра. При сбросе металлического стержня в НКТ сливной клапан отламывается по специальной линии подреза, открывая отверстие для слива жидкости из насосных труб, что позволяет производить подъем НКТ без нефти.

СОБСТВЕННИК – владелец, физическое или юридическое лицо, обладающее правом собственности.

СТЕПЕНЬ ОГНЕСТОЙКОСТИ ЗДАНИЙ, СООРУЖЕНИЙ, СТРОЕНИЙ И ПОЖАРНЫХ ОТСЕКОВ – классификационная характеристика зданий, сооружений, строений и пожарных отсеков, определяемая пределами огнестойкости конструкций, применяемых для строительства указанных зданий, сооружений, строений и отсеков.

СТРУКТУРНОЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ – структурное подразделение НК с самостоятельными функциями, задачами и ответственностью в рамках своих компетенций.

ТЕКУЩИЙ РЕМОНТ – комплекс работ, осуществляемых для восстановления работоспособности скважинного и устьевого оборудования; изменения режима эксплуатации скважины, а также для очистки подъемной колонны и забоя от парафиносмолистых отложений, солей и песчаных пробок.

ТУШЕНИЕ ПОЖАРА – процесс воздействия сил и средств, а также использование методов и приемов для окончательного прекращения горения, а также на исключение возможного его повторного возникновения.

УГЛЕКИСЛОТНЫЙ ОГНЕТУШИТЕЛЬ – закачной огнетушитель высокого давления с зарядом жидкой двуокиси углерода, находящейся под давлением насыщенных паров.

УРОВЕНЬ БРАКА ПРИ ВХОДНОМ КОНТРОЛЕ – отношение количества забракованных узлов к количеству поставленных комплектов.

УСТАНОВКА ПОЖАРОТУШЕНИЯ – совокупность стационарных технических средств, предназначенных для тушения пожара за счет выпуска огнетушащего вещества.

ЭВАКУАЦИОННЫЕ ЗНАКИ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ – знаки пожарной безопасности, предназначенные для регулирования поведения людей при пожаре в целях обеспечения их безопасной эвакуации, в том числе световые пожарные оповещатели.

ЭВАКУАЦИЯ – процесс организационного самостоятельного движения людей непосредственно наружу или в безопасную зону из помещений, в которых имеется возможность воздействия на людей опасных факторов пожара.

Предисловие

Введение в специальность

История развития научно-технического прогресса непрерывно связана с развитием нефтедобычи и переработки нефти и газа. Эволюция развития нефтедобычи прошла длительный исторический путь. Сегодня человек обладает современными технологиями добычи, направленными на извлечение из недр, как правило, не более 30–35% нефти, но остальная часть нефти остается в порах пласта. Наступит время, потомки найдут методы и технологии добычи оставшейся в недрах нефти. Но без знаний о строении Земли и Вселенной, без эволюции развития технологии добычи, без специалистов, мыслящих нестандартно, решить вопрос энергетического обеспечения человечества сложно.

Как известно, технико-экономические показатели нефтедобычи предприятия зависят от трех основных факторов: от условий эксплуатации месторождений, от конструктивной надежности оборудования и уровня подготовленности ремонтного и эксплуатационного персонала. Сегодня более 60% рабочих и специалистов, работающих на промыслах, не имеют специального профильного образования. Молодой специалист, на производстве сталкивается с проблемами практической организации механизированной добычи нефти, а также с необходимостью управления различными техническими устройствами и установками. В частности, приступая к обслуживанию установок погружных электроцентробежных насосов (УЭЦН) для добычи нефти, он должен ясно представлять возможности каждого узла комплекса (ЭЦН ПЭД, ВЭД, СУ ЧРП, кабельной линии). В связи с этим от профессионалов требуются специальные знания в области электротехники и электроники, программирования, техники и технологии добычи нефти.

