Нанотехнологии в нефтедобывающей отрасли

29.01.09 10:46

Нефтепромысловые проблемы

Недостаток инвестиционных средств (особенно в условиях нынешнего кризиса) и слабое финансирование инновационных изысканий вынуждает нефтедобывающие компании усиленно эксплуатировать старый фонд.

Анализ промысловых данных  свидетельствуют о том, что при текущей обводненности отдельных скважин 94-96%,  эксплуатация существующих технических средств в старых месторождениях становится нерентабельной. Дальнейшее применение традиционных технологий не только снижает конкурентоспособность отечественных нефтедобывающих компаний, но и создает угрозы экономической безопасности будущим поколениям.

Неблагоприятные геологические условия и низкая экономическая эффективность нефтедобычи в России определяют единственно возможный путь развития любой нефтедобывающей компании - активная инновационная деятельность по созданию, приобретению, производству и широкому применению новых высокоэффективных технологий в области разработки месторождений и нефтедобычи.

Нанотехнологии – в центре внимания

В числе знаковых событий для отрасли – организация и проведение Государственной корпорацией «РОСНАНО» первого Международного форума по нанотехнологиям,  который состоялся 3-5 декабря в г. Москве, в Центральном выставочном комплексе «Экспоцентр». Важным фактором является не только внимание Форума к проблемам оптимизации и повышения эффективности нефтедобычи, но и посвящение данному вопросу первого дня в рамках дискуссии «Нанотехнологии в нефтегазовой промышленности».

Стратегически важные направления форума вырабатывались при непосредственном участии Руководителя ГК «РОСНАНО» А. Б. Чубайса, Директора РНЦ «Курчатовский институт» М. В.Ковальчука, Заместителя Генерального директора ГК «РОСНАНО» А. Б. Малышева, Директора Международного форума по нанотехнологиям А. М. Кацнельсона, и других подвижников развития наукоемкой экономики в России. Степень их положительного влияния на технологическое будущее страны еще только предстоит оценить.

Активное участие в работе Форума принимали специалисты российской научно-производственной компании ООО «РАМ», которые в соответствии с «Федеральной программой развития наноиндустрии в Российской Федерации до 2015 года», разработали передовую технологию  нанесения металлалмазных покрытий с нанокристаллической структурой на изделия, работающие в экстремальных условиях. На основе данной технологии компанией ООО «РАМ» внедрены в нефтедобывающую отрасль инновационные, принципиально новые золотниковые клапаны модели «Норма» для установок электроцентробежных (УЭЦН) и штанговых глубинных (ШГН) нефтяных насосов.

«Норма»: успешный опыт   

В настоящее время клапаны «Норма» (Рис. 1, 2) установлены в более чем 100 механизированных скважинах на месторождениях ОАО «НК Роснефть», «НК Лукойл», ОАО «ТНК-ВР», ОАО «Татнефть», ОАО «Башнефть» и др. Технология нано-алмазного хромирования и конструкторские новации клапанов позволяют гарантированно повысить надежность насосного оборудования, снизить энергозатраты, увеличить сроки межремонтного периода и объемы добычи, особенно в условиях вязкой и обводненной нефти, на наклонно-направленных  и малодебитных  скважинах.  Итоги промысловых испытаний показали, что оснащение ШГН клапанами «Норма», при неизменных эксплуатационных параметрах, повышает производительность насосов на 38 %, а коэффициент подачи – на 12,5%.  Применение золотниковых клапанов в УЭЦН при внеплановых остановках погружного оборудования сокращает время запуска насоса до 15 секунд, увеличивая объем добычи нефти.

В качестве примера существенных потерь добывающих компаний можно привести фактор отключения УЭЦН при прохождении грозовых фронтов или внеплановых остановках погружного оборудования. Простой насосного оборудования (из-за негерметичности шариковых и тарельчатых клапанов происходит «турбинное» вращение вала, из-за чего повторное включение насоса возможно после осаждения столба нефти в колонне) приводит к понижению добычи нефти на скважине. Если  отключение охватывает  десятки скважин на месторождении, то потери становятся существенными для всей нефтедобывающей компании.

Разработанный  ООО «РАМ»  клапан «Норма – 73» (Рис. 2) позволяет полностью устранить данную проблему, так как применение эксцентрично смещенных колец, образующих лабиринтное уплотнение, создает надежную   герметичность и позволяет осуществлять пуск насоса  сразу  после его остановки. Рассчитав количество и время простоев УЭЦН из-за указанного фактора, можно легко определить экономическую эффективность клапана для нефтедобывающей компании (или определенного месторождения). 

