автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Усовершенствование методики определения характеристики центробежных насосов для добычи нефти при работе на вязкой жидкости

На правах рукописи

Янгулов Павел Леонидович

УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ ПРИ РАБОТЕ НА ВЯЗКОЙ

ЖИДКОСТИ

Специальность 05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы (нефтяная и газовая промышленность)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

3 О ИДЯ 2013

Москва - 2013

005060298

005060298

Работа выполнена на кафедре машин и оборудования нефтяной и газовой промышленности ФГБОУ ВПО «Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина», г. Москва

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Пекин Сергей Сергеевич

Официальные оппоненты: Захаров Михаил Николаевич

доктор технических наук, профессор, МГТУ имени Н.Э. Баумана, профессор кафедры «Основы конструирования машин»

Мисюрко Василий Михайлович

кандидат технических наук, доцент, ЗАО «УК РУНАКО», заместитель директора НТЦ по направлению насосное оборудование

Ведущая организация: ОАО «ОКБ БН КОННАС»

Защита состоится «25» июня 2013 года в 11-00 на заседании диссертационного совета Д212.200.07 при ФГБОУ ВПО «Российский государственный университет нефти и газа имени И.М.Губкина» по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский проспект, 65, корп. 1, ауд. 612.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке при ФГБОУ ВПО «Российский государственный университет нефти и газа имени И.М.Губкина».

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с заверенными гербовой печатью подписями просим направлять по адресу: 119991, ГСП-1, г. Москва, Ленинский проспект, 65, корп.1. Российский Государственный Университет нефти и газа имени И.М.Губкина, Учёный совет.

Автореферат разослан мая 2013 г

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

Общая характеристика работы

Актуальность исследования. В настоящее время погружными электроприводными центробежными насосами (ЭЦН) на нефтяных месторождениях добывается около 70% нефти в России от общего объема добычи, а в некоторых регионах страны эта цифра выше.

Вязкость перекачиваемой жидкости оказывает большое влияние на характеристику насоса. В связи с этим, изучение влияния вязкой нефти на характеристики ЭЦН (подача, напор, КПД) при добыче нефти представляет огромный интерес, т.к. за счёт разработки запасов вязких и тяжелых нефтей, Россия могла бы ежегодно получать до 25-30 млн.т. нефти дополнительно.

Инженерные работники производят выбор оборудования при помощи различных программ подбора оборудования, в которых используются методики пересчета характеристики ЭЦН с воды на вязкую жидкость. При правильном подборе оборудования к скважине происходит не только оптимизация рабочих параметров, но и достигается требуемая долговечность и снижается энергоёмкость оборудования. Конструкции нефтяных насосов постоянно совершенствуются: появляются новые технологии производства ступеней, например, порошковая, или новые конструкции ступеней: центробежно-вихревые, энергоэффективные. Поэтому обобщенные методики, разработанные несколько лет назад, могут дать результаты с большими погрешностями. В связи с этим, очень актуальна проблема, связанная с корректным определением действительной характеристики насосных установок при работе на вязкой жидкости.

Целью диссертационной работы является усовершенствование методики определения характеристики центробежных насосов для добычи нефти при работе на вязкой однофазной жидкости.

Для достижения цели в работе поставлены и решены следующие задачи:

• разработка методики проведения стендовых экспериментальных работ;

• создание стенда для проведения экспериментов;

• получение напорных и энергетических характеристик испытываемых ступеней ЭЦН на модельных жидкостях различной вязкости;

• получение формул для определения пересчетных коэффициентов при эксплуатации

в оптимальном режиме на вязкой жидкости.

Научная новизна работы

Усовершенствована методика для определения рабочего диапазона характеристики ступеней ЭЦН при его работе на вязких однофазных жидкостях, в зависимости от режима течения жидкости с учетом модифицированного расчета числа Рейнольдса и коэффициента быстроходности.

Разработана схема испытательного стенда (заявка на полезную модель № 2012157437), позволяющая производить испытания сборок ступеней при различной вязкости'жидкости для любого диаметрального габарита ступеней ЭЦН.

Получены характеристики на вязкостях от 1 до 100 сСт для ступеней ЭЦН пятого габарита, выполненных литьем из материалов нирезист, комбинированных высокопрочных пластиков с чугуном, и ступеней изготовленных методом порошковой металлургии из чугуна ЧВШГ, при частоте вращения вала 2910 об/мин.

Практическая значимость работы

Усовершенствованная методика определения рабочего диапазона характеристики ЭЦН при работе на вязкой однофазной жидкости используется в программном комплексе подбора и диагностики состояния скважинных насосных установок «Автотехнолог+Соль».

Вертикальный стенд, созданный для испытания рабочих ступеней ЭЦН, используется для научных и учебных исследований.

Реализация работы

Результаты диссертационных исследований успешно внедрены в программный комплекс подбора и диагностики состояния скважинных насосных установок «Автотехнолог+Соль», который используется в следующих нефтяных компаниях: «ТНК-ВР», ОАО «Лукойл», ОАО «НГК «Славнефть».

Апробация результатов работы

Материалы диссертации докладывались и обсуждались на 9-ой Всероссийской научно-технической конференции «Актуалные проблемы развития нефтегазового комплекса России» (г. Москва, 2012), на научно-технической конференции ОАО «РИТЭК», посвященной 20-летию компании (г. Москва, 2012), 67-ой Международной молодежной научной конференции «Нефть и газ - 2013» (г. Москва, 2013 г.).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 8 печатных трудов (в том числе - 4 статьи в журналах, входящих в перечень ВАК, 1 заявка на полезную модель, имеется положительное заключение).

Структура и объём работы

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения. Работа изложена на 148 страницах и содержит 103 рисунков, 30 таблиц и имеет 5 приложений.

Основное содержание работы

Во введении работы дается обоснование актуальности, необходимости методической разработки темы исследования, сформулированы цели и задачи диссертационной работы, показываются научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе проведён обзор и анализ литературных источников, поставлены основные задачи исследований. Проанализированы характеристики основных российских месторождений с вязкой и тяжелой нефтью.

В результате анализа литературных источников определено расположение ресурсов вязкой нефти по административным регионам России (рисунок 1), в которых вязкость откачиваемой нефти значительно (в 10-100 и более раз) превышает вязкость воды. Наиболее вязкие нефти находятся на территориях Республики Татарстан (25,5%), Тюменской области (32,6%) и Республики Коми (10,8%).

