行业资讯

По мере смещения акцентов в глобальной разведке и разработке нефти и газа структура ресурсов претерпевает поляризацию в сторону сланцевых углеводородов (сверхнизкая проницаемость) и тяжёлой нефти/битуминозных песков (сверхвысокая вязкость). Несмотря на их кардинально различную геологическую природу, оба типа сталкиваются с одним и тем же ключевым инженерным ограничением: быстрое нелинейное истощение пластовой энергии и сложные реологические характеристики многофазных флюидов. В данном отчёте анализируется логика технологических итераций систем искусственного подъема (Artificial Lift Systems, ALS) в данном контексте. Анализ показывает: в области нетрадиционных сланцев газлифт (Gas Lift) утвердил доминирующее положение благодаря своей адаптивности к высокому газовому фактору (GOR) и переменным режимам работы; в области термических методов добычи тяжёлой нефти технологическая конкуренция сосредоточена на термостойкости, износо/коррозионной стойкости и эффективности транспортировки высоковязких флюидов. Традиционные штанговые насосы (SRP) и погружные центробежные электронасосы (ЭЦН, ESP) имеют существенные физические ограничения в экстремальных условиях, в то время как новые объёмные насосы, представленные полностью металлическими винтовыми насосами (AMPCP), демонстрируют превосходную реологическую адаптивность. Будущий путь эволюции технологий подъема чётко указывает на «бесштанговые, прямоприводные, интеллектуальные» системы — преодоление узких мест в эффективности механической передачи и достижение оптимальной эффективности в течение всего жизненного цикла за счёт глубокой интеграции забойных систем с постоянными магнитами и прямого привода с адаптивными алгоритмами.

01、 Качественное изменение ресурсной базы и позиционирование систем подъема

Глобальная нефтегазовая отрасль переживает стратегический переход от структурных ловушек к литологически и флюидно-сложным коллекторам, что переопределяет ключевую ценность систем искусственного подъема.

1.1 Нетрадиционные коллекторы:

Сущность разработки сланцевых углеводородов заключается в преодолении предела проницаемости матрицы (<0.1 мД). Хотя многостадийный гидроразрыв пласта (ГРП) в горизонтальных скважинах позволяет создавать сеть искусственных трещин, кривые падения дебита демонстрируют типичную гиперболическую характеристику, с падением в первый год часто до 60–80%.

• Пластовое давление падает экспоненциально после окончания «обратной откачки», период естественного фонтанирования крайне короток.

• Системы искусственного подъема превратились из вспомогательного средства в период стабильной добычи в ключевой актив производительности. Их первоочередная задача — максимально вытеснить жидкость из ствола скважины в условиях низкого забойного давления (Bottomhole Flowing Pressure, BHFP), снизить нагрузку от уровня жидкости, тем самым поддерживая пропускную способность сети трещин.

1.2 Термические методы добычи тяжёлой нефти (Сложная реология и многофазный поток)

Хотя коллекторы тяжёлой нефти/битуминозных песков обладают обычными фильтрационно-ёмкостными свойствами (ФЕС), вязкость флюида чрезвычайно высока (>1000 сП до десятков миллионов сП). Термические методы добычи (CSS/SAGD) снижают вязкость за счёт фазового перехода и теплопередачи, но создают проблемы высоких температур (>250°C) и многофазного потока.

• Длинные горизонтальные участки приводят к значительным потерям на трение по стволу, ускоряя достижение нефтью давления насыщения и выделение газа, а на поздних стадиях термического воздействия возникает серьёзное прорывное проникновение пара. Пластовой энергии недостаточно для поддержания экономически viable скорости потока высоковязкого флюида.

• Системы искусственного подъема сталкиваются с жёсткими вызовами. Они должны не только обладать экстремальной термостойкостью, но и сохранять объёмный КПД в сложных многофазных потоках, содержащих песок, пар и эмульсии.

02、Анализ адаптивности основных технологий подъема и предельных условий эксплуатацииВ зависимости от различий в свойствах флюида и условиях в стволе скважины на рынке сложились чётко разграниченные технологические ландшафты.

2.1 Лёгкая нефть и нетрадиционные углеводороды:

• В скважинах лёгкой и сланцевой нефти, где подвижность флюида хорошая, основное внимание уделяется резким колебаниям дебита и изменению газового фактора (GOR).

• Газлифт (Gas Lift), благодаря отсутствию подвижных забойных элементов, отличной газонесущей способности и адаптивности к сильно искривлённым стволам, уже составляет более 40% рынка в сланцевых регионах Северной Америки (Baker Hughes, 2023).

С учётом экономики и управления жизненным циклом, на рынке сформировалась зрелая логика выбора:

1. Начальная стадия обратной откачки (высокий дебит, песок): Использование гидроструйных насосов или ЭЦН большой производительности для быстрого обезвоживания.

2. Период стабильной добычи и падения: Газлифт становится предпочтительным выбором, уравновешивая возможности обработки газа и операционные расходы (OpEx).

