Сокращение энергопотребления и снижение соответствующих затрат при добыче нефти являются одной из ключевых задач Стратегии ТНК-ВР по повышению эффективности механизированной добычи. И это неслучайно: на подъем жидкости приходится более половины от общего объема электроэнергии, потребляемой во всей Компании. Таким образом, реализация проекта повышения энергоэффективности механизированной добычи внесет весомый вклад в решение одной из приоритетных задач ТНК-ВР – повышение общей энергоэффективности производства.
На долю механизированной добычи приходится около 58% от общего энергопотребления в Компании, а в структуре затрат на добычу жидкости стоимость электроэнергии, питающей насосное оборудование, составляет 30-35%. Однако до недавнего времени проблеме повышения энерго эффективности этих процессов внимания практически не уделялось – в первую очередь, это объясняется низкой стоимостью электроэнергии на тот момент и, соответственно, незначительной долей затрат на ее приобретение относительно общих затрат на подъем жидкости.
В то время энергоэффективное оборудование на месторождениях Компании практически не применялось, так как оно либо вообще не окупало затрат на приобретение, либо срок окупаемости не соответствовал требованиям ТНК-ВР. Ключевым критерием при закупке оборудования была наименьшая стоимость, что также не способствовало заинтересованности отечественных заводов в разработке энергоэффективного оборудования для механизированной добычи. Помимо этого, в последние пять лет в Компании проводились широкомасштабные работы по увеличению отборов жидкости и снижению забойного давления, однако выбору оптимального режима работы установок электроцентробежных насосов (УЭЦН) для обеспечения максимального коэффициента полезного действия (КПД) и наименьшего энергопотребления должного внимания не уделялось.
В результате на момент начала проекта повышения энергоэффективности механизированной добычи в 2009 году многие спущенные УЭЦН были укомплектованы погружными электродвигателями (ПЭД) завышенной мощности, насосами с низким КПД и завышенным напором, кабелем необоснованно малого сечения, что и является причиной высокого энергопотребления на механизированных скважинах Компании.
Всесторонний анализ ситуации
Для определения необходимых мероприятий по снижению энергопотребления в ТНК-ВР специалисты отдела механизированной добычи Департамента внутрискважинных работ БН «Разведка и Добыча» провели оценку применяемых в Компании технологий энергосбережения и выявили следующие критические недостатки:
недостаточный уровень компетентности технологов цехов добычи нефти и газа в вопросах подбора (дизайна) подземного оборудования с наименьшим энергопотреблением: специалисты не были обучены методам снижения потребления электроэнергии при эксплуатации механизированных скважин и, не имея необходимых знаний и опыта, на практике не предпринимали почти никаких действий;
несовершенный механизм закупки оборудования, не учитывавщий критерий энергоэффективности (не принимались во внимание такие преимущества как, например, больший КПД);
отсутствие методических рекомендаций, инструкций и регламентов по снижению энергопотребления на механизированных скважинах;
отсутствие в достаточном количестве узлов УЭЦН для комплектации с учетом достижения максимального энергосбережения: комплектация УЭЦН на сервисной базе производилась по стандартной компоновке, а не индивидуально с учетом условий и режимов по каждой скважине;
применение оборудования и технологий с низкой энергоэффективностью: например, сегодня многие малодебитные скважины эксплуатируются УЭЦН производительностью 15-30 м3 в сутки с низким КПД, хотя при эксплуатации этих же скважин с помощью установок штанговых глубинных насосов (УШГН) экономия энергопотребления могла бы составить 30-40%. Кроме того, был также просчитан потенциал энергосбережения по каждому узлу УЭЦН и произведена технико-экономическая оценка возможных мероприятий.
По результатам этого анализа было установлено, что на первоначальном этапе наиболее эффективными являются следующие технико-организационные мероприятия:
подбор энергосберегающего дизайна УЭЦН для каждой скважины, контроль и мониторинг соответствия комплектации спускаемого оборудования выбранному дизайну;
увеличение сечения кабеля до экономически обоснованного предела;
в качестве комплектующих будет применяться труба медная, купить которую придётся в ТД "Партнер";
увеличение диаметра насосно-компрессорной трубы (НКТ) на высокодебитных скважинах до экономически обоснованного предела;
в ряде случаев – уменьшение глубины спуска УЭЦН;
в ряде случаев – увеличение загрузки ПЭД;
по возможности – применение ПЭД с повышенным напряжением;
исключение случаев необоснованного применения газосепараторов;
увеличение доли закупки УЭЦН с повышенным КПД, в том числе с увеличенным габаритом;
перевод малодебитных скважин с УЭЦН на альтернативные, более энергоэффективные способы добычи.
Простые, но эффективные решения
По оценкам специалистов, наиболее эффективным и наименее затратным среди предложенных мероприятий является подбор энергосберегающего дизайна УЭЦН, то есть оптимальный с точки зрения энергоэффективности и экономической целесообразности подбор узлов УЭЦН. Залогом будущего энергосбережения станут точность расчетов и контроль соответствия комплектации выбранным параметрам, ведь после спуска в скважину УЭЦН, как правило, остается неизменной вплоть до отказа или проведения геолого-технических работ на скважине и будет потреблять то количество электроэнергии, которое было заложено на этапе комплектации.
В помощь технологам цехов добычи был разработан специальный процесс выполнения энергосберегающего дизайна УЭЦН, основанный на применении программы SubPump и расчете границ экономически обоснованного применения оборудования, который позволяет последовательно комплектовать УЭЦН узлами с наименьшим возможным энергопотреблением.
Новый процесс уже нашел применение на нескольких предприятиях Компании. Так, в октябре 2009 года пилотный проект по снижению энергопотребления методом энергосберегающего дизайна УЭЦН стартовал в СНГДУ-2, в декабре 2009 года аналогичный проект был запущен в ОАО «Самотлорнефтегаз», а в августе 2010 года – в ОАО «ТНК-Нижневартовск». Каждый из проектов проходил в три этапа: на первом была проведена оценка применяемых технологий энергосбережения, на втором – отработаны технологии по дизайну УЭЦН с наименьшим энергопотреблением, а на третьем – начато обучение технологов цехов добычи самостоятельному выполнению расчетов. Все три проекта показали прекрасные результаты как с технической, так и с экономической точек зрения: снижение удельного энергопотребления на добычу 1 м3 жидкости по 893 скважинам составило в среднем 21%. Принимая во внимание этот успех, проекты по внедрению энергоэффективных дизайнов УЭЦН было решено внедрить и в других целевых дочерних обществах (ЦДО) Компании, для чего планируется провести обучение технологов цехов добычи методам подготовки энергосберегающих дизайнов УЭЦН. В перспективе этот способ снижения энергопотребления должен охватить большинство скважин ТНК-ВР – только в 2011 год на энергосберегающий режим планируется перевести 1 910 скважин.
Хорошо зарекомендовал себя и метод снижения энергопотребления за счет использования кабеля большего сечения. Проведенный в начале 2010 года технико-экономический анализ показал, что, с учетом экономической целесообразности, увеличение сечения кабеля позволит сократить энергопотребление на 77 760 тыс. кВтч на 2 000 скважинах Компании. В результате все ЦДО ТНК-ВР скорректировали заявки на закупку кабельной продукции (впервые был закуплен кабель сечением 21 мм2, значительно увеличены объемы закупки кабеля сечением 25 мм2 и 35 мм2) и уже приступили к комплектации УЭЦН кабелем большего сечения.
Аналогичная оценка потенциала была проведена и для метода увеличения диаметра НКТ с 73 мм до 89 мм на высокодебитных скважинах. Оказалось, что при существующем соотношении стоимости электроэнергии и стоимости НКТ, замену экономически целесообразно проводить при дебитах жидкости не меньше 450 м3 в сутки. На основании полученных расчетов подразделения Компании также начали работы по спуску НКТ большего диаметра на высокодебитных скважинах.
