CC BY
21ДОБЫЧА
УДК 622.276.53.054
Д.А. Широков, ведущий инженер, ОАО «Газпром промгаз», e-mail: [email protected]
ВОЗМОЖНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ СКВАЖИН ПО ДОБЫЧЕ МЕТАНА ИЗ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ В РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
В связи с последними событиями в Кемеровской области: взрывом на шахте «Распадская», самой благополучной шахте Российской Федерации. Эта трагедия унесла из жизни десятки людей и сотни получили ранения разной тяжести. Снова стала актуальной проблема заблаговременной дегазации и промышленной добычи метана. Хотелось так же написать, что добычей метана из угольных пластов в Кемеровской области занимается лишь дочерняя компания ОАО «Газпром», а заблаговременной дегазацией и вовсе - никто.
А ведь те затраты, которые пошли бы на заблаговременную дегазацию можно было бы окупить продажей самого метана, не было бы простоя шахт (следствие этого больший темп добычи угля), перевода техники, работающей на разрезах, на метан и т.д. Единственный, мною видимый, минус - это большие инвестиции и долгая окупаемость проекта. В феврале этого года, когда запускался первый промысел,который открывал Д.А. Медведев, казалась, что наша страна выходит на новый уровень безопасности горных работ, но, кроме ОАО «Газпром», ни один владелец крупных шахт России не заявил о своей готовности заняться промышленной добычей метана из угольных пластов или заблаговременной дегазацией. После небольшого вступления хотелось бы перейти к проблеме, которая обозначена в заголовке статьи, а именно: к оборудованию скважин по добыче метана из угольных пластов. Многолетний зарубежный опыт добычи метана из угольных пластов подтверждает, что характерной особенностью практически всех скважин для добычи метана из угольных пластов является необходимость в принудительном извлечении пластовой воды на поверхность при помощи тех или иных технических средств. Чаще всего для этой цели используются различные типы погружных насосов, спускаемых в ствол скважин на лифтовой колонне.
Наиболее часто используемыми типами скважинного насосного оборудования для откачки жидкости являются: УЭЦН, УЭВН, УЭДН, СШНУ, ШВНУ, УДШН и ГНУ. Рассмотрим преимущества и недостатки наиболее подходящих типов оборудования для откачки жидкости из скважин для добычи метана из угольных пластов.
УЭЦН (Рис. 1) имеют гибкую характеристику, хорошо подстраиваемую к изме-
ШЙ
1- погружной электрдвигатель;
2- центробежный насос с газосепаратором;
3-кабельная линия;
4-колонна НКТ;
5-хомуты крепления кабельной линии;
6-оборудование устья скважины;
7-станция управления;
8- повышающий трансформатор
Рис. - 1 Установка электроприводного центробежного насоса
няемым условиям работы скважин для добычи метана из угольных пластов. УЭЦН не требуют сложного и дорогого наземного оборудования. Наземное оборудование УЭЦН не требует постоянного обслуживания, имеет малую массу и возможность быстрого перемещения от одного объекта к другому. Современные станции управления УЭЦН позволяют не только проводить диагностику состояния системы «пласт -скважина - насосная установка», но и адаптировать характеристику УЭЦН к изменяющейся обстановке [2]. УЭЦН может использоваться в вертикальных, в наклонно-направленных, искривленных и горизонтальных скважинах. Ограничением использования УЭЦН в искривленных скважинах может служить максимальная деформация установки, при которой еще не происходит деформация, приводящая к быстрому износу и выходу оборудования из строя. По техническим условиям фирм-производителей УЭЦН, максимальный темп набора кривизны в месте размещения оборудования не должен превышать 0,05 градусов на 10 м, однако расчеты показывают, что при определенных соотношениях между диаметральными и осевыми размерами эксплуатационной колонны и УЭЦН темп набора кривизны, при котором оборудование будет надежно и эффективно работать, может составлять до 3 градусов на 10 м проходки.
\\ ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ \\
№ 6 \\ июнь \ 2010
Установки ЭЦН при дебитах свыше 200 м3/сутки имеют самый высокий КПД среди серийно выпускаемых скважинных насосных установок, что обеспечивает минимальные эксплуатационные затраты при откачке воды из скважин для добычи метана из угольных пластов. Фирмы-изготовители поставляют УЭЦН комплектно, что повышает их надежность и эффективность. Основные фирмы-производители УЭЦН имеют мощные сервисные центры, которые обеспечивают поставку, внедрение, вывод на режим, обслуживание, гарантийный и послегарантийный ремонт оборудования.