Говоря о влиянии вязкости на перекачиваемую жидкость центробежными насосами, необходимо отметить огромный вклад Ляпкова Петра Дмитриевича, который обобщил данные по испытаниям центробежных насосов и дал свою методику пересчета характеристики с воды на вязкую жидкость, которая основана на экспериментальных данных. Многие отечественные нефтяные компании используют способы пересчета, основанные именно на методике П.Д. Ляпкова.

Татарстан 25,5%

Сахалинская 1,5%

Коми

Красноярский край 0,4%

Иркутская Башкортостан 3,4% 7,2%

0,4% Тюменская 32,6%

Удмуртия 2,7%

Чеченская Республика 0,9%

Якутия Ненецкий АО 0,8% 4,9%

Самарская___ Ненецкий АО^оренбургская ^Томская

1,6%

Пермский край 1,1%

Рисунок 1 - Распределение ресурсов вязкой нефти по административным регионам

России.

Для случая, когда рассматривается влияние только вязкой однофазной жидкости на работу центробежного насоса, Ляпков П.Д. получил следующие формулы:

<2в/

0,5

Кн = (2)

Г0Д831пКец - 0,859,если Яец < 4624;

Кі = | ---, если 11ец > 4624 (3)

I. 1 + 2123/Яец 4

При определении КПД Ляпков П.Д. вводит две формулы определения пересчетных коэффициентов, в зависимости от некоторого значения числа Рейнольдса. Это в свою очередь означает, что весь поток при разных значениях вязкости жидкости он делит на два режима. Соответственно, критическое значение числа Рейнольдса при переходе из первого режима во второй равно 4624. Но возникает вопрос, возможно и остальные формулы для определения коэффициентов изменения подачи и напора необходимо было определять при различных режимах течения жидкости?

Как известно из условия подобия, справедливы следующие формулы:

(5)

(6)

По данным формулам легко определить коэффициенты пересчета, зная характеристики насоса на вязкой жидкости. В дальнейшем были использованы именно эти формулы при обработке данных, полученных при испытании.

В работах Ляпкова П.Д., Шищенко Р.И., Иппена А.Т., Суханова Д.Я. и др. отмечено, что влияние вязкости на характеристику насоса определяется главным образом величиной числа Рейнольдса (Яе).

Ляпков П.Д. рассчитывал число Рейнольдса по формуле (7), так как для его определения не требуется знания размеров проточной части насосов, которые обычно бывают неизвестными инженерным работникам. Поэтому Ляпков П.Д. её использовал в своих расчетах.

На данный момент нельзя указать универсальную форму числа И с, включающую какой-либо конкретный линейный размер насоса и конкретную скорость потока в насосе, которая была бы одинакова, характерна для всего насоса во всем диапазоне изменения числа Яс. Так как проточные каналы рабочих ступеней насоса относительно коротки и имеют сложную конфигурацию, а жидкость в разных точках каналов имеет различную скорость. Любое нарушение распределения скоростей потока, вызванное, например, изменением площади или направления течения, изменяет структуру потока в канале. Т.е. одно и то же значение числа Рейнольдса не обеспечивает подобия потоков.

Рассмотрим определение числа Рейнольдса, когда имеются только силы трения и силы инерции. Упругие силы, возникающие вследствие изменения объема, не будем учитывать, т.е. будем предполагать, что жидкость несжимаема.

Будем рассматривать сечение на выходе рабочего колеса (см. рисунок 2), представляющее собой прямоугольную изогнутую трубу.

Из классического определения числа Рейнольдса:

(8)

Рисунок 2 - Рабочее колесо (эскиз).

Течение в трубах прямоугольного и квадратного сечения было исследовано Сен-Венаном. В нашем случае, расход насоса <2 = и-а1-Ь1, где к - средняя скорость потока в прямоугольном канале, м/с. Используем число Рейнольдса по Сен-Венану для всех режимов течения жидкости, с учетом того, что формула выведена для прямоугольного сечения. Тогда число Рейнольдса будет определяться:

где О- подача насоса, м3/с;

а) - ширина канала рабочего колеса, м; 1>1 - высота канала рабочего колеса, м; у - кинематическая вязкость, м2/с.

Для расчета коэффициента гидравлического сопротивления X удобно использовать формулу Черчилля, справедливую во всем диапазоне чисел Рейнольдса, включая ламинарный режим течения:

(10)

(П)

где Яе - число Рейнольдса; Д - шероховатость, м; с! - диаметр трубопровода, м. Для трубы прямоугольного сечения, предлагается рассматривать приведенный гидравлический диаметр равный:

На основании проведенного анализа были приняты цель и задачи работы.

Во второй главе описана методика проведения стендовых экспериментальных работ. Заданы условия испытаний ступеней ЭЦН. Описаны технологические особенности разрабатываемого стенда и модельной жидкости, погрешности измерений, испытываемых ступеней ЭЦН. Дано описание установки.

Разрабатываемый стенд имеет вертикальное расположение насосной части, в которой вертикально располагаются ступени ЭЦН. Это связано, в первую очередь, с тем, что в скважине насосная сборка работает преимущественно в вертикальном положении, а не в горизонтальном.

В связи с тем, что изменение вязкости модельной жидкости будет достигаться путем её нагрева, то в мерном баке стенда устанавливается нагревательный элемент и замер температуры модельной жидкости проводится непосредственно за испытываемой сборкой.

Для учета подачи сборки ступеней ЭЦН используется расходомер, предназначенный для работы с вязкой модельной жидкостью.

Ступени ЭЦН, выбранные для испытаний на стенде, должны удовлетворять следующим требованиям:

> Материал ступеней и технология их изготовления, а, следовательно, шероховатость поверхности были различные, для дальнейшего усреднения результатов.

> Для испытаний был выбран один диаметральный габарит ступеней с закрытыми колёсами, чтобы соблюдалось условие подобия течения жидкости.

При выборе модельной жидкости решено было руководствоваться следующими критериями:

> Близость, с исследовательской точки зрения, к реальной жидкости;

> Безопасность (пожаробезопасность, нетоксичность, неядовитость, удовлетворение санитарных норм);

> Легкодоступность в необходимых объемах для проведения испытаний;

> Модельная жидкость должна быть ньютоновской;

> Для получения данных, благодаря которым возможно будет произвести анализ и получить расчетные зависимости, выбраны следующие значения вязкости: 1,3,5, 7, 10, 12, 15, 20, 30, 50, 60, 80, 100 сСт.