Экономические оценки специалистов свидетельствуют о том, что переоснащение только одного насосного парка УЭЦН 9 крупных нефтедобывающих компаний России на клапаны «Норма», позволит им ежегодно получить  дополнительную выручку св. 1,7  млрд. долларов США (при стоимости барреля нефти 40$). Потери нефти из-за использования шариковых клапанов характеризуются  устойчивостью и значительными объемами.

Вместе с тем, наш опыт внедрения инновационной продукции в нефтедобывающей отрасли России свидетельствует о том, что несмотря на экономический эффект и технологичность изделий, добывающие компании инертно внедряют новейшие российские технологии. Данный  фактор негативно влияет на производительность труда в отрасли и повышает их расходы. В ряде случаев мы столкнулись с фактами  прямого лоббирования сотрудниками средних управленческих звеньев  закупок низкоэффективных, устаревших клапанов  в ущерб интересам своих компаний.

Задача понижения энергозатрат не менее актуальна и важна для современной добычи ископаемых. Скважины, оборудованные ШГН с золотниковыми клапанами «Норма», заметно  снизили количество ходов плунжера, оптимизировав уровень добычи.  Из-за повышенного в 1,4 раза проходного сечения клапана, происходит не только снижение гидравлического сопротивления (а стало быть, снижение энергозатрат), но и увеличивается объем добычи нефти.  Расчеты показывают, что на единицу добываемого объема нефти, снижение энергозатрат составляет около 38 %. Кроме того, золотниковый клапан быстрее срабатывает на закрытие, т.к. вес золотника на 25 % больше веса шарика. Высокая герметичность клапанов позволяет реализовать еще одно техническое преимущество – возможность надежной  опрессовки труб НКТ.

Несмотря на указанные выше технические преимущества, руководители подразделений некоторых нефтяных компаний, в ходе принятия решения о закупке инновационных клапанов ООО «РАМ», выдвигают требование о наработке клапанов свыше 900 суток. При этом,  нельзя не отметить, то, что требование ГОСТ Р-51896-2002  «Насосы скважинные штанговые (общие технические требования)» в ст. 13 «Гарантии изготовителя»  предусматривают гарантийный срок эксплуатации насосов нормального исполнения (при содержании механических примесей  от 0,1 – до 0,5 г\л и минерализации 10-20 г\л)  – 12 месяцев. Наши клапаны отработали свыше 670 суток, обслуживают третью смену новых ШГН, надежно перекрыв двойную гарантию ГОСТа. Остается только сожалеть о том, что в ожидании тройной гарантии – 900 суток наработки – нефтедобывающие компании  существенно теряют в  объемах добычи, а стало быть и в выручке…

Весомым фактором конкурентного преимущества клапанов серии «Норма» служит также их  повышенная износо-коррозийная стойкость вследствие покрытия основных частей, находящихся под нагрузкой, нано-алмазным хромом. Увеличение износостойкости рабочих поверхностей клапана превышает в 5,7 раз аналоги обычного твердого хромирования при толщине слоя в 1,8 раз меньшем.

В 2006 году в процессе исследований свойств покрытий, внедряемых ООО «РАМ», немецкой компанией DICO NORD GmbH и Софийским институтом металловедения  данные преимущества были подтверждены (Рис. 3).



Сфера использования  технологии  ООО «РАМ» по нанесению нано-алмазных хромовых покрытий  не ограничивается только клапанами «Норма». Мы планируем расширить   применение  покрытий  на узлы трения подшипников, валов, втулок и т.п., что увеличит  износостойкость в 2-5 раз бурового и гидравлического оборудования, металлорежущего инструмента (сверла, фрезы, метчики, резцы и т.п.), формообразующего инструмента (штампы, матрицы, пуансоны, фильеры и т.п.).

Приглашаем наших читателей к совместному плодотворному сотрудничеству и надеемся на то, что лекарства по преодолению технологических проблем российской нефтедобычи находятся в наших совместных руках.  Его своевременное использование – залог здоровья  и конкурентоспособности отрасли.

P.S. Выражаем благодарность сотрудникам ЗАО «ЭКА» за  профессиональные консультации и  плодотворное сотрудничество по нефтяной тематике.

Рыжов Е. В. , генеральный директор ООО «РАМ»,
действительный член Академии космонавтики им. К.Э. Циолковского, к.т.н.

Дмитриев И. В., заместитель начальника отдела  ООО «РАМ»,
член-корреспондент Академии космонавтики им. К. Э. Циолковского


ООО «РАМ»,
141090, г. Юбилейный, М.О.,
 ул. Пионерская, дом 1/4,
тел./факс: (495) 544-27-27,
e-mail: mail@ramtech.su.

Материалы по теме:

Золотниковые клапаны в УЭЦН и ШГН: опыт эксплуатации

Читайте также: