Современная нефтегазовая и перерабатывающая промышленность предъявляет высокие требования к оборудованию, используемому для транспортировки и переработки углеводородного сырья. Одной из ключевых задач является перекачивание сложных по составу сред, которые могут включать нефть, воду, газ и механические примеси. Такие среды характеризуются широким диапазоном вязкостей, изменчивыми физико-химическими свойствами и нестабильными режимами потока.
В этих условиях особое значение приобретают мультифазные насосы, способные эффективно работать с газожидкостными смесями. Среди них заметное место занимают двухвинтовые мультифазные насосы, предназначенные для перекачивания жидкостей в широком диапазоне вязкостей, включая нефть, продукты её переработки и газоводонефтяные смеси с высоким содержанием газа - до 90 %. Такие насосы нашли широкое применение в системах перекачивания нефти и газа на нефтяных месторождениях, в магистральных трубопроводах, на нефтеперерабатывающих предприятиях и в других отраслях промышленности.
Общие сведения о мультифазных насосах
Мультифазными называют насосы, предназначенные для транспортировки сред, состоящих из нескольких фаз - как правило, жидкой и газовой, а иногда и твёрдой. В нефтегазовой отрасли под мультифазной средой чаще всего понимают смесь нефти, воды и попутного нефтяного газа, поступающую непосредственно из скважин.
Использование мультифазных насосов позволяет отказаться от предварительного разделения фаз на кустовых или промысловых установках, что упрощает технологическую схему, снижает капитальные и эксплуатационные затраты, а также повышает общую надёжность системы сбора и транспорта продукции скважин.
Двухвинтовые насосы относятся к объёмным насосам и являются одной из наиболее распространённых разновидностей мультифазного оборудования. Их конструктивные особенности обеспечивают стабильную работу при высоком газосодержании, переменной вязкости и наличии примесей.
Конструкция и принцип работы двухвинтовых насосов
Основным элементом двухвинтового насоса являются два винта (ротора), вращающиеся синхронно в корпусе насоса. Винты имеют специальный профиль, который обеспечивает образование замкнутых рабочих полостей. При вращении винтов эти полости перемещаются от всасывающей зоны к напорной, перенося перекачиваемую среду без значительного изменения её структуры.
Синхронизация вращения винтов осуществляется с помощью зубчатой передачи, расположенной вне рабочей камеры. Это позволяет исключить контакт винтов между собой и снизить износ, что особенно важно при работе с абразивными или неоднородными средами.
Принцип работы двухвинтового насоса основан на объёмном вытеснении. Каждая порция среды захватывается между витками винтов и корпусом, а затем перемещается вдоль оси насоса. Такой принцип обеспечивает равномерный поток без значительных пульсаций давления, что положительно влияет на устойчивость работы трубопроводных систем.
Работа с широким диапазоном вязкостей
Одним из ключевых преимуществ двухвинтовых мультифазных насосов является способность перекачивать жидкости в широком диапазоне вязкостей. Это особенно актуально для нефтяной промышленности, где свойства перекачиваемой среды могут существенно изменяться в зависимости от температуры, состава и стадии технологического процесса.
Низковязкие среды, такие как лёгкая нефть или продукты нефтепереработки, перекачиваются без потери производительности и с высоким коэффициентом полезного действия. В то же время насосы эффективно работают с высоковязкими средами, включая тяжёлые и высокопарафинистые нефти, мазуты и другие вязкие нефтепродукты.
Объёмный принцип действия позволяет сохранять стабильную подачу независимо от вязкости, что выгодно отличает двухвинтовые насосы от центробежных аналогов, чувствительных к изменению реологических свойств среды.
Перекачивание газоводонефтяных смесей
Особое значение двухвинтовые мультифазные насосы приобретают при работе с газоводонефтяными смесями, содержащими значительное количество газа. Допустимое содержание газа в таких насосах может достигать 90 %, что делает их незаменимыми на ранних этапах добычи нефти и газа.
Конструкция винтов и форма рабочих полостей обеспечивают устойчивую транспортировку смеси без срыва подачи и кавитационных явлений. Газовая фаза равномерно распределяется в объёме рабочей камеры, не препятствуя перемещению жидкой составляющей.
Это позволяет использовать насосы непосредственно на устьях скважин или в системах кустового сбора продукции, минимизируя необходимость в установке газосепараторов и другого вспомогательного оборудования.
Применение в системах нефтяных месторождений
На нефтяных месторождениях двухвинтовые мультифазные насосы применяются в системах сбора и транспортировки продукции скважин. Они устанавливаются на кустовых площадках, в блочных насосных станциях и на промысловых трубопроводах.
Использование таких насосов позволяет повысить эффективность разработки месторождений, особенно на поздних стадиях, когда увеличивается обводнённость продукции и возрастает газовый фактор. Насосы обеспечивают стабильную перекачку даже при неустойчивых режимах притока и изменении состава смеси.
Кроме того, двухвинтовые насосы применяются для транспортировки продукции на значительные расстояния до центральных пунктов подготовки нефти, снижая количество промежуточных технологических операций.
Перекачивание товарной нефти в магистральных трубопроводах
В системах магистрального транспорта двухвинтовые насосы используются для перекачивания товарной нефти и нефтепродуктов. Их применяют как в составе основных насосных станций, так и на вспомогательных участках, где требуется работа с нестандартными условиями или повышенной вязкостью среды.
Равномерный поток без пульсаций давления способствует снижению нагрузок на трубопроводную арматуру и повышает общую надёжность транспортной системы. Возможность точного регулирования подачи делает такие насосы удобными для использования в автоматизированных системах управления.
Применение на нефтеперерабатывающих предприятиях
На нефтеперерабатывающих заводах двухвинтовые насосы используются в технологических линиях для перекачивания промежуточных и конечных продуктов. Это могут быть нефть, мазут, битумные компоненты, вакуумные остатки и другие продукты переработки с различной вязкостью.
Насосы применяются в установках атмосферно-вакуумной перегонки, в системах подачи сырья, а также в линиях отгрузки готовой продукции. Их устойчивость к температурным и вязкостным колебаниям делает оборудование универсальным для различных технологических режимов.
Использование в других отраслях промышленности
Помимо нефтегазовой и нефтеперерабатывающей отраслей, двухвинтовые мультифазные насосы находят применение и в других областях промышленности. Они используются в химической отрасли, энергетике, судостроении, а также в системах перекачивания технических и промышленных жидкостей.
Способность работать с агрессивными, вязкими и многокомпонентными средами расширяет сферу их применения и делает двухвинтовые насосы универсальным элементом технологических систем.
Эксплуатационные особенности и надёжность
Двухвинтовые насосы отличаются высокой надёжностью и длительным сроком службы при условии соблюдения правил эксплуатации. Отсутствие контакта между винтами снижает механический износ, а вынесенная за пределы рабочей камеры синхронизирующая передача защищена от воздействия перекачиваемой среды.
Техническое обслуживание таких насосов, как правило, сводится к контролю состояния подшипников, уплотнений и системы смазки. Это упрощает эксплуатацию и снижает простои оборудования.
Производственные и инженерные аспекты
Проектирование и изготовление двухвинтовых мультифазных насосов требует высокой точности и инженерной компетенции. Геометрия винтов, материалы корпуса и рабочих элементов подбираются с учётом условий эксплуатации, состава среды и требований к производительности.
В России разработкой и производством подобного оборудования занимаются специализированные машиностроительные предприятия. Подробнее смотрите здесь: https://itmvz.ru/catalog/multifaznie-nasosi-2. В частности, в отрасли известно участие компании ООО "Интехмаш", которая работает в сфере промышленного насосного оборудования и решений для нефтегазового комплекса.
Заключение
Мультифазные двухвинтовые насосы являются важным элементом современных систем перекачивания нефти, газа и нефтепродуктов. Их способность работать с широким диапазоном вязкостей и газосодержанием до 90 % делает их эффективным инструментом для транспортировки сложных многокомпонентных сред.
Применение таких насосов на нефтяных месторождениях, в магистральных трубопроводах, на нефтеперерабатывающих предприятиях и в других отраслях промышленности способствует оптимизации технологических процессов, повышению надёжности систем и снижению эксплуатационных затрат.
Развитие технологий и инженерных решений в области двухвинтовых насосов, в том числе при участии отечественных компаний, таких как ООО "Интехмаш", играет важную роль в обеспечении устойчивой и эффективной работы промышленной инфраструктуры.