По представленным выше требованиям был разработан и изготовлен стенд УНГВ-1 для получения характеристик ЭЦН. Общий вид стенда представлен на рисунке 3.

В третьей главе описаны стендовые исследования, проведенные на ступенях различной геометрии и изготовленные из различного материала. Приведены результаты этих экспериментов, проведен анализ результатов исследований. При испытаниях проведены следующие работы:

1) Приготовление модельной жидкости и определение вязкости в зависимости от температуры;

2) Испытание ступеней на стенде на жидкостях с разной вязкостью;

3) Построение напорных и энергетических характеристик;

4) Определение относительных погрешностей экспериментальных величин.

На основании представленных во второй главе требований наиболее применяемыми на практике являются ступени 5 и 5А габарита. Решено было проводить испытания ступеней 5 габарита.

На основании сформулированных ранее требованиях выбрана следующая модельная жидкость: глицерин + тосол (в определённой пропорции). Были проведены испытания подтвердившие, что выбранная модельная жидкость - ньютоновская.

В работе представлены физико-химические свойства материалов испытываемых ступеней и модельной жидкости.

Некоторые результаты экспериментов представлены на рисунках (4) и (5).

Анализ полученных графиков показал, что при увеличении вязкости происходит значительное изменение напорных и энергетических характеристик насоса. Можно предположить, что это связано с возрастанием толщины пограничного слоя на выходе из рабочего колеса при увеличении вязкости, что в свою очередь приводит к изменению ширины канала рабочего колеса, что показано, в частности, в работе Бажайкина С.Г.

Установлено, что максимальный КПД при вязкости 100 сСт находится в диапазоне от 3,5% до 6%. Это является очень малым значением для добычи нефти и дальнейшее увеличение вязкости скорее всего приведет к значениям КПД близким к 0%. Следовательно, при таком режиме работы добыча нефти нецелесообразна и применение ЭЦН крайне неэффективно.

Анализ показал, что относительное отклонение коэффициентов пересчета, полученных при помощи формул 1-ьЗ Ляпкова П.Д. от формул 4+6 является значительным (см. рис. 6). При кинематической вязкости от 1 до 40 сСт коэффициенты

Подача, м3/сут

Рисунок 4 - Напорная характеристика ступеней из нирезиста при значении вязкости

от ІсСт до 100 сСт (--вязкость 1 сСт; ••• - вязкость З сСт;--- вязкость 10

сСт; — •• — - вязкость ЗО сСт;--- вязкость 100 сСт).

Подача, м3/сут

Рисунок 5 - Энергетическая характеристика ступеней из нирезиста

вязкости от ІсСт до 100 сСт (--вязкость 1 сСт; ••• - вязкость З

вязкость 10 сСт; — •• — - вязкость ЗО сСт;--- вязкость

при значении

сСт;---

100 сСт).

пересчета по формулам Ляпкова П.Д. имеют погрешности (при анализе всех испытанных сборок): коэффициентов пересчета для подачи - до 85%, коэффициентов пересчета для напора - до 23%, коэффициентов пересчета для КПД - до 26%.

Пін Ть- - • і' • -і «' = 0,6 87

г '" • і

• /

: '

■

/ -- __---і- — у

50 - Т: -1 ■ - ■

■ і

;

\ -0,911. ...

/{-:- .

1 ■ ї

ч

10 -¡-У— \ "І

5 | - . • -г — • і *

Рисунок 6 - Сравнение коэффициентов пересчета для подачи, напора и КПД для ступеней плавающего типа, выполненных из Нирезиста (ш - расчетные точки; — - линия аппроксимации).

При вязкости модельной жидкости свыше 60 сСт коэффициент полезного действия находится на уровне не выше 14% для ступеней нормального коэффициента

быстроходности (80 < п5< 150, классификация согласно Касьянову В.М.) и не выше 10% для ступеней тихоходного коэффициента быстроходности (п5 < 80). В связи с чем, встает вопрос о целесообразности использования ЭЦН 5 габарита при частоте вращения вала 2910 об\мин на вязкостях свыше 60 сСт.

При увеличении вязкости перекачиваемой жидкости характеристики насоса смещаются влево, в сторону «нулевой подачи». При этом наблюдается уменьшение значений характеристики в оптимальном режиме при увеличении вязкости. Например, для ступеней из материала нирезист, 5 габарита, С>опт.в.=30 куб.м/сут при вязкости у=30 сСт подача насоса снижается на 50%, напор - на 17,25%, КПД - на 66,67%.

В четвертой главе осуществлено усовершенствование методики определения характеристики центробежного насоса для добычи нефти при работе на вязкой однофазной жидкости. Представлена последовательность действий при вычислении коэффициентов пересчета и получение новых формул для их нахождения.

Произведен расчет числа Рейнольдса по рассмотренным выше формулам 9. Далее по формуле Черчилля найден коэффициент гидравлического сопротивления X, а также произведен расчет ^(Яе) и 1о§(100*^опт).

Ниже показан график зависимости коэффициента гидравлического сопротивления X от числа Рейнольдса в координатах 1о§(100*А<шт) - 1о§(11е). На рисунке 7 видим точки, лежащие на одной прямой в левой части графика. Проводя аналогию с графиками Никурадзе И.И. и Мурина Г.А. можно заметить, что полученные точки образуют прямые, которые соответствуют ламинарному режиму течения, точки, которые идут вверх в средней части графика соответствуют переходному режиму течения, а точки лежащие правее - турбулентному режиму. В связи с тем, что при движении жидкости в каналах насоса имеется вихреобразование, поток жидкости не является только ламинарным или турбулентным, как принято в прямолинейных трубах. А следовательно, полученные прямые будут характеризовать условно ламинарный, условно переходный и условно турбулентный режимы.

На рисунке 8 показаны сравнения погрешностей коэффициентов пересчета, рассчитанных по моим формулам 14-;-19 и формулам Ляпкова П.Д. от кинематической вязкости.

