Повышение эффективности эксплуатации УЭЦН с частотно-регулируемым приводом при повышенных скоростях вращения ротора установки
В связи с этим, безусловно, актуальной является задача синхронизации параметров системы «скважина-насос», т. е. необходимость регулирования параметров (обычно расход и напор) насосной установки. Представляется перспективным осуществление такой синхронизации путем изменения частоты вращения вала насоса (частотное регулирование). За последние годы произошло существенное развитие оборудования… Читать ещё >
Содержание
- Глава 1. Анализ литературных источников и постановка задач исследования
- 1. 1. Обзор методов регулирования параметров УЭЦН
- 1. 2. Выводы о способах регулирования характеристики УЭЦН
- 1. 3. Обзор критериев, ограничивающих диапазон частот вращения
- 1. 4. Обзор критериев гидравлической части
- 1. 4. 1. Перекачивание газированной жидкости
- 1. 4. 1. 1. Влияние изменения режимных параметров центробежного колеса на критическое газосодержание
- 1. 4. 1. 2. Влияние изменения геометрических параметров центробежного колеса на критическое содержание газа
- 1. 4. 1. 3. Влияние изменения скорости вращения колеса
- 1. 4. 2. Осевая сила
- 1. 4. 3. Изменение оптимальной рабочей области
- 1. 4. 1. Перекачивание газированной жидкости
- 1. 5. Выводы о влиянии гидравлических факторов
- 1. 6. Обзор методик проектирования ступени насоса
- 1. 7. Выводы о методах проектирования ступеней
- 1. 8. Выбор диапазона скоростей для исследования
- 1. 9. Выводы по первой главе
- 1. 10. Постановка задач исследования
- Глава 2. Теоретическая часть
- 2. 1. Система сил, действующая на частицу жидкости в проточной части колеса насоса
- 2. 2. Расчеты в программе SolidWorks, Flo Works
- 2. 2. 1. Описание компьютерной модели
- 2. 2. 2. Результаты программных расчётов
- 2. 3. Выводы из компьютерных расчетов
- Глава 3. Экспериментальная часть
- 3. 1. Технология изготовления ступеней
- 3. 2. Геометрия испытуемых ступеней
- 3. 3. Описание стенда
- 3. 4. Методика проведения испытаний
- 3. 4. 1. Снимаемые в ходе испытаний параметры и приборы для их измерения
- 3. 4. 2. Методика проведения испытаний и обработки результатов эксперимента
- 3. 4. 3. Определение величин погрешностей экспериментальных данных
- 3. 4. 4. Погрешность измерения частоты вращения вала насоса
- 3. 4. 5. Погрешность измерения напора насоса
- 3. 4. 6. Погрешность определения мощности на валу насоса
- 3. 4. 7. Погрешность измерения подачи насоса
- 3. 4. 8. Погрешность определения к.п.д. насоса
- 3. 5. Результаты натурных экспериментов
- 3. 5. 1. Анализ результатов натурных экспериментов
- 3. 5. 2. Сравнение результатов натурных и компьютерных экспериментов
- 3. 6. Методика проектирования ступени частотно-регулируемого погружного электроцентробежного насоса
Повышение эффективности эксплуатации УЭЦН с частотно-регулируемым приводом при повышенных скоростях вращения ротора установки (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Значительное количество нефти, добывается в России с использованием установок погружных электроприводных центробежных насосов (УЭЦН). При этом большая доля добычи приходится на районы со сложными климатическими условиями, и удалённые от производителей нефтепромыслового оборудования, что влечёт за собой повышенные затраты на доставку и хранение насосных установок.
Добыча нефти сопровождается осложнениями, параметры которых могут изменяться в широких пределах в течение достаточно короткого промежутка времени (сравнимого с межремонтным периодом УЭЦН). Это вызвано ухудшающейся в процессе добычи проницаемостью пород, изменением режимов отбора жидкости и закачки для поддержания пластового давления (ППД)', изменением обводнённости, плотности жидкости, газового фактора, вязкости жидкости и т. д. При достаточно больших межремонтных периодах работы насосной установки (300−900 суток) эти осложнения приходятся на период эксплуатации одной установки. Все эти параметры оказывают существенное влияние на режим работы системы скважина — насосная установка. Кроме того, существует значительное число различных осложнений, которые могут и не изменяться в процессе работы насосной установки, однако они также сильно влияют на её эксплуатацию. Наиболее часто встречающаяся проблема — это большое содержание нерастворённого (свободного) газа (большой газовый фактор) в жидкости на приёме насоса. Большой газовый фактор сопутствует эксплуатации УЭЦН как на ранних стадиях разработки, так и на завершающих. Кроме того форсированный отбор нефти, получающий всё большее распространение ведёт к высокому газосодержанию на приёме насоса. Однако, газ имеет двоякое влияние: с одной стороны отрицательное, с другойположительное. Высокое входное газосодержание, приводит к существенному снижению развиваемого давления и подачи насосной установки. Нередки случаи, когда повышенное газосодержание на приёме насоса приводит к срыву подачи установки. Однако, актуальную задачу сокращения потребления электроэнергии можно решить при помощи использования полезной работы газа в насосно-компрессорных трубах (НКТ). То есть необходимо, чтобы как можно больше газа попадало в НКТ. Поэтому создание УЭЦН способного перекачивать газожидкостную смесь с высоким содержанием свободного газа является актуальной задачей.
Эффективное использование УЭЦН в течение его периода эксплуатации требует согласования параметров системы скважина-погружная установка. Однако этого не всегда удаётся добиться в связи с тем, что существующие установки имеют достаточно небольшую рабочую зону. Диапазон рабочих параметров ограничивается целым рядом разносторонних факторов.
В связи с этим, безусловно, актуальной является задача синхронизации параметров системы «скважина-насос», т. е. необходимость регулирования параметров (обычно расход и напор) насосной установки. Представляется перспективным осуществление такой синхронизации путем изменения частоты вращения вала насоса (частотное регулирование). За последние годы произошло существенное развитие оборудования, позволяющего задавать частоту вращения ротора-насосной установки’более 10 000 об./мин. Разработка новых конструкций высокооборотных (т.е. выше 3000 об./мин.) УЭЦН является комплексной задачей, которая требует не только применения новых материалов, но и новых конструктивных схем, новой геометрии проточных каналов, новых конструкций электродвигателей и т. д.
Поэтому применение насосных установок способных адаптироваться к изменяющимся в широких пределах параметрам скважины и перекачивать при этом газожидкостные смеси с большим содержанием нерастворенного газа является актуальной задачей.
Учитывая изложенное выше, целью данной диссертации является повышение эффективности эксплуатации скважин УЭЦН с частотно-регулируемым электроприводом при повышенных частотах вращения.
Основные результаты и выводы работы сводятся к следующему:
— классифицированы по принадлежности к механической, гидравлической, электрической областям факторы, которые являются ограничителями рабочей области насосной установки,.
— на основе анализа гидравлических факторов установлено, что не существует причин, представляющих серьёзные ограничения рабочего диапазона. Существующие рамки рабочей области обосновываются факторами, не связанными непосредственно с гидродинамикой. Слева рабочая область ограничена следующими факторами: минимальный дебит жидкости необходимый для охлаждения электродвигателя и осевая сила, возникающая в насосе, а справа — режимом «всплытия» колёс. Всплытие колёс происходит из-за особенностей геометрии колеса, поэтому чисто к гидравлическим факторам его относить нельзя;
— проведены виртуальные (компьютерные) эксперименты, которые позволили смоделировать линии тока в ступени насоса. На основании рассчитанных картин линий токов жидкости установлено, что возникает не один межлопастной вихрь, а два. Предположено, что эти вихри способствуют скоплению газовой фазы за нерабочей поверхностью, лопаток. За счет этого происходит срыв подачи. На основании этого предложена конструкция колеса, позволяющая снизить влияние свободного газа;
— проведены натурные эксперименты, подтвердившие эффективность предложенных изменений. Удалось повысить срывное" содержание газа с 2,5% до 3,4% (при испытании на смеси вода-воздух) и при этом расширить область работы на газожидкостной смесиисследовано влияние геометрических размеров предлагаемых дополнительных лопастей. Автором показано, что наиболее эффективным является установка дополнительных лопастей под прямым углом к радиусу колеса в количестве, которое в два раза меньше количества основных лопастей, при этом число основных лопастей должно быть чётнымдополнена методика существующего конструктивно-аналитического метода, разработанного в ОКБ БН «Коннас», представленного в работе П. Д. Ляпкова [51], расчета колес с предлагаемыми изменениями в геометрии.
Дальнейшее развитие УЭЦН с частотонорегулируемым приводом будет связано с совершенствованием: конструкций подшипниковых узлов, которые позволят снизить уровень вибрации, материалов, которые позволят снизить массу и инерцию ротора установки, повысить износостойкость, электрооборудования, в первую очередь коллекторных узлов электродвигателей или встроенных тахогенераторов, которые позволят подавать по кабелю постоянный ток и снизить тем самым активные потери приводящие к нагреву.
Заключение
.
Список литературы
- Агеев Ш. Р., Григорян Е. Е., Макиенко Г. П. Российские установки лопастных насосов для добычи нефти и их применение. Энциклопедический справочник. Пермь: ООО «Пресс-Мастер», 2007, 645с.
- Агеев Ш. Р., Ляпков П.Д. Влияние масштабного фактора на гидравлический коэффициент полезного действия центробежного насоса
- Агеев Ш. Р., Карелина Н. И., Дружинин Е. Ю. Условия наибольших наработок погружных лопастных насосов для добычи нефти при повышенном газосодержании на входе — Бурение и нефть, 2004, № 11 с.14−17.
- Аксёнов Г. И. Работа погружных центробежных насосов на многокомпонентных смесях. Дисс. канд. техн. наук. — Тюмень, 1971. -116 с.
- Алибеков Б.И., Листенгартен Л. Б., Пирвердян A.M. Подлив дегазированной жидкости для борьбы с вредным влиянием газа на работу погружного центробежного электронасоса — Изв. ВУЗов. Нефть и газ, 1963, № 8, с.51−55.
- Аринушкин Л.С., Абрамович Р. Б., Полиновский А. Ю. и др. Авиационные центробежные насосные агрегаты // Под ред. Г. М.132
- Заславского. М.: Машиностроение. — 1967. — 256 с.
- Алямовский А.А., Собачкин А. А., Одинцов Е. В., Харитонович А. И., Пономарёв Н.Б. SolidWorks 2007/2008. Компьютерное моделирование/- Спб.: БВХ-Петербург, 2008.- 1040с.
- Бадеке К., Градевальд А., Хундт К.-Х. и др. Насосы: Справочное пособие / Под ред. В. Плетнера. М.: Машиностроение. — 1979. — 502 с.
- Бажайкин С.Г., Володин В. Г. О причинах срыва подачи при работе центробежного насоса на газожидкостных смесях. Машины и нефтяное оборудование, 1976, № 6, с. 21 — 22.
- Бажайкин С.Г. Исследование влияния свободного газа на работу центробежного насоса при перекачке газожидкостных смесей по промысловым трубопроводам. Дис. канд. техн. наук. — Уфа, 1979. -160 с.
- Богданов А.А. Погружный центробежные электронасосы для добычи нефти. Недра, 1968. — 270 с.
- Брилл Дж.П., Мукерджи X. Многофазный поток в скважинах. -Москва-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2006. 384 с.
- Васильев Б.А., Грецов Н. А. Гидравлические машины. М.: Агропромиздат. — 1988. — 272 с.
- Вербицкий B.C. Результаты промышленного внедрения технологии «Тандем» на Лугинецком месторождении-// Нефтепромысловое дело -2003 г., № 9, с. 19.
- Вербицкий B.C., Дроздов А. Н., Деньгаев А. В. и др. Промысловые исследования насосно-эжекторных систем «Тандем» в ОАО «Юганскнефтегаз» //Нефтяное хозяйство 2005 г., № 2, с.96−99.
- Голубев А.И. Лабиринтно-винтовые насосы и уплотнения для агрессивных сред. М.: Машиностроение. -1981.-112 с.
- ГОСТ 17 398–72. Насосы. Термины и определения.
- Гринштейн Н.Е. Центробежные насосы с открытыми рабочими колесами для эксплуатации нефтяных скважин. Дис.. канд. техн. наук.-М., 1965.- 155 с.