Стандартные установки электроприводных винтовых насосов могут успешно применяться для откачки пластовой воды из вертикальных, искривленных, наклонно-направленных и горизонтальных скважин при температуре пластовой воды до 70 °С и содержании механических примесей (угольной пыли, песка, окалины и т.д.) до 0, 4 г/л. При этом подача воды не должна превышать 250 м3/сутки [2].
Возможности применения установок электроприводных диафрагменных насосов (УЭДН) для отбора воды из скважин для добычи метана из угольных пластов не рассматривались в связи со следующими соображениями:
1. стандартные УЭДН выпускаются на подачи до 20 м3/сутки, что значительно меньше, чем планируемые отборы воды из скважин;
2. стандартные УЭДН не могут работать при наличии свободного газа в откачиваемой жидкости в количестве бо-
лее 10%, что нереально при дегазации угольных месторождений [2]. Установки штангового винтового насоса (УШВН) нашли широкое применение в нефтяной промышленности для откачки различных объемов пластовой жидкости с разными физическими свойствами. В частности, УШВН хорошо себя зарекомендовали при работе в наклонно направленных скважинах, при значительных изменениях дебитов скважин (от 5 до 1000 м3/сутки), при откачке пластового флюида с большим содержанием свободного газа и механических примесей (Рис. 2). При этом винтовые штанговые установки имеют высокий КПД, т.е. являются энергосберегающим оборудованием. Главные «враги» УШВН -высокие пластовые температуры, наличие в откачиваемой жидкости ароматических углеводородов и сероводорода -при работе в метановых скважинах отсутствуют, что позволяет рекомендовать этот вид оборудования для дегазации угольных пластов. Удачным это оборудование является и с точки зрения возможности регулирования подачи: для изменения подачи необходимо провести несколько несложных операций. Еще одним положительным фактором является достаточно малая масса наземного оборудования и возможность размещения этого оборудования непосредственно на устье скважины.
Стандартные установки скважинных штанговых насосов могут успешно применяться для откачки пластовой воды из вертикальных, искривленных и наклонно-направленных скважин при следующих условиях:
1-приводной двигатель, 2-приводная головка, 3-отвод, 4-превентор, 5-трубная головка, 6-полированный шток, 7-штанга, 8-центратор, 9-ротор, 10-статор, 11-палец
Рис. 2 - Установка штангового винтового насоса
Компания Ríken Keíki
, Япония,
представляет новый прибор в семействе переносных гозоанал и заторов Riken - модель GX-8000 но 4 газа, 5 диапазонов измерения. GX-8000 устанавливает новый стандарт для защищенных портативных го зоа ноли зато ров. Корпус прибора необычайно прочен, обеспечивает защиту от влаги и пыли по современным стон до ртам, гарантируя безопасность сотрудников на опасном производстве.
«ТАИ РИКУ ТРЕЙДИНГ» -ЭКСКЛЮЗИВНЫЙ ДИСТРИБЬЮТЕР «РИКЕН КЕЙКИ»
Продажи и сервис в РФ ведет ООО «Тайрику Москва ЛТД»
119049, Москва, 4-й Добрынинский пер., д. 6 Тел.: + 7 (495) 137 Т в82, 237 1926
Ж
RIKEN KFIKI
www. ta i rite и. i ni о
Факс:+7 (495)931 9947
ДОБЫЧА
1. угол отклонения оси скважины от вертикали в месте установки штангового насоса - не более 40°;
2. темп набора кривизны по длине скважины не более 1,5 градусов на 10 м проходки;
3. количество механических примесей в откачиваемой воде не более 1,5 г/литр;
4. максимальный дебит по жидкости при глубине подвески насоса в 1000 м составляет:
• для механического средне ходового привода - до 100 м3/сутки;
• для длинноходового привода мачтового типа или цепного привода - до 300 м3/сутки;
5. температура пластовой воды - до 130 °С;
6. для увеличения эффективности работы скважинных штанговых насосных установок рекомендуется использовать не плунжерные, а поршневые штанговые насосы.