В четвертой главе показаны формулы для определения коэффициентов пересчета для подачи, напора и КПД. В ходе экспериментов, не удалось установить четкую

границу переходного режима течения жидкости, для тихоходных колес эта граница равнялась Яе^ 5,5 ■ 103, а для колес нормальной быстроходности Яе=8,7 • 103. Имеется предположение, что это связано с геометрическим различием каналов ступеней ЭЦН.

1,4

1,2

1

с

О 0,8

#

о 0,6

м

—1 0,4

0,2

0

■ р

. - / Л.

/

/

3,5 4

Ю§(1«е)

4,5

1

в 2

ІЗ

Рисунок 7 - Коэффициент гидравлического сопротивления X от числа Рейнольдса в координатах \о%(100*Хопт) - 1о%(Р.е) для ступеней плавающего типа, выполненных из Нирезиста (* - расчетные точки, условно ламинарный режим; ш - расчетные точки, условно переходный режим; А -расчетные точки, условно турбулентный режим).

Коэффициенты пересчета для ступеней тихоходной конструкции:

0,0924 ■ 1п(Де) - 0,2682 Де > 5,5 • 103 0,1925 • Де0'1147 2,3 ■ 103 < Де < 5,5 ■ 103

Де < 2,3 ■ 103

0,0851 • 1п(Де) - 0,2508

( 0,0394-1п(Де)+ 0,5718 0,0335 1п(Де) +0,6114 2,3

( 0,3077-Де0Д296

Г 0,2085 • 1п(Де) - 1,1771 | 0,3229 • 1п(Де) - 2,2238 2,3 ч 0,168 ■ 1п(Де) - 0,9269

Де > 5,5 ■ 103 103 < Де < 5,5 ■ 103 Де < 2,3 • 103

Де > 5,5 • 103 103 < Де < 5,5 ■ 103 Де < 2,3 ■ 103

(14)

(15)

:: ■ 1

г.: ' -

... ;.; : . : :

1. ..• • • г, -

-' ■: ■ ■ 1

V. ""

_ ________ - ; - . :: • - Я" = 0. 986 : . ¿гд

ест

кинематическая вязкость, сСт

кинематическая вязкость, сСт

Рисунок 8 - Сравнение относительных погрешностей коэффициентов пересчета при испытании ступеней из Нирезиста, плавающего типа (ш -расчетные точки, полученные при расчете по формулам Ляпкова П.Д.; ♦ - расчетные точки, полученные при расчете по новым формулам; — - линии аппроксимации).

Коэффициенты пересчета для ступеней нормальной конструкции:

( 0,0592 • Де0'2427 Де > 8,7 ■ 103

KQ = j 0,2533 ■ 1п(Де) - 1,6871 2,3 • 103 < Re < 8,7 • 103 (17)

( 0,1692 • 1п(Де) — 1,012 Re < 2,3 • 103

Г 0,4008 • Де0'0915 Re > 8,7 • 103

Кн = j 0,3293 ■ Де0Д039 2,3 • 103 < Де < 8,7 ■ 103 (18)

(. 0,4338 ■ Де0'0673 Де < 2,3 • 103

( 0,0196 • Де0-3575 Де > 8,7 ■ 103

Кп = j 0,0059 • Де0-4885 2,3 • 103 < Де < 8,7 ■ 103 (19)

( 0,0000012-Де1'6013 Re < 2,3 ■ 103

Сравнение коэффициентов, полученных по выведенным формулам 14-И6 и 17-49

с коэффициентами, рассчитанными по методике П.Д.Ляпкова, показало, что результаты

экспериментов наиболее близко расположены к результатам, рассчитанным по

предложенным в данной работе формулам.

Получен важный результат о применении ступеней ЭЦН при работе на вязкой

жидкости. На рисунке 9 показаны зависимости числа Рейнольдса от кинематической

вязкости для тихоходных и нормальных ступеней ЭЦН.

140000 130000 120000 _ 110000 & 100000 з 90000 2 80000 | 70000

'5 60000

0 50000

1 40000 Т 30000

20000 10000 о

о 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 Кинематическая вязкость, сСт

Рисунок 9 - Зависимость числа Рейнольдса от кинематической вязкости для тихоходных и нормальных ступеней (я - расчетные точки для нормальных ступеней;

♦ - расчетные точки для тихоходных ступеней;--линия аппроксимации тихоходных

ступеней; — — - линия аппроксимации нормальных ступеней).

Из рисунка 9 видно, что тихоходные ступени целесообразно применять в диапазоне вязкости от 1 до 25 сСт, когда число Яе больше 2300, а ступени нормального коэффициента быстроходности можно применять в диапазоне от 1 сСт до 45 сСт. При дальнейшем увеличении вязкости, коэффициенты пересчета имеют малые значения, в свою очередь напор, подача, КПД имеют значения, при которых эксплуатация ЭЦН нецелесообразна.

На рисунках 10 и 11 показаны линии аппроксимации зависимостей кинематической вязкости и КПД от числа Рейнольдса, основанные на полученных экспериментальных данных для тихоходных и нормальных рабочих ступеней ЭЦН.

80000

. 50000

10000

Я □ •

•

Т

І

1

N • •? ** г- •

' КПД-Ре ' Бязкость-Ке

30 40 50 60 70 80 Кинематическая вязкость, сСт КПД, %

Рисунок 10- Зависимость числа Рейнольдса от кинематической вязкости и КПД от числа Рейнольдса для тихоходных ступеней (я - расчетные точки зависимости числа Рейнольдса от кинематической вязкости; • - расчетные точки зависимости КПД от числа Рейнольдса; — - линия аппроксимации зависимости КПД от числа Рейнольдса;

—--линия аппроксимации зависимости числа Рейнольдса от кинематической

вязкости).

160000 140000 120000 100000 80000 60000 40000 20000 0

■ -

£

—

/ i - ;

/

V

\ 1

и Вязкость-Re • КПД-Re

40

50

60

70 80 Кинематическая вязкость, сСт КПД, %

100 110

Рисунок 11- Зависимость числа Рейнольдса от кинематической вязкости и КПД от числа Рейнольдса для нормальных ступеней (я - расчетные точки зависимости числа Рейнольдса от кинематической вязкости; • - расчетные точки зависимости КПД от

числа Рейнольдса;--линия аппроксимации зависимости КПД от числа Рейнольдса;

---линия аппроксимации зависимости числа Рейнольдса от кинематической

вязкости).

