Особенности гидродинамики насосов для добычи высоковязких нефтей

Авторы

  • Данил Андреевич Павлов Пермский национальный исследовательский политехнический университет
  • Сергей Николаевич Пещеренко Пермский национальный исследовательский политехнический университет

DOI:

https://doi.org/10.7242/1999-6691/2019.12.2.15

Ключевые слова:

вязкая нефть, эмульсия, центробежный насос, неньютоновская жидкость, численный эксперимент, ANSYS

Аннотация

Особенностью разрабатываемых в настоящее время новых морских месторождений нефти является высокий дебит скважин (~104бар/сут) и высокая вязкость добываемой эмульсии вода-нефть (~102-103cП), зависящая от обводненности. Пока не разработаны специальные насосы для этих условий, добычу ведут имеющимися - центробежными, которые применяются при добыче традиционной маловязкой нефти. Для их подбора к конкретной скважине осуществляются стендовые испытания по принятым в нефтедобывающей промышленности методикам при частоте вращения вала до 58 Гц (3500 об/мин). При этом вместо традиционной низковязкой рабочей жидкости (воды) используются высоковязкие ньютоновские жидкости (такие как глицерин и масло). Условия подобной верификации лишь приближенно соответствуют скважинным, поскольку не учитывается изменение свойств жидкости по длине насоса, рост энергоэффективности насоса при повышенных частотах вращения вала и, наконец, неньютоновская реология добываемых эмульсий. В проведенных авторами стендовых испытаниях варьировалась частота вращения и число ступеней насоса. Эксперименты проводились как на высоковязкой ньютоновской жидкости, так и на эмульсии (вода-масло). Показано, что вязкость ньютоновской жидкости, из-за ее нагрева, уменьшается по длине насоса на 20-30%, причем нагрев происходит не только из-за внутреннего трения, но и вследствие сжатия жидкости. Предложена методика определения по результатам испытаний насосов эффективной вязкости эмульсий, которая обусловливается не только свойствами эмульсии, но и характером ее течения. Обнаружено, что при увеличении подачи жидкости в насосе эффективная вязкость снижается почти в 3 раза. Большое практическое значение имеет выявленное авторами увеличение производительности насосов на 10% при наращивании частоты вращения вала с традиционных 50 до 100 Гц. Эффект имеет место как у ньютоновских жидкостей, так и у эмульсий.

Скачивания

Данные по скачиваниям пока не доступны.

Библиографические ссылки

Ященко И.Г., Нестерова Г.В. Нефтегазовые ресурсы арктического сектора // Интерэкспо Гео-Сибирь. 2015. Т. 2, № 1. С. 222-226.

Romero O.J., Hupp A. Subsea electrical submersible pump significance in petroleum offshore production // J. Energy Resour. Technol. 2013. Vol. 136. 012902. https://doi.org/10.1115/1.4025258">DOI

Rahman Q., Ketan K., Helge O. An integrated solution enabling allocation of heavy oil in the peregrino field // Proc. of the Offshore Technology Conference 2011. Houston, Texas, USA, May 2-5, 2011. OTC-21790-MS. https://doi.org/10.4043/21790-MS">DOI

Helge O., Sheth K., Pessoa R.F., Okita R., Crossley A., Martinez I. ESP assisted production allocation in peregrino field // Proc. of the Offshore Technology Conference 2011. Houston, Texas, USA, May 2-5, 2011. OTC-22579-MS. https://doi.org/10.4043/22579-MS">DOI

Helge O., Sheth K., Okita R., Pessoa R.F., Crossley A. Successful production allocation through ESP performance in peregrino field // Proc. of the SPE Latin America and Caribbean Petroleum Engineering Conference 2012. Mexico City, Mexico, April 16‑18 2012. SPE-152391-MS. https://doi.org/10.2118/152391-MS">DOI

Романова Н.А., Алиев З.З., Буранчин А.Р. Вязкость водонефтегазовой эмульсии и ее влияние на эффективность работы глубиннонасосных установок // Нефтегазовое дело. 2009. Т. 7, № 1. С. 43-48 (URL: http://ngdelo.ru/article/view/1391">http://ngdelo.ru/article/view/1391)

Мищенко И.Т. Скважинная добыча нефти. М: ФГУП Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2003. 816 с.

Phan H., Nguyen T., Al-Safran E., Nes O.-M., Saasen A. An experimental investigation into the effects of high viscosity and foamy oil rheology on a centrifugal pump performance // Petrol. Sci. Technol. 2017. Vol. 7, no. 1. P. 67-78. http://dx.doi.org/10.22078/jpst.2017.709">DOI

Лоскутова Ю.В., Юдина Н.В., Волкова Т.И., Ануфриев Р.В. Изучение вязкостно-температурного поведения водо-нефтяных эмульсий в точке инверсии фаз // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2017. № 10-2. С. 221-225.

Небогина Н.А., Прозорова И.В., Юдина Н.В. Особенности группового состава и реологии водо-нефтяных систем // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2007. № 2. (URL: http://ogbus.ru/article/view/osobennosti-gruppovogo-sostava-i-reologii-vodno-neftyanyx-sistem">http://ogbus.ru/article/view/osobennosti-gruppovogo-sostava-i-reologii-vodno-neftyanyx-sistem)

Бернал Дж., Кинг С. Экспериментальное моделирование простых жидкостей // Физика простых жидкостей. Статистическая теория / Под ред. Г. Темперли, Дж. Роулинсона, Дж. Рашбрука. М: Мир, 1971. С. 116-135.

Конторович А.Э. Пути освоения ресурсов нефти и газа Российского сектора арктики // Вестник РАН. 2015. Т. 85, № 5-6. С. 420-430. https://doi.org/10.7868/S0869587315060171">DOI

Черепашников А.В., Соколов В.Б., Широких В.Л. Опыт исследования скважин, оборудованных ЭЦН // Нефтяное хозяйство, 1981. № 10. С. 51-54.

Amalar G., Estevan V., Franca F.A. On the influence of viscosity upon ESP performance // Proc. of the SPE Annual Technical Conference and Exhibition. Anaheim, California, USA, November 11-14, 2007. SPE-110661-MS. https://doi.org/10.2118/110661-MS">DOI

Barrios L., Rojas M., Monteiro G., Sleight N. Brazil field experience of ESP performance with viscous emulsions and high gas using multi vane MVP and high power ESPs // Proc. of the SPE Electric Submersible Pump Symposium. Woodlands, Texas, USA, April 24-28, 2017. SPE-185141-MS. https://doi.org/10.2118/185141-MS">DOI

Zhu J., Banjar H., Xia Z., Zhang H.-Q. CFD simulation and experimental study of oil viscosity effect on multi-stage electrical submersible pump (ESP) performance // J. Petrol. Sci. Eng. 2016. Vol. 146. P. 735-745. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2016.07.033">DOI

https://www.novomet.ru/rus/products/pumps/electric-centrifugal-pumps/powersave/">https://www.novomet.ru/rus/products/pumps/electric-centrifugal-pumps/powersave/ (дата обращения: 30.05.2019).

ISO 15551-1:2015 Petroleum and natural gas industries – Drilling and production equipment – Part 1: Electric submersible pump systems for artificial lift

Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Дрофа, 2003. 840 с.

Лебедев Д.Н., Пещеренко М.П., Пещеренко С.Н., Пошвин Е.В. Особенности пересчета коэффициента полезного действия энергоэффективных насосов на разные частоты вращения вала // Нефтяное хозяйство. 2013. № 6. С. 110-113.

Лоренц Г.А. Лекции по термодинамике. Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2001. 176 с.

Загрузки

Опубликован

2019-06-30

Выпуск

Раздел

Статьи

Как цитировать

Павлов, Д. А., & Пещеренко, С. Н. (2019). Особенности гидродинамики насосов для добычи высоковязких нефтей. Вычислительная механика сплошных сред, 12(2), 175-184. https://doi.org/10.7242/1999-6691/2019.12.2.15