Однако в нефтяных вузах не ведется профильная подготовка специалистов для обеспечения добычи нефти с использованием УЭЦН, а также на должном уровне не дают знания по эксплуатации современного оборудования (станции управления, высокотемпературных силовых кабелей и асинхронных и вентильных погружных электродвигателей, задействованных в УЭЦН). Вот почему необходимо включить в программу обучения в вузах нефтяного профиля специальный курс по эксплуатации и ремонту погружных УЭЦН.

Разработка бесштанговых насосов в нашей стране началась ещё до революции, когда А. С. Арутюнов вместе с В. К. Домовым разработали скважинный агрегат, в котором центробежный насос приводился в действие погружным электродвигателем.

Погружной двигатель изобрел и спроектировал в 1916 г. российский инженер Армаис Арутюнов. К сожалению, ему так же, как и Владимиру Зворыкину, Игорю Сикорскому и многим другим, пришлось эмигрировать в США. В Америке в 1928 г. изобретатель А. Арутюнов запатентовал погружную установку электроцентробежных насосов (УЭЦН), назвав своё "детище" "РЭДА". В 1930 г. Арутюнов создал компанию REDA (Russian Electrical Dynamo of Arutunoff – Русский Электродвигатель Арутюнова). Там же, в Америке, установку стали выпускать в промышленном масштабе.

^{А. С. Арутюнов}

К 1938 г. с использованием УЭЦН в США добывали 2% всей нефти.

В начале 1930-х гг. в Гормашпроекте (г. Москва) группой специалистов (А. П. Островский, Н. Г. Григорян, И. В. Александров, А. А. Богданов, А. Л. Ильский) была начата работа по созданию электробуров и погружных электронасосов с погружным электроприводом. Однако Великая Отечественная война 1941–1945 гг. помешала довести этот проект до промышленного внедрения.

В 1949 г. группа инженеров во главе с А. А. Богдановым посетила фирму REDA. Специалисты решали – в каком направлении развивать в стране добычу нефти, и выбрали путь, предложенный А. Арутюновым.

В СССР электроцентробежные установки фирмы REDA впервые появились в 1943 г. Тогда по ленд-лизу были переданы 53 комплекта.

Первые промышленные конструкции и серийное производство УЭЦН были освоены после создания в 1950 г. в системе нефтяной промышленности Особого конструкторского бюро по бесштанговым насосам – ОКБ БН. Возглавил её А. А. Богданов, оставаясь руководителем ОКБ БН до 1977 г. Уже в 1951 г. отечественные образцы этих установок начали добывать нефть. Сегодня смело можно утверждать, что все выпускаемые в России узлы УЭЦН разрабатываются и эксплуатируются на основе разработанных принципов, стандартов и систем ОКБ БН.

^{А. А. Богданов}

С непосредственным участием и под контролем ОКБ БН и его руководителя А. А. Богданова в СССР был развернут широкомасштабный выпуск УЭЦН. В 1982 г. в городе Альметьевске построили завод по выпуску УЭЦН «АЛНАС», что позволило нашей стране стать мировым лидером добычи нефти в мире.

Огромный вклад внес А. А. Богданов в обучение и подготовку кадров для нефтяной и газовой промышленности. Книга для инженера-нефтяника "Погружные центробежные электронасосы для добычи нефти (расчёт и конструкция)", написанная в 1968 г. А. А. Богдановым, неоднократно переиздавалась и остаётся самой востребованной книгой для нефтяников и в настоящее время. Примечательно то, что в книге полувековой давности освещены все проблемные вопросы, возникающие при эксплуатации УЭЦН и в настоящее время. В основе всех современных методов расчёта и подбора установки лежат технические разработки, методы расчета конструкции, подбора установки и руководящие документы по эксплуатации УЭЦН, разработанные в ОКБ БН. Компании, работающие с погружными установками электроцентробежных насосов, с глубоким уважением чтят память об этом выдающемся человеке.

10 апреля 2012 г. исполнилось бы 100 лет Александру Антоновичу Богданову, выдающемуся инженеру, талантливому конструктору, великолепному организатору производства насосных установок и широкомасштабного внедрения добычи нефти с электроцентробежными насосными установками (УЭЦН) в СССР.