При помощи графиков на данных рисунках есть возможность определения КПД от кинематической вязкости в зависимости от числа Рейнольдса. К примеру, для тихоходных рабочих колес центробежного насоса при кинематической вязкости 25 сСт КПД равен 13%, а для нормальных рабочих колес - 20%.

Пятая глава посвящена определению рабочего диапазона характеристики ЭЦН.

При рассмотрении различных методик определения пересчетных коэффициентов, замечено, что большинство авторов при обобщении своих данных опираются на геометрические размеры рабочих колес. В данной работе к индивидуальным данным насоса относятся: коэффициент быстроходности при работе насоса на воде, ширина и высота проточной части канала на выходе из рабочего колеса.

Необходимо отметить, что при любом способе определения коэффициентов пересчета есть необходимость в некоторых допущениях и упрощениях, позволяющих

создавать адекватные модели работы насоса на вязкой жидкости. В общем случае к таким допущениям относятся:

• Число Рейнольдса определялось на выходном сечении канала рабочего колеса.

• Для испытываемых рабочих колес не рассматривается влияние на число

Рейнольдса шероховатости поверхности и материала ступеней.

• Коэффициент быстроходности ns (типовое число К) рассчитывается только при

работе насоса на воде.

• Частота вращения вала насоса постоянная.

После определения рабочего интервала характеристики ЭЦН при работе на вязких жидкостях, определяем рабочий диапазон характеристики ЭЦН. Данный диапазон даёт представление о количественных значениях параметров (напор, подача, КПД) в зависимости от вязкости жидкости. Ниже показан алгоритм определения рабочего диапазона характеристики ЭЦН.

1. Производим расчет безразмерного числа Рейнольдса по формуле 9, чтобы определить границы условно ламинарного, условно переходного и условно турбулентного течения жидкости. Для этого необходимо знать высоту и ширину проточного канала рабочего колеса на выходе. Возможно также использование формулы Черчилля для определения данных границ.

2. Вычисляем коэффициенты пересчета по выведенным формулам 14-И 6 или 17-И 9 в зависимости от коэффициента быстроходности рабочего колеса при разных значениях вязкости.

3. Составляем таблицу, в которой указаны коэффициенты пересчета для подачи Q, напора Н, КПД г|.

4. Строим характеристику рассматриваемой ступени на воде и отмечаем рабочий интервал.

5. На графике отмечаем точки, характеризующие оптимальный режим ЭЦН при различных вязкостях.

6. Принимаем, что в крайних точках (0,75QOIIT , l,25QonT) для каждого значения вязкости, коэффициент пересчета /(/<,) для напора и КПД равен коэффициенту для напора и КПД соответственно при оптимальном режиме, что является на самом деле близким значением (исходя из полученных при проведении испытаний значений).

Таким образом, определяются значения КПД и напора на границах рабочего интервала. Проводим горизонтальные линии, отстоящие от крайних точек характеристики ступени ЭЦН, полученной на воде, на величину равную Х{ = (і - f(Kl)) ■ і, где і - параметр, характеризующий значение напора или КПД, полученных при работе насоса на воде. 7. Аналогично строятся точки для других значений вязкости. На рисунке 12 представлена блок-схема алгоритма определения рабочего диапазона характеристики ЭЦН при определенной вязкости жидкости.

—ч ^переходный^^ ПгП

ТИХОХОДНЫЙ нормальный^ыстроходны* тдго*одмь/й| нормальный быстроходные тихоходный | нормальны^ысгроходны*

Рисунок 12- Блок-схема алгоритма определения рабочего диапазона характеристики ЭЦН при изменении вязкости жидкости.

Рассмотрим рисунки 13-5-14.

7

6 5

Е 4 а

0

1 В

2 1

Экспериментальные точки

•» 1сСт

• 10 сСт - 30 сСт

к 60 сСт

20 30 40

Подача, м3/сут

Рисунок 13 - Сравнение напорных характеристик сборки ступеней плавающего типа из

материала нирезист при различной вязкости (---рабочий диапазон напорной

характеристики ЭЦН, полученный при расчете по формулам Ляпкова П.Д.; — ---

рабочий диапазон напорной характеристики ЭЦН, полученный при расчете по новым

формулам; - - рабочий диапазон напорной характеристики ЭЦН, полученный при

испытании).

Рисунок 14 - Сравнение энергетических характеристик сборки ступеней плавающего

типа из материала нирезист при различной вязкости (— — - рабочий диапазон энергетической характеристики ЭЦН, полученный при расчете по формулам Ляпкова

П.Д.; — ---рабочий диапазон энергетической характеристики ЭЦН, полученный при

расчете по новым формулам;--рабочий диапазон энергетической характеристики

ЭЦН, полученный при испытании).

о

О 5 10 15 20 25 ВО 35 40 45 50 55 Подача, м3/сут

25

55 20

ч

с

* 15 10

♦ 1 сСт о 10 сСт - 30 сСт к 60 сСт

Экспериментальные точки

Для наглядного представления показанной выше методики приведем пример определения рабочего диапазона характеристики для сборки ступеней плавающего типа из нирезиста при различном значении вязкости жидкости. К примеру, рассмотрим значения вязкости 1,10,30,60 сСт. На рисунках 13-14 видим, что предложенные формулы дают диапазон характеристик более «близких» к характеристикам, полученных экспериментально.

Основные результаты и выводы

1. Усовершенствована методика определения характеристики центробежных насосов для добычи нефти при работе на вязкой жидкости.

2. Создан стенд и проведены испытания ступеней ЭЦН согласно разработанной методике стендовых экспериментальных работ. Сборка ступеней насоса имеет вертикальное расположение. Диапазон рассматриваемой кинематической вязкости в диссертационной работе от 1 до 100 сСт. В рамках данной работы рассмотрены тихоходные (п5< 80) и нормальные (80 < п5< 150) рабочие ступени ЭЦН.

3. Получены напорные и энергетические характеристики ступеней ЭЦН пятого диаметрального габарита, выполненных литьем из материалов нирезист, комбинированных высокопрочных пластиков с чугуном, и ступеней, изготовленных методом порошковой металлургии, из чугуна ЧВШГ, при частоте вращения вала 2910 об/мин.

4. Показано, что работа ступеней ЭЦН на вязкой жидкости значительно отличается от показателей работы на воде: например, для ступеней из материала нирезист при С>опт=15 куб.м/сут и у=30 сСт напор насоса снижается на 17,25%, КПД - на 66,67%.