3. Традиционные винтовые насосы с эластомерным статором (PCP) имеют ограниченное применение из-за набухания резины статора в средах с высоким содержанием ароматических углеводородов и газа, а также риска быстрого газового разложения (Rapid Gas Decompression, RGD).

2.2 Термическая добыча тяжёлой нефти:

Высокая температура, высокая вязкость и высокое содержание песка являются тремя основными ограничивающими факторами для искусственного подъема при термических методах.

Таблица 2-1 Сравнение пределов основных технологий подъема в термической добыче тяжёлой нефти

Анализ:

SRP (Штанговый насос): В паронагнетательных скважинах деформация насосной трубы из-за теплового расширения/сжатия и «отсос» из-за «прорыва пара» приводят к крайне малой наработке на отказ (в некоторых случаях всего 40–50 дней), серьёзно влияя на коэффициент эксплуатации (Run Life).

ЭЦН (ESP): Хотя и показывает приемлемые результаты в добывающих скважинах SAGD (в основном конденсат, низкая вязкость), её эффект сдвигового эмульгирования является фатальным недостатком в регионах с высоковязкой нефтью. Кроме того, высокий пусковой момент для вязких флюидов оказывает огромное воздействие на двигатель.

AMPCP (Полностью металлический винтовой насос): Представленный такими технологиями, как у компании PCM, с использованием полностью металлического профиля статора и ротора, полностью решает проблему высокотемпературного отказа эластомерного статора.

Данные: В сопоставимых условиях на термическом месторождении в Омане AMPCP установил рекорд в 9000 часов (>1 год) без ремонта, продемонстрировав на порядок большую надёжность по сравнению с ЭЦН в тех же условиях (средний срок службы 2.5 месяца). Ключевым моментом является использование перекачиваемого флюида для формирования динамической смазочной плёнки, поддерживающей стабильный объёмный КПД при высоком противодавлении и высокой вязкости.

03、Взгляд в будущее: Интеграция систем и бесштанговая революция

Столкнувшись с более сложными условиями добычи в будущем, развитие технологий искусственного подъема эволюционирует не просто за счёт улучшения отдельных типов насосов, а в сторону революции в способах привода и интеллектуализации систем.

3.1 Бесштанговые системы

Эксцентричный износ штанг и труб, низкая эффективность передачи в традиционных штанговых системах (SRP/Штанговый PCP) — это узкие места, обусловленные их физической структурой. Сравнительный анализ на основе базы данных по сотням скважин выявляет преимущества бесштанговых систем подъема:

• Устранение потерь на механическую передачу и трение в колонне штанг повышает общую эффективность системы (System Efficiency) в среднем на 30%.

• Забойный двигатель совершает работу напрямую, что приводит к снижению среднесуточного потребления электроэнергии на 41% и оптимизации установленной мощности двигателя на 45%.

• Полное устранение отказов из-за эксцентричного износа штанг и труб увеличивает средний межремонтный период на 100% (с 200 до 400 дней).

• Интеграция забойных многопараметрических датчиков (давление, температура, вибрация), отказ от зависимости от задержанных «вторичных» параметров, получаемых с поверхности.

3.2 Специфичный насос + Погружной привод на постоянных магнитах

Будущие основные конфигурации будут отличаться модульной интеграцией:

• Силовая часть: Погружной синхронный двигатель с постоянными магнитами (PMM). По сравнению с асинхронными двигателями, PMM обладает более высокой удельной мощностью, более широким диапазоном регулирования скорости и более высоким КПД, что делает его идеальным выбором для высокотемпературного забойного привода.

• Гидравлическая часть: Высокоэффективный объёмный насос. В сочетании с характеристиками PMM — низкая скорость, высокий крутящий момент — идеально соответствует требованиям по подъему из высоковязких коллекторов.

3.3 Интеллектуализация: От «слепой работы» к «восприятию»

Опираясь на данные в реальном времени, системы могут использовать адаптивные алгоритмы для автоматической регулировки скорости/числа ходов, достижения соответствия притока и отбора (Inflow-Outflow Performance Match) и прогнозирования отказов, реализуя эффективные режимы добычи без постоянного присутствия оператора.

Справочная литература

Всеобъемлющий обзор и оптимизация методов искусственного подъема в нетрадиционных

Интегрированный подход к выбору искусственного подъема в течение всего срока службы для добычи нефти из плотного или сланцевого масла

Всеобъемлющий обзор применения систем искусственного подъема в тесных формациях

Разработка показателя состояния AMPCP

Полевые характеристики и технологическое обновление всех металлических прогрессирующих полостей

Инновационные решения в технологиях PCP, улучшение жизни с помощью

Производство сланцевой нефти с помощью искусственного лифта без штангов, тематическое исследование

Исследование и применение предсказания износа труб штанга и антиизноса

Милководная горизонтальная колодца циклическая стимуляция пара в кластическом неконсолидированном

Успешное применение технологии металлической ПХП для максимального восстановления нефти

Успешное применение полнометаллической ПХП в CSS и Steam Flood для разблокировки