Проверенный труженик — плунжерный насос

Давно прошли времена, когда нефть била из-под земли фонтаном и её можно было собирать вёдрами. Сегодня чёрное золото нужно извлекать из недр земли, поэтому насос стал «сердцем» любого предприятия по добыче газа или нефти.

Свою, пусть и небольшую нишу насосного оборудования для наземной инфраструктуры, около 5% по данным компании Pleuger, имеют и плунжерные насосы. Каковы перспективы этих агрегатов? Будет ли их доля расти или сокращаться?

Сфера применения плунжерных насосов

Плунжерные насосы в нефтегазовой промышленности в основном находят применение там, где требуется работа со средами под высокими давлениями — как на суше, так и на морских платформах.

«В компании «Карачаганак Петролеум Оперейтинг», которая является оператором одного из крупнейших нефтегазоконденсатных месторождений в мире, а также в  компании Sakhalin Energy плунжерные насосы Pleuger применяют для нагнетания подтоварной воды в пласт, подачи метанола в технологические сети, подачи технической воды, подачи этиленгликоля в технологические аппараты по осушке газа», — перечисляет возможности плунжерных насосов технический директор ООО «Плойгер Индастриз Рус» Алексей Савочкин.

И всё же если говорить о применении плунжерных насосов в нефтегазовой промышленности, в первую очередь нужно упомянуть технологию поддержании пластового давления (ПДД).

«Наиболее распространенная сфера применения плунжерных насосов в нефтегазовой промышленности — поддержание пластового давления (ППД). Для организации данного процесса плунжерные насосы может применять любая компания, которая осуществляет добычу углеводородов. Вопрос в технических предпочтениях предприятий, возможностях, сложившейся практике, специфике задач», — отмечает Алексей Савочкин.

Учитывая, что технологию ППД, связанную с закачкой воды в пласт, применяют более чем на 60% месторождений в России, перед плунжерными насосами открываются широкие возможности.

«Все нефтяные компании сталкиваются с необходимостью поиска оптимального процесса добычи нефти, основным из которых является вытеснение нефти из пласта водой, закачиваемой в нагнетательные скважины. При этом технологическое развитие электроцентробежных насосов, которые остаются основным оборудованием для закачки, вплотную приблизилось к ограничениям, связанным с их физическими особенностями.

Поэтому применение плунжерных насосов, обеспечивающих возможность регулирования объёмов закачки без снижения напора, находит всё более широкое применение в  нефтяной промышленности», — считает проектный менеджер по водной гидравлике компании Wepuko Pahnke GmbH Клаус Калмбах.

Специалисты завода дозировочной техники «Ареопаг» упоминают ещё один способ использования плунжерных насосов в нефтегазовой отрасли.

«Большая часть дозировочных насосов, применяемых при добыче нефти для подачи ингибиторов коррозии в  затрубное пространство под высоким давлением, — это плунжерные насосные агрегаты. Их применяют крупнейшие российские нефтегазовые компании, такие как ПАО «Газпром», ПАО «Роснефть», ПАО «Лукойл», ПАО «Сургутнефтегаз» и другие. Основными причинами их широкого применения являются неприхотливость, простота в обслуживании, высокая надежность и низкая цена», — объясняет главный инженер проектов ООО «ЗДТ «Ареопаг» Олег Смирнов.

Утилизация попутного газа — новая стезя для плунжерных насосов

Ещё одна потенциальная сфера применения плунжерных насосов — работа с попутным газом, который является побочным продуктом нефтедобычи. Долгое время его просто сжигали, однако в последнее время тренд экологизации заставляет компании по всему миру отказываться от этого способа. В России также действует нормативы, обязующие нефтедобывающие компании обеспечить утилизацию 95% попутного газа.
Существует несколько вариантов решения задачи.

Во-первых, попутный газ можно использовать как топливо для работы газопоршневых или газотурбинных электростанций. Это перспективное направление, но возможности использования плунжерных насосов здесь неочевидны.

Во-вторых, попутный газ можно закачать обратно. Этот метод перекликается со способом добычи нефти, изобретенном еще в XIX веке, так называемым газлифтом. Принцип его работы в том, чтобы вытолкнуть нефть на поверхность, закачивая газ под большим давлением. Газлифт применяли при нефтедобыче еще в  1897 году на Бакинском месторождении. Продвигал эту идею знаменитый инженер и изобретатель Владимир Шухов.