5. Установлено, что тихоходные ступени целесообразно применять в диапазоне вязкости от 1 до 25 сСт, когда число Ке больше 2300, а ступени нормального коэффициента быстроходности можно применять в диапазоне от 1 до 45 сСт. При дальнейшем увеличении вязкости, коэффициенты пересчета имеют малые значения, в свою очередь напор, подача, КПД имеют значения, при которых эксплуатация ЭЦН крайне неэффективна.

6. Предложены графики, при помощи которых есть возможность определения КПД от кинематической вязкости в зависимости от числа Рейнольдса. К примеру, для тихоходных рабочих колес центробежного насоса при кинематической вязкости 25 сСт КПД равен 13%, а для нормальных рабочих колес - 20%.

7. Показано, что широко используемые для пересчета «водяных» характеристик ЭЦН методики и формулы Ляпкова П.Д. дают погрешности в определении коэффициентов пересчета не только в случае расчета показателей в оптимальном режиме, но и при определении новых показателей ЭЦН на всем рабочем интервале характеристики. Относительные погрешности расчетных и экспериментальных величин отличаются до 140 % в диапазоне вязкости от 1 до 100 сСт. Данное обстоятельство связано с изменением технологии производства ступеней, а также с появлением новых конструкций ступеней.

8. Установлено, что при использовании формул 14^-16 и 17-19, относительная погрешность расчетных и экспериментальных величин на оптимальном режиме характеристики не превышает 18% при вязкости от 1 до 30 сСт; 20% при вязкости от 30 до 60 сСт, 25% при вязкости от 60 до 100 сСт.

Список работ, опубликованных автором по теме диссертации.

В изданиях, входящих в перечень ВАК РФ:

1. Пекин С.С. Стенды и виды испытаний насосного оборудования / С.С. Пекин, П.Л. Янгулов // Территория нефтегаз.-2011.-№10.- с. 12-16.

2. Ивановский В.Н. Влияние вязкой жидкости на рабочую характеристику погружных электроцентробежных насосов / В.Н. Ивановский В.Н., С.С. Пекин, П.Л. Янгулов // Территория нефтегаз.- 2012.- №9.- с .49-55.

3. Пекин С.С. Получение рабочей характеристики ЭЦН при влиянии вязкости добываемого флюида / С.С. Пекин, П.Л. Янгулов // Нефть, Газ и Бизнес,- 2013.-№ 3,- с.66-71.

4. Пекин С.С. Анализ поправочных коэффициентов пересчета характеристики электроцентробежного насоса при влиянии вязкости добываемого флюида / С.С. Пекин, П.Л. Янгулов // Экспозиция нефть и газ.-2013.- №2.- с. 68-73.

В остальных изданиях:

1. Тезисы 9-ой Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы нефтегазового комплекса России» Москва, РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина 2012г.

2. Тезисы научно-технической конференции, посвященной 20-летию ОАО «РИТЭК», Москва, 2012г.

3. Тезисы 67-ой Международной молодежной научной конференции «Нефть и газ -2013», Москва, 2013 г.

Подписано в печать 20.05.2013. Формат 60x90/16.

Бумага офсетная Усл. п.л.

Тираж 100 экз. Заказ № 233

Издательский центр РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина 119991, Москва, Ленинский проспект, 65 Тел.: 8(499)233-95-44

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА

ИМЕНИ И.М. ГУБКИНА

КАФЕДРА «МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ НЕФТЯНОЙ И ГАЗОВОЙ

ПРОМЫШЛЕННОСТИ»

На правах рукописи

04201357918

УДК 622.276.53

ЯНГУЛОВ ПАВЕЛ ЛЕОНИДОВИЧ

УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ ПРИ РАБОТЕ НА

ВЯЗКОЙ ЖИДКОСТИ

Специальность 05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы (нефтяная и газовая промышленность)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель С.С. Пекин

кандидат технических наук, доцент

Москва-2013

Оглавление

Введение.............................................................................................5

Глава 1 Анализ литературных источников и постановка задач исследования........................................................................................10

1.1 Эксплуатация УЭЦН в России..........................................................10

1.2 Классификация и распределение в России нефти по вязкости и плотности.......................................................................................15

1.3 Определение числа Рейнольдса по различным источникам...........................19

1.4 Расчёт числа Рейнольдса для центробежного колеса.......................................27

1.5 Влияние различных факторов на коэффициент гидравлического сопротивления А,.........................................................................................................29

1.6 Анализ методики П.Д.Ляпкова для определения коэффициентов пересчета ......................................................................................................................................34

1.7 Выводы по первой главе, определение цели и задач работы..........................48

Глава 2 Методика проведения стендовых экспериментальных работ...................50

2.1 Условия испытаний ступеней ЭЦН....................................................................51

2.1.1 Требования к технологическим особенностям разработанного

стенда....................................................................................................................51

2.1.2 Требования к испытываемым ступеням ЭЦН..........................................51

2.1.3 Требования к модельной жидкости...........................................................53

2.1.4 Требования к погрешностям измерений........................................53

2.2 Схема и описание установки..........................................................54

2.3 Выводы по второй главе................................................................57

Глава 3 Стендовые исследования, анализ результатов исследования.................58

3.1 Установка УНГВ-1......................................................................58

3.2 Выбор модельной жидкости............................................................61

3.3 Условия проведения испытаний......................................................64

3.4 Фиксируемые в ходе испытаний параметры и приборы для их измерения. 68

3.5 Проведение испытаний и обработка результатов эксперимента...............69

3.6 Определение величин погрешностей экспериментальных данных..............70

3.6.1 Погрешность измерения частоты вращения вала насоса.......................71

3.6.2 Погрешность измерения напора насоса...................................................71

3.6.3 Погрешность определения мощности на валу насоса............................72

3.6.4 Погрешность измерения подачи насоса...................................................73

3.6.5 Погрешность определения КПД насоса...................................................73

3.7 Результаты стендовых испытаний......................................................................74

3.7.1 Ступени ЭЦН с тихоходным коэффициентом быстроходности...........74

3.7.2 Ступени ЭЦН с нормальным коэффициентом быстроходности...........86

3.8 Сравнение полученных значений коэффициентов пересчета.........................92

3.9 Результаты и выводы по третьей главе............................................................110