В одном ряду с А. А. Богдановым – организатором производства, великолепным инженером и руководителем научно-исследовательских работ в области исследования и разработки погружных силовых кабелей – стоит наш соотечественник, патриот и Человек с большой буквы Я. 3. Месенжник. Яков Захарович – человек, прошедший тяжелый и героический жизненный путь. Ему пришлось испытать все тяготы Великой Отечественной войны, включая и пребывание в фашистском плену. В мирное время он, как и Богданов, стоял у истоков развития кабельной промышленности, высокотемпературных погружных кабелей, изоляционных материалов в бывшем СССР и в России.

Большую работу по созданию и развитию отечественных погружных центробежных электронасосов выполнили коллективы заводов "Борец" (г. Москва), Харьковский электромеханический завод (ХЭМЗ), Альметьевский завод АЛНАС (Татарстан), "Новомет" (г. Пермь), НИИ Башкортостана и Западной Сибири и др.

Нефтедобывающая промышленность с открытием новых месторождений нуждалась в насосах для отбора из скважин большего объема жидкости за единицу времени. Естественно, для этого наиболее подходящими являются быстроходные лопастные насосы с рабочими колёсами центробежного типа, обеспечивающие высокую подачу. Они могут обеспечить и большой напор, и подачу жидкости, сохранив при этом высокий КПД и небольшие габариты.

Что из себя представляет УЭЦН? УЭЦН – это установка электроцентробежного насоса, состоящая из наземного и подземного оборудования. К наземному оборудованию относится "интеллектуальная" станция управления с частотным приводом и повышающий трансформатор. В состав подземного оборудования, спускаемого в скважину на глубину до 4000 м на насосно-компрессорных трубах (НКТ), входят:

а) погружной электродвигатель (ПЭД) мощностью до 650 кВт, диаметр 96130 мм, длина 5-38 м.

б) телеметрическая система (ТМС) для измерения давления, температуры и вибрации, пристыкованная к основанию двигателя;

в) гидрозащита (ГЗ);

г) электроцентробежный насос (ЭЦН), специально сконструированный для работы в условиях агрессивного воздействия механических примесей, газа и соли. Длина насоса колеблется от 5 до 30 м в зависимости от требуемого напора, а диаметр от 50 до 117 мм.

д) погружной кабель на 3–4 кВ с температурной стойкостью не менее 120°C.

Подобные установки целесообразно использовать в диапазоне подач от 15 до 6000 м³/сут.

С открытием сибирских нефтяных месторождений, отличающихся высокопродуктивными пластами, стало ясно, что в первую очередь именно здесь экономически целесообразно использовать данную технологию.

С использованием УЭЦН в России, например в 2014 г., добыто 412 млн т нефти, что составляет 80% из общей добычи (514 млн т нефти).

Роль погружного силового кабеля для УЭЦН в системе "кабель + ПЭД" является одной из самых важных в сложнейших условиях работы в скважине. Современные погружные кабели передают огромную высоковольтную энергию в ПЭД, спущенный на глубину до 4000 м, в осложненных условиях эксплуатации.

Все системы и узлы установки УЭЦН (станция управления, частотный преобразователь, трансформатор ТМПН, силовой погружной кабель, термометрическая система (ТМС), гидрозащита и газосепаратор и т. д.) предназначены для подъема жидкости из скважины на поверхность Земли. В этой системе основными узлами – сердцевиной системы – являются центробежные рабочие ступени. Все остальные системы в установке служат для максимально возможной реализации потенциала рабочей ступени – рабочего колеса УЭЦН.

В СССР возник парадокс: ОКБ БН непрерывно, строго по плану, разрабатывало новые системы нефтедобычи, но в производство они не внедрялись. Директора заводов отчитывались за план массового производства старых типов УЭЦН. Стимулы осваивать новую номенклатуру отсутствовали. Это привело к заметному отставанию технического уровня отечественных погружных установок от американских. В результате стала сворачиваться модернизация испытательной стендовой базы ОКБ БН, ситуация с новыми разработками все более ухудшалась…

В настоящее время в нефтегазовой отрасли произошли большие изменения. Стала возможной организация акционерных предприятий, на которых внедрение новых изобретений и разработок происходило опережающими темпами. Вот так у изготовителей центробежных насосов (но не у нефтяников!) появились конкуренты. Одними из таких новых, созданных с нуля предприятий, стали компании "Новомет" и "Борец". Это позволило достаточно быстро внедрить в производство новую для отрасли насосостроения технологию порошковой металлургии и создать новый тип лопастных ступеней – центробежно-вихревых. Новые компании стали масштабно внедрять новые технологии и технологическое оборудование, позволяющие выпускать насосы мирового уровня. По сути, это был первый прорыв со времен Арутюнова! Таким образом, удалось увеличить КПД насосов, поднять их надежность, особенно при эксплуатации оборудования в скважинах с повышенным содержанием газа. В 2000 г. успех разработчиков и производителей был отмечен премией Правительства России. Существенное улучшение качества насосов, по-видимому, сделало возможным решить основную на то время задачу – не дать иностранным компаниям захватить отечественный рынок, а ведь такое произошло во многих других отраслях экономики. Объем же импорта УЭЦН в России никогда не превышал 10–15%.

К середине нулевых годов отечественные изготовители погружных установок догнали ведущие мировые компании и по показателям надежности установок.

Создано оборудование на базе электродвигателей с постоянными магнитами, называемых вентильными. По сравнению с традиционными асинхронными, они имеют КПД на 6–8 пунктов больше при меньшей длине. Кроме того, их диаметр можно сделать на 20–30% меньше, чем минимально допустимые размеры стандартных – асинхронных. Установки с вентильными двигателями и специальными насосами с повышенными КПД в сумме потребляют на 25–30% электроэнергии меньше по сравнению с отечественным серийным оборудованием и на 5–7% – по сравнению с лучшими мировыми аналогами.

Целый класс уникального оборудования создан на базе двигателей малого диаметра. Это установки для колонн 114 и 102 габарита – в том числе и для работы в боковых стволах, байпасные системы для колонн 146 габарита, системы "ЭЦН-ЭЦН" малого диаметра для одновременно-раздельной эксплуатации. Такое оборудование уже функционирует не только в России и странах СНГ, но и в дальнем зарубежье.

В последние 3–4 года отечественные изготовители УЭЦНов поставили заказчикам уже несколько тысяч установок с вентильными двигателями, часть из них (около сотни комплектов) – в страны дальнего зарубежья.

Благодаря инновациям в области вентильных двигателей история вновь предоставила нашей стране возможность занять лидирующее положение в области механизированной добычи нефти. Развитие событий свидетельствует, что мы не упускаем такого шанса. Страна в настоящее время имеет машиностроительный сегмент, по-видимому, лучший, чем в других странах.

Россия всегда была богата на научные идеи, и сейчас их достаточно. Сегодня отечественные инженеры и работники успешно решают задачу разработки установки, работающей на частоте до 100 Гц и до 6000 об/мин, чтобы повысить ее эффективность. Проблема – в реализации и внедрении этих новшеств в экономику страны.

Задача данной книги: кратко и сжато изложить проблемы организации добычи углеводородов, рассмотреть вопросы, которые уже решаются или которые предстоит еще решать.

Выражаем благодарность первопроходцам-организаторам сервиса в России в области механизированной добычи нефти с использованием УЭЦН Р. Ф. Абдуллину, Б. В. Аристову, Г. М. Люлинецкому, Н. Н. Пекарникову, А. В. Филиппову, а так же за предоставленные материалы по эксплуатации и ремонту УЭЦН инженерам сервисных компаний России, истинным профессионалам эксплуатации и ремонта электропогружных насосов, а именно А. Ю. Балакшину, Н. Р. Байгужину, И. Ю. Вагину, Р. С. Гукасову, Р. В. Сагдулину, В. В. Сапрыкину, А. В. Стогниенко, А. Ю. Терехову, С. Б. Якимову и другим инженерам механизированного способа добычи нефти.