- Дарищев В.И., Ивановский Н. Ф., Ивановский В. Н. и др. Комплекс работ по исследованию и снижению самопроизвольных расчленений (PC-отказов) скважинных насосных установок/ М.: ВНИИОЭНГ, 2000. — 84 с.
- Домбровский В. В., Зайчик В. М. Асинхронные машины. Теория, расчет, элементы проектирования / Л.: Энергоатомиздат, 1990. — 368 с.
- Донской Ю.А. «Один из критериев определения верхнего предела частоты вращения ротора ЭЦН»: Территория нефтегаз, № 8, 2007 г., с. 68−70.
- Донскойi Ю.А., Дарищев А. Ю. «К вопросу об изменении технологических параметров скважины и регулировании работы погружных насосов»: Нефтепромысловое дело, № 2, 2008 г., с. 47−50.
- Дроздов А. Н. Влияние числа диспергирующих ступеней на характеристику погружного центробежного насоса. Нефтепромысловое дело, 1982, № 5, с. 19−21.
- Дроздов А. Н. Исследование работы погружного центробежного134насоса при откачке газожидкостной смеси. М.: ГАНГ им. И. М. Губкина, 1994. — 29 с.
- Дроздов А.Н. Влияние свободного газа на характеристики погружных насосов. Нефтяное хозяйство, 2003, № 1, с. 66−70.
- Дроздов А.Н., Ляпков П. Д., Игревский В. И. Зависимость степени влияния газовой фазы на работу погружного центробежного насоса от пенистости жидкости. Нефтепромысловое дело, 1982, № 10, с. 16 — 18.
- Зайцев Ю. В., Балакиров Ю. А. Добыча нефти и газа. М.:Недра, 1981.-384 с.
- Ивановский В.Н., Дарищев В. И., Сабиров А. А., и др. Оборудование для добычи нефти и газа М., ГУЛ Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, 2002, ч.1,2. — 768 с.
- Ивановский В.Н., Сазонов Ю. А., Сабиров А. А., Соколов Н. Н., Донской Ю. А. «О некоторых перспективных путях развития УЭЦН»: Территория нефтегаз, № 5, 2008 г., с. 61−63.
- Игревский Л.В., Макаров Е. М. Экспериментальные исследования влияния свободного газа на характеристики многоступенчатых погружных центробежных и центробежно-вихревых насосов. -Надежность и сертификация оборудования для нефти и газа, № 3, 2002, с. 35−42.
- К анализу рабочих характеристик центробежных погружных насосов для малодебитных скважин. О. М. Перельман, И. П. Трясцын, Д. Ю. Мельников и др. Нефтепромысловое дело, 1999, № 2.
- Карелин В.Я. Кавитационные явления в центробежных и осевых насосах. Издание второе переработанное и дополненное. — М.: Машиностроение. 1975. — 335с.
- Каталог продукции ЗАО «Новомет-Пермь»: ЗАО «Новомет», Пермь, 2009 г.
- Каталог продукции ОАО «Алнас»: ОАО «Алнас», Альметьевск, 2009 г.
- Киселев И.И., Герман A.JL, Лебедев Л. М., Васильев В. В. Крупные осевые и центробежные насосы: Справочное пособие. — М.: Машиностроение. 1977. — 184 с.
- Кривченко Г. И. Гидравлические машины: Турбины и насосы. М.: Энергоатомиздат. — 1983. — 320 с.
- Кузьмичёв Н.П. Кратковременная эксплуатация скважин и перспективы развития нефтедобывающего оборудования: -Территория нефтегаз, 2005 г., № 6 с.
- Кучкин А.Г., Кузнецов Е. В. Методика Расчёта осевых сил в центробежных насосах: Электронный журнал «Исследовано в России» http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2004/142.pdf, с. 1549−1558.
- Ломакин. А.А. «Центробежные и осевые насосы». Л., «Машиностроение», 1966 г.- 365с.44. «Лопастные насосы». Под ред. Л. П. Грянко, А. П. Папира. Л., «Машиностроение» 1975 г.- 432с.
- Ляпков П.Д., Агеев Ш. Р. Влияние шероховатости поверхностей проточных каналов на гидравлический к.п.д. ступеней центробежных насосов малых размеров
- Ляпков П. Д. Движение сферической частицы относительно жидкости в межлопаточном канале рабочего колеса центробежного насоса. Тр. /МИНХ и ГП, 1977, вып. 129, с. 3 — 36.