Однако технология на тот момент не выдержала конкуренции из-за ряда недостатков: необходимости использования громоздкого компрессорного наземного оборудования, невысокого КПД и возможности образования стойких эмульсий в добываемой жидкости. Однако в реалиях XXI века, когда встаёт вопрос о необходимости утилизации попутного газа, эта технология может обрести второе дыхание. Вариацией газлифта является скважинный плунжерный лифт.

«Обратная закачка газа является одним из способов поддержания пластового давления на нефтяных месторождениях, который пока редко используют в России. Хотя этот способ позволяет решить сразу две задачи: обеспечить утилизацию попутного нефтяного газа непосредственно на месторождении и поддержать уровень добычи нефти.

Во многих случаях только плунжерные насосы могут соответствовать требованиям, предъявляемым к насосному оборудованию в этих технологических процессах, это и высокое давление закачки, и низкая температура перекачиваемой среды, и необходимость регулирования расхода при заданном давлении», — считает Клаус Калмбах.

В то же время Алексей Савочкин подчёркивает, что плунжерные насосы не участвуют в самом процессе закачки газа в пласт, для этого применяют компрессорное оборудование. То есть плунжеры задействованы в  этом процессе преимущественно в качестве насосов инфраструктуры для подачи технологических жидкостей, отмечает технический директор ООО «Плойгер Индастриз Рус».

Преимущества и недостатки плунжерных насосов

Итак, плунжерные насосы находят несколько вариантов применения в нефтяной и газовой добыче. Однако доля их в общем парке оборудования нефтедобывающих компаний всё же не так велика. С чем это связано? Какие недостатки и преимущества имеют плунжерные насосы?

«Основным ограничивающим фактором для широкого применения плунжерных насосов является высокая стоимость оборудования, так как оно является более металлоемким по сравнению с центробежными насосами. При этом, некоторые производители используют устаревшие технологии и материалы невысокого качества, что может являться ещё одним ограничивающим фактором для потребителей», — считает Алексей Савочкин.

Главный недостаток, которые пользователи обнаруживают в процессе эксплуатации, по его мнению, связан с возникающими пульсациями в трубопроводе. Однако насосов Pleuger эта проблема не касается: разработчики применили компенсаторы пульсаций, плюс имеет значение правильный подбор конструкции насосов с увеличенным числом плунжеров. Благодаря этому пульсации не превышают 1%.

Олег Смирнов, в свою очередь, отмечает особенности устаревшей конструкции плунжерных насосов, которые могут принести потенциальный вред окружающей среде и здоровью сотрудников.

«Принцип действия и конструкция плунжерных насосных агрегатов предусматривает возможность утечки перекачиваемой среды для отвода тепла и смазки. А с учётом того, что в нефтегазодобывающей отрасли большая доля дозируемых жидкостей представляет собой опасные химические реагенты, это несёт опасность для окружающей среды и персонала», — поясняет свою позицию г-н Смирнов.

Однако кроме минусов у плунжерных насосов есть и ряд серьёзных достоинств. Главное преимущество  — более высокий, чем у «конкурентов», КПД — до 98%. Алексей Савочкин перечисляет и другие преимущества агрегатов: среди них широкий диапазон регулирования расхода жидкости с сохранением высокого КПД, способность создавать высокое давление, в том числе при изменяемом расходе.

А низкие скорости жидкости в проточной части насоса значительно снижают абразивный износ рабочих органов. Агрегат неприхотлив и  вынослив — плунжерные насосы от Pleuger могут служить по 40 лет и более, причём в экстремальных условиях — при температуре в 350 °C, а насосы в специальном исполнении — до 450 °C.

«Наши плунжерные насосы 1979 года выпуска в Норильске до сих пор работают на родных подшипниках», — делится опытом Алексей Савочкин.

Ещё одним важным преимуществом этого вида насосов является способность работать с жидкостями с высокой вязкостью, пульпой, жидкостями с большим содержанием взвешенных частиц. Наконец, немаловажно, что они потребляют меньше электроэнергии, чем центробежные насосы.

«Плунжерные насосы — это классика. Да, у них есть свои минусы. Но с новыми технологиями, материалами, программно-инженерными комплексами, которые могут просчитать ресурс оборудования, их все возможно минимизировать или полностью исключить», — считает Алексей Савочкин.

Поэтому едва ли стоит утверждать, что плунжерные насосы сегодня устарели. Но жизнь не стоит не месте, технологии, которые ещё вчера казались актуальными, сегодня уже отправились на «свалку истории». Какой резерв для модернизации у плунжерных насосов? Готовы ли они отвечать новым вызовам?

Вектор прогресса

Сам принцип работы плунжерного насоса известен давно, и вряд ли его удастся принципиально улучшить. Но прогресс идёт по линии точечных усовершенствований. И у многих компаний есть наработки для повышения эффективности плунжерных насосов.

Слабым местом любого насоса являются уплотнения движущихся частей. Однако за последние годы технологии сделали здесь большой шаг вперёд. Новые системы уплотнений обеспечивают от 8 000 до 15 000 часов непрерывной работы плунжерных насосов, рассказывает Клаус Калмбах.

В свою очередь компания Pleuger помимо инжиниринга конструкции узлов и деталей ведёт активную работу над подбором материалов. Так, для работы коррозионно-активной среде производитель применяет специальные высококачественные нержавеющие стали, а в отдельных случаях использует керамические плунжеры.

Для изготовления клапанных пар используются титановые сплавы. Чтобы плунжерные уплотнения и клапаны работали дольше, в ход идут современные износостойкие полимерные композиты. В производстве применяются современные покрытия: от карбида кремния до высокоскоростного газового напыления.

Олег Смирнов считает, что при модернизации плунжерного насоса основной акцент следует сделать на надёжности и герметичности агрегата. Снизить механическое трение можно за счёт усовершенствования узлов уплотнений и упрощения конструкции кривошипно-шатунного механизма.

А применение «развязки» между плунжером и ползуном не только уменьшит трение, но и позволит снизить вероятность перекосов по оси их движения. Ещё одной мерой, способной улучшить конструкцию плунжерного насоса специалисты завода «Ареопаг» считают снижение «перетечек» путём применения твердосплавных, а также сдвоенных клапанных пар и использование герметичного кронштейна со сбором утечек химических реагентов.

Таким образом, несмотря на то, что базовый принцип работы плунжерного насоса остаётся неизменным, его конструкция постоянно совершенствуется. Конечно, сложно ожидать, что они захватят лидирующие позиции на рынке нефтяных насосов и вытеснят свои электроцентробежные аналоги. Однако широкие возможности использования плунжерных насосов, дают им гарантии того, что им найдётся применение в нефтедобывающей промышленности. Пусть даже это будет и не непосредственно откачка нефти из недр земли, а сопутствующие задачи.

Олег Смирнов, главный инженер проектов ООО «ЗДТ «Ареопаг»

«Специалисты нашего предприятия видят будущее за современными мембранными агрегатами, отличающимися абсолютной герметичностью по перекачиваемой среде.

В технологиях добычи, переработки, хранении, транспортировки газового конденсата и других сред большого объёма с высоким давлением широкое применение нашли трехплунжерные мембранные насосные агрегаты с гидроблоками 6-го поколения. Данное оборудование, производимое ООО «ЗДТ «Ареопаг», является инновационным, не имеющим аналогов в России, и уже имеет положительный опыт применения при разработке газоконденсатных месторождений».

Клаус Калмбах, проектный менеджер по водной гидравлике компании Wepuko Pahnke GmbH

«Существенным преимуществом плунжерных насосов является высокий КПД (у насосов Wepuko Pahnke не менее 98%), что позволяет увеличить рентабельность нефтяных месторождений.

Добавим к перечисленному выше возможность создания плунжерными насосами практически любого давления и получаем высокотехнологичный, надёжный и энергоэффективный насос».

Алексей Савочкин, технический директор ООО «Плойгер Индастриз Рус»

«С применением современных программно-инженерных комплексов появилась возможность моделировать все процессы, происходящие в оборудовании, прогнозировать и, следовательно, предотвращать либо максимально снижать вероятность отказа узлов оборудования.

В частности, в нашей компании для проектирования используется программно-инженерный комплекс «Инвентор» (продукт всемирно известной экспертной Компании Autodesk), в котором возможно, изменяя конструкцию узлов, моделировать различные условия работы и ресурса оборудования, в данном случае плунжерных насосов, при различных эксплуатационных условиях».

Текст: Андрей Халбашкеев

Спонсор статьи

ООО «Плойгер Индастриз Рус»

www.pleugerindustries.com
moscow@pleugerindustries.com
Тел. + 7 495 517 93 95
119311, г. Москва, Проспект Вернадского, 8а

На правах рекламы