Глава 4 Модернизация методики использования коэффициентов пересчета.......113

4.1 Анализ экспериментальных данных, определение области применения для ступеней ЭЦН с тихоходным коэффициентом быстроходности..................113

4.2 Анализ экспериментальных данных, определение области применения для ступеней ЭЦН с нормальным коэффициентом быстроходности..................124

4.3 Границы кинематической вязкости, при которых возможно эффективное использование ЭЦН........................................................................129

4.4 Результаты и выводы по четвертой главе..........................................132

Глава 5 Усовершенствование методики для расчета напорных и энергетических характеристик ЭЦН при работе на вязкой жидкости....................................134

5.1 Методика расчета рабочего диапазона характеристики ЭЦН на различных вязкостях.......................................................................................135

5.2 Выводы по пятой главе..................................................................138

Заключение...................................................................................................................140

Список литературы......................................................................................................142

Приложение А Сравнение напорно-расходных характеристик ступеней при различных значениях вязкости модельной жидкости.............................................149

Приложение В Зависимость погрешности коэффициентов пересчета подачи,

напора и КПД от коэффициентов быстроходности при испытании ступеней на

модельных жидкостях различной вязкости..............................................................149

Приложение С Коэффициенты гидравлического сопротивления X.......................190

Приложение Б Сравнение коэффициентов пересчета для подачи, напора и КПД

........................................................................................................................................193

Приложение Е Акт о внедрении научной разработки.............................................199

Введение

Погружной электроприводной центробежный насос (ЭЦН) при добыче пластовой жидкости из скважины на поверхность работает при определенном давлении на вязкой среде, состоящей, в основном, из нефти, пластовой воды, свободного газа, солей, АСПО, различных механических примесей. В совокупности все вышеперечисленные компоненты придают каждой скважине уникальные свойства, присущие только ей. Эти свойства оказывают большое влияние на перекачивание пластовой жидкости [55], так как вязкость, плотность, обводненность, температура, содержание механических примесей и газа -изменяют напорную и энергетическую характеристики погружного электроцентробежного насоса.

На сегодняшний день мы наблюдаем общемировую тенденцию -уменьшение углеводородных запасов. В традиционных районах добычи (Западная Сибирь, Северный Кавказ, Урало-Поволжье, Тимано-Печора) наблюдается увеличение глубины залегания продуктивных пластов, снижение объема запаса, усложнение геологического строения, уменьшение пластовых давлений и не менее важная тенденция - это увеличение доли добычи трудноизвлекаемых нефтей с аномальными физическими и химическими свойствами (высокая плотность и вязкость, концентрации смол и парафинов) [37].

Ежегодно в мире добывается около 4 млрд.т. нефти, а объем вязких (ВН) и тяжелых (ТН) нефтей составляет примерно 500 млн.т., т.е. 1/8 общемировой добычи [59]. В соответствии с прогнозами, при сохранении темпов приращения добычи на существующем уровне, производство трудноизвлекаемой нефти увеличится к 2030 г. в 4 раза, т.к. мировые запасы вязких нефтей значительно превышают запасы нефтей малой и средней вязкости (162 млрд.т.) и составляют по оценкам специалистов около 1 трлн.т. [59]. Наиболее крупные запасы этих нефтей находятся в Канаде, Венесуэле, Мексике, США, России, Кувейте и Китае. Запасы вязких и тяжелых нефтей в России составляют около 7 млрд.т. Интерес к

такой нефти в нашей стране увеличивается по мере роста цен на нефть и в связи с начавшимся периодом истощения многих крупных и мелких российских нефтяных месторождений [16,23,37]. Необходимо отметить, что вязкость перекачиваемой жидкости оказывает большее влияние на напорные и энергетические характеристики ЭЦН [36], нежели ее плотность. В связи с этим, изучение влияния вязкой нефти на характеристики ЭЦН (подача, напор, КПД) при добыче нефти представляет огромный интерес, т.к. за счёт разработки запасов вязких и тяжелых нефтей, по данным [9,11,15,27,42,43,46], Россия могла бы ежегодно получать до 25-30 млн.т. нефти дополнительно.

Конструкции нефтяных насосов постоянно совершенствуются: появляются новые технологии производства ступеней, например, порошковая, или новые конструкции ступеней: центробежно-вихревые, энергоэффективные. Поэтому обобщенные методики, разработанные несколько лет назад, могут дать результаты с большими погрешностями. Данное обстоятельство также было замечено исследователями ЗАО «Новомет-Пермь» [1]. В связи с этим, очень актуальна проблема, связанная с корректным определением действительной характеристики насосных установок при работе на вязкой жидкости.

Область применения центробежных насосов разнообразна. Ибатулов К.А. разделяет центробежные насосы, применяемые в нефтяной промышленности, по назначению [30]. Данная работа посвящена центробежным насосам, которые спускаются в скважину и перекачивают нефть на поверхность.

Производители насосного оборудования предоставляют характеристики на воде, причем в паспорте указываются характеристики насоса в пересчете на сто ступеней или же на одну ступень. Инженерные работники производят подбор оборудования при помощи различных программ подбора оборудования, в которых используются методики пересчета характеристики с воды на вязкую жидкость. При правильном подборе оборудования к скважине происходит не только оптимизация рабочих параметров, но и достигается требуемая долговечность и снижается энергоёмкость оборудования. С каждым годом запасы

легко добываемой маловязкой нефти сокращаются, в настоящий момент в России при помощи установок электроприводных центробежных насосов (УЭЦН) добывается около 70% нефти от общего объема добычи [31], таким образом, знание области применения ЭЦН и их характеристики при работе на пластовой жидкости очень важны. Во многих случаях добыча вязкой нефти возможна серийными центробежными насосами, однако при их подборе к скважине следует учитывать влияние вязкости на характеристики.

Целью диссертационной работы является усовершенствование методики определения характеристики центробежных насосов для добычи нефти при работе на вязкой однофазной жидкости.

Для достижения цели в работе поставлены и решены следующие задачи:

• разработка методики проведения стендовых экспериментальных работ;

• создание стенда для проведения экспериментов;

• получение напорных и энергетических характеристик испытываемых ступеней ЭЦН на модельных жидкостях различной вязкости;

• получение формул для определения пересчетных коэффициентов при эксплуатации в оптимальном режиме на вязкой жидкости.

