Контроль комбинированного трубного насоса для откачки нефти

Контроль комбинированного трубного насоса для откачки нефти

Введение
Комбинированные трубные насосы (КТН), интегрирующие в единую колонну НКТ штанговый насосный агрегат (ШГН) и погружной электроцентробежный насос (ЭЦН), представляют собой перспективное решение для повышения эффективности добычи нефти на сложных месторождениях, особенно с высоким газовым фактором, вязкой нефтью или на поздней стадии разработки. Эффективная и надежная работа такой сложной системы напрямую зависит от качества ее изготовления, сборки и настройки, что требует проведения всестороннего контроля и испытаний. Настоящая статья описывает ключевые аспекты контроля КТН.

1. Объекты испытаний

Основными объектами контроля и испытаний комбинированного трубного насоса являются:

1. Узлы и компоненты КТН:
   • Штанговый насосный агрегат (ШГН): Плунжерная пара (цилиндр и плунжер), нагнетательный и всасывающий клапаны, узел подвески штанг.
   • Погружной электроцентробежный насос (ЭЦН): Секции рабочих колес и направляющих аппаратов, вал насоса, подшипниковые узлы, модуль газосепаратора (при наличии).
   • Система привода и управления: Погружной электродвигатель (ПЭД), протектор (гидрозащита), силовой кабель, система управления с датчиками (давления, температуры, вибрации) и блоком автоматики для согласованной работы ШГН и ЭЦН.
   • Трубная колонна НКТ: Участки колонны, на которых монтируются ШГН и ЭЦН, переходные элементы между секциями насосов.
2. Собранный комплекс КТН: Интегрированный узел ШГН + ЭЦН, готовый к спуску в скважину.
3. Система управления и сбора данных: Блоки управления, программное обеспечение, кабельные линии.

2. Область испытаний

Испытания КТН охватывают широкий спектр проверок на разных этапах:

1. Входной контроль: Проверка качества и соответствия спецификациям поступающих материалов и комплектующих до начала сборки.
2. Контроль процессов сборки и изготовления: Мониторинг соблюдения технологических регламентов сборки узлов и всего комплекса.
3. Стендовые испытания:
   • Лабораторные: Испытания отдельных узлов (гидравлика клапанов ШГН, характеристика секций ЭЦН, тесты ПЭД) на специализированных стендах.
   • Комплексные стендовые: Испытания собранного КТН на наземном имитационном стенде скважины перед отгрузкой на промысел. Являются ключевым этапом гарантийного контроля.
4. Контроль перед спуском в скважину: Проверка целостности, электрических параметров, работы системы управления на устье.
5. Пуско-наладочные работы и мониторинг в скважине: Контроль параметров работы (давление, температура, ток, вибрация, дебит) при запуске и в процессе эксплуатации для оценки эффективности и диагностики состояния.

3. Методы испытаний

Контроль КТН использует комплекс методов:

1. Механические испытания:
   • Проверка размеров, геометрии, качества поверхности (визуальный, инструментальный контроль).
   • Испытания на герметичность (гидравлические, пневматические) узлов и соединений.
   • Испытания на прочность и выносливость (при необходимости).
   • Измерение усилий трения в плунжерной паре ШГН.
   • Анализ вибрации узлов насоса и привода при работе.
2. Гидравлические испытания:
   • Снятие характеристик ЭЦН (напор, подача, мощность, КПД) на воде или модельной жидкости в диапазоне рабочих режимов.
   • Определение подачи и КПД ШГН на стенде.
   • Оценка совместной работы ШГН и ЭЦН в различных режимах (синхронизация, влияние газосодержания, вязкости).
   • Испытания газосепаратора (если установлен) на эффективность отделения газа.
   • Тестирование реакции системы на изменение режимов (закрытие/открытие задвижки, пуск/останов).
3. Электрические испытания:
   • Проверка сопротивления изоляции ПЭД, протектора, кабеля.
   • Измерение сопротивления обмоток ПЭД.
   • Испытания высоким напряжением.
   • Контроль параметров датчиков (давления, температуры).
   • Проверка работоспособности и алгоритмов системы управления (запуск, останов, защита, регулирование частоты вращения ШГН и ЭЦН).
4. Контроль системы управления и АСУ ТП:
   • Тестирование аппаратной части блоков управления.
   • Верификация программного обеспечения (ПО) управления.
   • Проверка корректности сбора, передачи и отображения телеметрических данных (давление, температура, ток, вибрация).
   • Тестирование алгоритмов защиты (от сухого хода, перегрузки, перегрева, несинхронной работы).
   • Оценка работы системы в автоматических режимах поддержания дебита/давления.

4. Испытательное оборудование

Для проведения контроля КТН применяется следующее оборудование:

1. Стенды для испытаний узлов:
   • Гидравлические стенды для испытаний клапанов, плунжерных пар ШГН на герметичность и трение.
   • Стенды для снятия характеристик ступеней и секций ЭЦН.
   • Стенды для испытаний ПЭД (холодные и горячие испытания).
   • Вибростенды для анализа вибрации компонентов.
2. Универсальный имитационный стенд скважины для КТН:
   • Вертикальная или наклонная герметичная колонна для размещения КТН.
   • Система циркуляции жидкости с регулируемыми параметрами (расход, давление, температура, газосодержание, вязкость).
   • Электропривод с системой управления для ШГН (имитация работы станка-качалки с регулируемой частотой и длиной хода).
   • Частотный преобразователь для питания и управления ПЭД ЭЦН.
   • Насосная установка для создания противодавления (имитация глубины скважины и пластового давления).
   • Система ввода газа (для имитации газовой фазы).
   • Система подогрева жидкости (для испытаний на вязких жидкостях).
3. Измерительные системы:
   • Расходомеры (разных типов: вихревые, ультразвуковые, кориолисовы).
   • Датчики давления (абсолютного и дифференциального) на входе и выходе насосов, в зонах контроля.
   • Датчики температуры (на ПЭД, протекторе, корпусе насосов, входе/выходе потока).
   • Датчики вибрации (акселерометры).
   • Мультиметры, клещи токовые, анализаторы мощности.
   • Системы сбора данных (SCADA) для регистрации и обработки всех параметров в реальном времени.
4. Контрольно-измерительные приборы (КИПиА):
   • Мерительный инструмент (штангенциркули, микрометры, нутромеры).
   • Приборы для неразрушающего контроля (дефектоскопы – УЗ, магнитопорошковый, капиллярный для выявления дефектов).
   • Мегаомметры для измерения сопротивления изоляции.
   • Установки для испытаний высоким напряжением.
5. Оборудование для контроля системы управления:
   • Программируемые имитаторы датчиков и сигналов.
   • Осциллографы, логические анализаторы.
   • Специализированное ПО для конфигурации и диагностики контроллеров.

Заключение
Контроль комбинированного трубного насоса является сложной и многоэтапной задачей, требующей системного подхода. Использование специализированного испытательного оборудования, в первую очередь полнофункционального имитационного стенда скважины, позволяет максимально объективно оценить соответствие КТН проектным характеристикам, проверить надежность конструкции, отработать взаимодействие узлов ШГН и ЭЦН под управлением автоматики и выявить возможные дефекты до спуска дорогостоящего оборудования в скважину. Комплексные испытания на стенде являются залогом успешной и долговечной эксплуатации КТН в сложных условиях нефтяных скважин.