Гаврилов Д.А.
СРАВНЕНИЕ ШВН С ДРУГИМИ ТИПАМИ НАСОСОВ (УЭЦН, ПЛУНЖЕРНЫМИ НАСОСАМИ) *
Аннотация:
в работе проводится сравнительный анализ штангового винтового насоса (ШВН) с установками электроцентробежных (УЭЦН) и плунжерными насосами (ШСН) в различных условиях эксплуатации. Рассматриваются преимущества и недостатки ШВН при работе с вязкими жидкостями, а также в скважинах с высоким содержанием песка и газа. Показано, что ШВН демонстрирует лучшую эффективность при добыче высоковязких нефтей благодаря объемному принципу работы, обладает большей устойчивостью к абразивному износу по сравнению с УЭЦН и менее чувствителен к газу. Однако его применение ограничено быстрым износом статора в агрессивных средах. Проведен анализ экономических аспектов, включая капитальные и эксплуатационные затраты. Сделан вывод о целесообразности выбора ШВН для скважин с умеренным содержанием механических примесей и газа, а также при добыче тяжелых нефтей.
Ключевые слова:
штанговый винтовой насос, электроцентробежный насос, плунжерный насос, вязкие жидкости, абразивный износ, газовый фактор, механизированная добыча, сравнительный анализ, эффективность
В современной нефтедобывающей промышленности выбор оптимального насосного оборудования является критически важным фактором, определяющим экономическую эффективность разработки месторождения. Среди всего многообразия технологий механизированной добычи особое место занимают три основных типа насосов: штанговый винтовой насос (ШВН), установка электроцентробежного насоса (УЭЦН) и плунжерный (штанговый скважинный) насос (ШСН). Каждая из этих систем обладает уникальными характеристиками, делающими их предпочтительными в конкретных условиях эксплуатации. В данной статье проводится детальный сравнительный анализ этих технологий с акцентом на эффективность ШВН при работе с вязкими жидкостями, а также в условиях высокого содержания песка и газа.Принципиальное отличие рассматриваемых насосных систем заключается в их конструкции и механизме работы. ШВН представляет собой объемный насос роторно-статорного типа, где вращение металлического ротора внутри эластомерного статора создает перемещающиеся полости, обеспечивающие подъем жидкости. Эта конструкция обеспечивает плавное, практически пульсационное течение, что особенно важно при работе с высоковязкими средами. В отличие от ШВН, УЭЦН работает по принципу центробежного насоса, где подача жидкости осуществляется за счет вращения многоступенчатого рабочего колеса. ШСН же использует возвратно-поступательное движение плунжера, создающее дискретные порции перекачиваемой жидкости.При работе с высоковязкими жидкостями, такими как тяжелые нефти и битумы, ШВН демонстрирует неоспоримые преимущества. Его объемный принцип действия позволяет эффективно перекачивать жидкости с вязкостью до 5000 мПа·с и более, в то время как КПД УЭЦН резко падает уже при вязкости выше 200-300 мПа·с из-за значительных гидравлических потерь в рабочих колесах. ШСН хотя и может работать с вязкими жидкостями, но сталкивается с проблемами гидроударов и повышенного износа клапанного узла. Практический опыт показывает, что при вязкости пластовой жидкости выше 800 мПа·с ШВН становится единственным технически и экономически оправданным решением.Особого внимания заслуживает поведение насосных систем в условиях высокого содержания механических примесей. Абразивное воздействие песка является серьезной проблемой для всех типов насосов, но проявляется по-разному. В ШВН основной износ происходит в статорной части, где эластомер постепенно истирается песчаными частицами. Однако современные материалы (например, износостойкие полимеры с добавлением керамических наполнителей) позволяют значительно увеличить ресурс статора. В УЭЦН песок вызывает катастрофически быстрый износ рабочих колес и направляющих аппаратов, что приводит к резкому падению напорных характеристик. Для ШСН основная проблема заключается в заклинивании нагнетательных и всасывающих клапанов, что требует частых остановок для проведения ремонтов. По данным промысловых испытаний, при содержании песка выше 1,5 г/л ШВН демонстрирует в 2-3 раза больший межремонтный период по сравнению с УЭЦН.Газовый фактор представляет еще одну серьезную проблему при выборе насосного оборудования. Все рассматриваемые типы насосов чувствительны к свободному газу, но по-разному. В ШВН газ может вызывать так называемый "газовый запирающий эффект", когда газовые пробки нарушают процесс образования рабочих полостей между ротором и статором. Однако эта проблема успешно решается установкой простейших газосепараторов. УЭЦН значительно более чувствительны к газу - уже при газосодержании более 25% происходит резкое падение напора и возникает кавитация, разрушающая рабочие колеса. ШСН занимают промежуточное положение, но при высоком газовом факторе требуют сложной настройки работы клапанной системы. Практика показывает, что при газовом факторе до 50 м³/т ШВН сохраняет стабильную работу без существенного снижения производительности.Экономические аспекты выбора насосного оборудования также заслуживают внимания. Капитальные затраты на ШВН-установку обычно на 20-30% ниже, чем на УЭЦН аналогичной производительности, что связано с отсутствием дорогостоящего погружного оборудования. Эксплуатационные расходы ШВН также оказываются ниже благодаря меньшему энергопотреблению (на 15-25% по сравнению с УЭЦН) и более простым ремонтам. Хотя первоначальная стоимость ШСН может быть несколько ниже, чем ШВН, в долгосрочной перспективе ШВН оказывается экономичнее из-за меньших затрат на обслуживание и большей ремонтопригодности.В заключение следует отметить, что штанговый винтовой насос представляет собой оптимальное решение для широкого спектра условий эксплуатации, особенно при работе с вязкими жидкостями и в скважинах с умеренным содержанием песка и газа. Его преимущества включают высокий КПД при перекачке тяжелых нефтей, относительную устойчивость к абразивному износу и умеренную чувствительность к свободному газу. Однако для каждого конкретного случая необходим тщательный технико-экономический анализ, учитывающий все особенности пласта и характеристики добываемой жидкости. Дальнейшее совершенствование материалов для статоров и оптимизация конструкций роторов открывают новые перспективы для расширения области применения ШВН в нефтедобыче.
Номер журнала Вестник науки №6 (87) том 1
Ссылка для цитирования:
Гаврилов Д.А. СРАВНЕНИЕ ШВН С ДРУГИМИ ТИПАМИ НАСОСОВ (УЭЦН, ПЛУНЖЕРНЫМИ НАСОСАМИ) // Вестник науки №6 (87) том 1. С. 1886 - 1890. 2025 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/23808 (дата обращения: 15.07.2025 г.)
Вестник науки © 2025. 16+