Научная новизна работы

Усовершенствована методика для определения рабочего диапазона характеристики ступеней ЭЦН при его работе на вязких однофазных жидкостях, в зависимости от режима течения жидкости с учетом модифицированного расчета числа Рейнольдса и коэффициента быстроходности.

Разработана схема испытательного стенда (заявка на полезную модель № 2012157437), позволяющая производить испытания сборок ступеней при различной вязкости жидкости для любого диаметрального габарита ступеней ЭЦН.

высокопрочных пластиков с чугуном, и ступеней изготовленных методом порошковой металлургии из чугуна ЧВШГ, при частоте вращения вала 2910 об/мин.

Практическая значимость работы

Усовершенствованная методика определения рабочего диапазона характеристики ЭЦН при работе на вязкой однофазной жидкости используется в программном комплексе подбора и диагностики состояния скважинных насосных установок «Автотехнолог+Соль».

Вертикальный стенд, созданный для испытания рабочих ступеней ЭЦН, используется для научных и учебных исследований.

Реализация работы

Результаты диссертационных исследований успешно внедрены в программный комплекс подбора и диагностики состояния скважинных насосных установок «Автотехнолог+Соль», который используется в следующих нефтяных компаниях: «ТНК-ВР», ОАО «Лукойл», ОАО «НТК «Славнефть».

Апробация результатов работы

Материалы диссертации докладывались и обсуждались на 9-ой Всероссийской научно-технической конференции «Актуалные проблемы развития нефтегазового комплекса России» (г. Москва, 2012), на научно-технической конференции ОАО «РИТЭК», посвященной 20-летию компании (г. Москва, 2012), 67-ой Международной молодежной научной конференции «Нефть и газ - 2013» (г. Москва, 2013 г.).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 8 печатных трудов (в том числе - 4 статьи в журналах, входящих в перечень ВАК, 1 заявка на полезную модель, имеется положительное заключение).

Структура и объём работы

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения. Работа изложена на 148 страницах и содержит 103

рисунка, 30 таблиц и имеет 5 приложений.

Содержание работы.

В первой главе проведён обзор и анализ литературных источников, поставлены основные задачи исследования.

Во второй главе показана методика проведения стендовых экспериментальных работ, включающая в себя требования к испытываемым ступеням ЭЦН, к модельным жидкостям, к погрешностям измерений, условия испытания ступеней ЭЦН. Показана схема и описание установки.

В третьей главе произведен выбор модельной жидкости, показаны результаты стендовых испытаний, произведены определение погрешностей экспериментальных данных, сделано сравнение полученных значений коэффициентов пересчета с теоретическими значениями, произведен анализ результатов исследования.

В четвёртой главе осуществлено усовершенствование методики определения характеристики центробежного насоса для добычи нефти при работе на вязкой однофазной жидкости. Представлена последовательность действий при вычислении коэффициентов пересчета и получение новых формул для их нахождения.

Пятая глава посвящена определению рабочего диапазона характеристики

ЭЦН.

Глава 1 Анализ литературных источников и постановка задач исследования

Данная работа посвящена усовершенствованию методики определения характеристики ЭЦН путем её пересчета с воды на вязкую жидкость. Были рассмотрены различные методики и проведены эксперименты, благодаря которым выведен новый способ для определения коэффициентов пересчета с помощью математической аппроксимации.

1.1 Эксплуатация УЭЦН в России

В течение 1995-2010 годов наблюдались рост объемов нефти, добываемой посредством УЭЦН, - с 61 до 75% и пропорциональное снижение объемов добычи фонтанным и газлифтным способами, а также с помощью УСШН [32] (рисунок 1.1).

■ УЭЦН ИУСШН ■ Фонтан «Газлифт

В результате проведенного анализа исследователям удалось выяснить, что лишь 50% УЭЦН используется в пределах рабочих интервалов характеристик. Что соответствует оптимальному энергетическому режиму [33] (рисунок 1.2). Около 35% установок работает в левой, самой неблагоприятной, части характеристики, для которой характерны низкие дебиты и высокие напоры на каждую ступень, которые приводят к перегреву оборудования, быстрому износу основных узлов УЭЦН и двигателя. Ещё 15% УЭЦН работает в правой части характеристики. Очевидно, что для повышения КПД и энергоэффективности работы УЭЦН необходимо обеспечить их работу внутри рабочего интервала характеристик.

Характеристика ступени насоса ЭЦНДА

а

с £

7 6 5 4 3 2

10 20 30 40 50 60 70

[Ч Ч \

90 100 110 120

В левой части работает 35% всех УЭЦН

В РЧХ работает В правой части

до 50% всех УЭЦН работает 15% всех УЭЦН

Параметры Эксплуатации отечественных УЭЦН

100* 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%

ггГЬ-Ги.

Кп<0,75

В рабочей части

Кп>1.25

Рисунок 1.2 - Распределение фонда скважин, оборудованных УЭЦН, по

параметрам работы.

Остается очень важным вопрос о работе УЭЦН на вязкой жидкости во всем рабочем интервале характеристики насоса. И информация о работе на участках,

отличных от оптимальной подачи становится наиболее ценной, при учете того факта, что большая часть УЭЦН эксплуатируется вне рабочего интервала.

В результате проведенной работы [33] кафедрой «Машин и оборудования нефтяной и газовой промышленности» РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина совместно с ТНК-ВР была разработана модель бенчмаркинга энергоэффективности (энергопотребления) скважинного оборудования. При помощи данной модели можно диагностировать работу насоса, НКТ, ПЭД, предвключенных устройств, кабеля и других устройств, создающих общую картину потребления электроэнергии насосной установкой. Необходимо также принимать во внимание, что энергетические характеристики оборудования при работе в скважине и на стенде отличаются, что обусловлено различной вязкостью жидкостей. В связи с этим требуется производить пересчет характеристик насоса.

При подборе оборудования необходимо учитывать реальные КПД, потребляемую мощность насоса и напорную характеристику. Это дает возможность не только подобрать оборудование, но и определить истинный КПД каждого элемента насосной установки. При выборе насоса (или любого другого узла установки) важен не столько прописанный в его технических характеристиках КПД, сколько КПД, которого он сможет реально достичь, работая в заданной рабочей точке на конкретной скважине. Соответственно тот вид оборудования, который покажет максимальный КПД в заданных условиях, б