7. для увеличения сроков службы штанговых колонн рекомендуется использовать даже в вертикальных скважинах штанговые центраторы скольжения или качения. Для некоторых условий эксплуатации рекомендуется применять комбинированные колонны штанг: нижняя часть (до 30%) - стеклопластиковые штанги, верхняя - стальные штанги;
8. для обеспечения больших дебитов (свыше 100 м3/сутки) рекомендуется применять непрерывные канатные штанги в сочетании с длинноходовыми механическими приводами и длинно ходовыми поршневыми насосами [3]. Применение стандартных гидроприводных насосных установок (гидропоршевых и струйных) для откачки пластовой воды из наклонно-направленных скважин для добычи метана из угольных пластов технически возможно, но вряд ли целесообразно по следующим причинам:
1. большая масса, занимаемая площадь, высокая стоимость и большие затраты на эксплуатацию наземного оборудования;
2. необходимость использования в скважине либо двух колонн НКТ (большая металлоемкость и стоимость), либо одной колонны НКТ с пакером (проблемы с исследованиями скважин и невозможность отбора газа из-под пакера);
3. необходимость постоянной подачи в рабочую жидкость химических до-
1 - электродвигатель; 2 - вал; 3 - насос; 4 - гидролинии; 5 - лебедка; 6 - гидромотор; 7 - мачта;8 - контргруз; 9, 10 - канат; 11 - траверса;
12 - полированный шток;
13 - устьевой сальник;
14 - колонна штанг;
15 - НКТ; 16 - цилиндр насоса; 17 - плунжер; 18 - фильтр скважины
- Ji-Josv-»SrtSi.v'
Рис. 3 - длинноходовой привод сшнУ мачтового типа
бавок для обеспечения её незамерзания в зимний период, для устранения возможности образования гидратных пробок, для обеспечения смазывающей способности при использовании гидропоршневых насосных агрегатов; 4. достаточно низкий общий КПД гидроприводных насосных установок, особенно при использовании струйных скважинных насосов, который может опускаться до 5-7% (КПД приводного электродвигателя 0,85; КПД силового наземного насоса - 0,75; КПД системы подготовки рабочей жидкости - 0,9; КПД циркуляционной системы - 0,9; КПД струйного насоса - 0,2. При этом максимальный общий КПД = 0,85 х
0.75.х 0,9 х 0,9 х 0,2 = 0,1033)[4].
из перечисленного выше можно сделать следующие выводы:
Для подъема значительных объемов (до 100-300 м3/сутки) пластовой воды из углеметановых вертикальных и наклонно-направленных скважин с глубинами до 1000 м наиболее подходят по технико-экономическим показателям три вида скважинного насосного оборудования:
1. установки электроприводых центробежных насосов (УЭЦН);
2. установки штанговых винтовых насосов (УШВН);
3. установки длинноходовых штанговых насосов с мачтовыми или цепными приводами (УДШН - рис. 3);
Все указанные установки имеют примерно равные КПД и отличаются, в первую очередь, наличием или отсутствием сложного наземного оборудования, тре-
бующего постоянного обслуживания. При необходимости уменьшения затрат на обслуживание наземного оборудования предпочтительнее выглядят УЭЦН, однако их подземный ремонт и обслуживание погружного агрегата и кабеля требуют создания соответствующей инфраструктуры. Использование установок с поверхностным приводом (УШВН и УДШН) приводит к увеличению эксплуатационных затрат на обслуживание, но снижает затраты на проведение подземных ремонтов и ремонтные работы, связанные с погружным оборудованием. Определение конкретных типоразмеров наземного и скважинного оборудования для откачки пластовой воды из скважин для добычи метана из угольных пластов, для соответствующих условий эксплуатации рекомендуется проводить с помощью специальных программ подбора и оптимизации работы оборудования. Применение такой программы обеспечит наиболее точный подбор оборудования и его рабочих параметров и снижение издержек, связанных с капитальными и эксплуатационными затратами. Все то скважинное оборудование, которое мы рассмотрели выше в статье, производится на территории России. Следовательно, при реализации проектов промышленной добычи метана из угольных пластов и дегазации шахт мы будем поддерживать наши отечественные заводы, и наши отечественные специалисты будут заняты разработками новых технологий и новых оборудований для новой отрасли ТЭК России. Пусть будет промышленная добыча и дегазация метана в России.
Литература:
1. Ивановский В.Н., Дарищев В.И., Каштанов В.С. и др. Учебник для ВУЗов «Не-фтегазопромысловое оборудование». М.: ЦентЛитНефтеГаз, 2006.
2. Ивановский В.Н., Дарищев В.И., Каштанов В.С. и др. Учебное пособие для ВУЗов «Оборудование для добычи нефти и газа». М.: Нефть и газ, 2002. Часть I
3. Ивановский В.Н., Дарищев В.И., Каштанов В.С. и др. Учебное пособие для ВУЗов «Оборудование для добычи нефти и газа». М.: Нефть и газ, 2003. Часть II.
4. Ивановский В.Н., Мерициди И.А. Конспект лекций «Газонефтепромысловое оборудование». М.: РГУ нефти и газа, 2005. Ключевые слова: Метан, добыча, угольный пласт, наклонно-направленная скважина, подземное оборудование