Все это – примеры простых и в то же время высокоэффективных способов снижения энергопотребления. На первом этапе проекта именно такие решения более целесообразны и экономически привлекательны, поскольку обеспечивают ощутимый эффект даже при минимальных инвестициях.
Новые энергоэффективные технологии
Изначально в рамках проекта по повышению энергоэффективности механизированной добычи внимание уделялось, в первую очередь, реализации организационно-технических мероприятий, а не внедрению новых энергоэффективных технологий. Причиной тому – отсутствие на тот момент четкого понимания и оценки технологической и экономической эффективности энергосберегающего добывающего оборудования. Напомним: целью проекта является не просто приобретение энергоэффективного оборудования и сокращение энергопотребления любой ценой, а именно снижение затрат на добычу нефти.
В настоящее время в ТНК-ВР проводится оценка энергетической и эконо мической эффективности целого ряда новых видов оборудования и технологий:
ЭЦН c повышенным КПД производства компаний Reda, «Новомет-Пермь» и «Борец»;
ПЭД с повышенным напряжением производства компаний «Алмаз», «Новомет-Пермь» и «Борец»;
интеллектуальные станции управления УЭЦН для снижения энергопотребления производства компаний «Электон», «Триол», «Орион»;
роторно-вихревые насосы с повышенным КПД производства ОАО «Завод Гидромаш»;
центробежные насосы водопроводные и канализационные от компании "Сантехника Марио": (перейти на сайт);
винтовые насосы с верхним приводом производства компаний Weatherford, Centrilift, Kudu и Netzsch.
Однако прежде чем приступить к тиражированию новых технологий, необходимо провести тщательную технико-экономическую оценку эффективности их применения, ведь, несмотря на высокий заявленный уровень энергоэффективности, на практике они не всегда оправдывают ожидания специалистов.
Прежде всего, это связано с тем, что при нынешнем соотношении стоимости электроэнергии и стоимости энергоэффективного оборудования его приобретение имеет, как правило, невысокие показатели окупаемости. Например, в научно-технической литературе широко описывался такой тип энергоэффективного оборудования как вентильные двигатели, эффективность которых по сравнению с традиционными двигателями декларировалась на уровне от 10% до 50%. Многие крупные российские нефтедобывающие компании сделали ставку на применение этого оборудования как основной технологии снижения энергопотребления. В течение нескольких лет ТНК-ВР также закупала вентильные двигатели в ограниченных количествах, однако до недавних пор статистика по оценке их энергоэффективности в Компании не велась. В начале 2010 года на скважинах ОАО «Самотлорнефтегаз» были проведены работы по определению эффективности вентильных двигателей в промысловых условиях, и в результате было установлено, что реальное снижение энергопотребления составляет в среднем всего лишь 7%. Учитывая повышенную стоимость вентильного двигателя и необходимость оснащения его специальной станцией управления (СУ), расчетный индекс доходности инвестиций (PI) при применении данного оборудования составил не более 1,3. Этот пример еще раз показывает, что применение любых новых энергосберегающих технологий и оборудования требует тщательной технико-экономической оценки перед началом тиражирования.
В частности, проекты применения ЭЦН с повышенным КПД выглядят довольно привлекательно с точки зрения сокращения энергопотребления, однако цена оборудования не всегда позволяет добиться приемлемых параметров экономической эффективности инвестиций.
А вот применение ПЭД с повышенным напряжением представляется весьма перспективным направлением: при минимальном увеличении стоимости рабочий ток и, следовательно, потери в кабеле снижаются на 40%, а потребление активной мощности при этом может сократиться на 4-6%.
Работы по испытанию ПЭД с повышенным напряжением производства ООО «Алмаз» сейчас проходят в ОАО «Варьеганнефтегаз»: снижение энергопотребления на первой УЭЦН, оборудованной таким двигателем, составило 6%. В настоящее время ведутся подготовительные работы по проектам испытания аналогичных ПЭД производства других заводов.
К относительно новым технологическим решениям относятся и интеллектуальные станции для управления УЭЦН, которые позволяют оптимизировать добычу нефти и при этом добиться снижения потребления электроэнергии. С 2008 года в ООО «ТНК-Уват» проходят испытания интеллектуальных станций СПКУ (стабилизатор притока с контролем уровня) производства ООО «ИНТЭС». Поскольку основной целью испытаний являлось рассмотрение возможности увеличения межремонтного периода (МРП) оборудования и наращивания добычи нефти, анализ энергопотребления был проведен не в полном объеме. Работы по уточнению энергоэффективности нового оборудования намечены на 2011 год.
Что касается роторно-вихревых насосов, то их эффективность применения пока остается под вопросом. КПД этих насосов в среднем на 5% выше, чем у применяемых сегодня ЭЦН, однако они заметно дороже и к тому же не показали достаточной надежности при опытной эксплуатации в 2008-2009 годах. Чтобы получить полное представление об их энергоэффективности, необходимо внести необходимые конструктивные изменения и провести дополнительные промысловые испытания.
Неоднозначные результаты показало и использование винтовых насосов с вентильным приводом производства ООО «Производственная компания «Борец». С одной стороны, это оборудование характеризуется высокой энергоэффективностью, но с другой – пока не является достаточно надежным. На 2011 год в Компании запланированы испытания винтовых насосов с нижним приводом производства компаний Centrilift и Netzsch, а также испытания винтовых насосов с верхним приводом нескольких зарубежных производителей. Предварительные расчеты показывают очень высокую энергетическую эффективность последних, однако пока не ясно, смогут ли они конкурировать с УЭЦН по продолжительности работы в условиях Западной Сибири.
Заглядывая вперед
Представлены основные мероприятия по повышению энергоэффективности на механизированном фонде скважин, запланированные на 2011-2013 годы. Их реализация позволит Компании значительно сократить энергопотребление – на 715 738 тыс. кВтч в год или на 9,9% от общего энергопотребления на добычу жидкости механизированным способом. Однако помимо применения энергоэффективного оборудования и технологий, требуется разработать целый ряд методик по выявлению и реализации потенциалов энергосбережения на скважинах механизированного фонда. Примером такой методики стала программа, разработанная экспертами кафедры машин и оборудования Российского государственного университета нефти и газа им. И.М. Губкина специально для ТНК-ВР.
Эта программа позволяет определять потенциалы энергосбережения на основании данных технологического режима и дополнительных данных по типу спущенного оборудования и электрическим параметрам его работы. Пробный расчет, проведенный по группе из 233 скважин Самотлорского месторождения, показал наличие теоретического потенциала энергосбережения в объеме 16,9%. В настоящее время ведутся работы по тестированию и отладке программы – планируется, что в 2011 году она будет использоваться во всех ЦДО Компании для выявления и последующей реализации потенциалов энергосбережения, а также формирования мероприятий по снижению энергопотребления.
Серьезной проблемой при оценке фактической эффективности мероприятий по снижению энергозатрат является отсутствие средств прямого учета электроэнергии в станциях управления УЭЦН и УШГН. Косвенные замеры, которые можно производить существующим парком СУ, имеют погрешность измерения около 7%, что в большинстве случаев превышает эффект от планируемых мероприятий. Таким образом, остро встает вопрос о необходимости перехода на стации управления УЭЦН со встроенными счетчиками электроэнергии.
Таким образом, в области повышения энергетической эффективности механизированной добычи в ТНК-ВР проделана большая работа: организованы рабочие группы, сформированы программы мероприятий в каждом ЦДО, определены темпы снижения удельного энергопотребления на механизированную добычу по предприятиям и Компании в целом. Так, за три года планируется добиться снижения данного показателя на 5,3% – с 12,46 до 11,80 кВтч на 1 м3; в абсолютном выражении экономия составит $75,3 млн. И хотя работа по повышению энергоэффективности механизированной добычи началась в Компании совсем недавно, это направление имеет большие перспективы и, несомненно, внесет свой вклад как в реализацию программы энергосбережения, так и в сокращение затрат на добычу нефти.