- Ляпков П. Д. О формах течения водовоздушных смесей в каналах136рабочих органов центробежного насоса. Химическое и нефтяное машиностроение, 1968, № 10, с. 5 — 8.
- Ляпков П.Д. Влияние газа на работу погружного центробежного насоса ЭН-95−800. Нефтяное хозяйство, 1958, № 2, с.43−49.
- Ляпков П.Д. Влияние газа на работу ступеней погружных центробежных насосов. Тр. /ВНИИ, 1959, вып.22, с. 59 — 89.
- Ляпков П.Д. Влияние числа М на рабочую характеристику погружных центробежных насосов, перекачивающих газожидкостную смесь. Тр. /МИНХ и ГП, 1972, вып.99, с. 96 — 100.
- Ляпков П.Д. Диссертация на соискание степени к.т.н. «Анализ некоторых особенностей конструирования и эксплуатации погружных центробежных электронасосов для добычи нефти и методика расчета их рабочих органов», М., ВНИИнефть, 1955 г.
- Машин А.Н. «Профилирование проточной части рабочих колёс центробежных насосов». — М, Московский энергетический институт, 1976 г.-56с.
- Меерович М.И., Шрагина Л. И. Теория решения изобретательских задач. Минск: Харвест. — 2003. — 428 с.
- Михайлов А.К., Малюшенко В. В. «Лопастные насосы». — М., «Машиностроение» 1977 г.-288с.
- Михайлов А.К., Малюшенко В. В. «Конструкция и расчёт центробежных насосов высокого давления». — М., «Машиностроение» 1971 г.-304с. •
- Муравьёв И. М1, Мищенко И. Т. Эксплуатация погружных центробежных электронасосов в вязких жидкостях и газожидкостных смесях. М.: «Недра», 1969. — 248 с.
- Муравьёв И.М., Репин Н. Н. Исследование движения многокомпонентных смесей в скважинах. М.: «Недра», 1972 — 208 с.137
- Овсянников Б.В., Чебаевский В. Ф. Высокооборотные лопаточные насосы М.: Машиностроение, 1975. — 336 с.
- Пак П.Н., Белоусов А. Я., Тимшин А. И. и др. Насосы АЭС: Справочное пособие / Под ред. П. Н. Пака. — М.: Энергоатомиздат. — 1989.-328 с.
- Петров В.И., Чебаевский В. Ф. Кавитация в высокооборотных лопастных насосах М.: Машиностроение, 1982. — 192 с.
- Пирвердян A.M. Гидромеханика глубинонасосной эксплуатации. М., «Недра», 1965, 191 с.
- Пфлейдерер К. Лопаточные машины для жидкостей и газов. Пер. с нем. — 4-е изд., перераб. — М.:Машгиз, 1960. — 683 с.
- Пчелинцев Ю.В. Полёты насосов. М.: ВНИИОЭНГ, 2003, 392 с.
- Ропалов В.А. Исследование особенностей работы погружных центробежных насосов на водонефтегазовых смесях. Дис. канд. техн. наук. — М., 1982.-194 с.
- Соколов Н.Н., Донской Ю. А., Сабиров А. А. «О влиянии геометрических параметров на характеристику ЭЦН»: Управление качеством в нефтегазовом комплексе № 2, 2009 г., с. 60−61.
- Соломахова Т.С., Чебышева К. В. Центробежные вентиляторы. Аэродинамические схемы и характеристики. М.: Машиностроение. — 1980.-176 с.
- Сокорев В.Н. Исследование процесса сепарации газа в условиях искусственной кавитации с целью создания газосепараторов к погружным центробежным насосам с учётом структуры нефтегазовых смесей. Диссертация канд. техн. наук. — М., 1992.
- Степанов А.И. «Центробежные и осевые насосы». Издание второе. — М., Машгиз, 1960 г.- 460с.
- Стесин С.П., Яковенко Е. А. «Лопастные машины и138гидродинамические передачи». М., «Машиностроение», 1990 г. -240с.
- Трулев А.В. Диссертация на соискание степени к.т.н. «Совершенствование проточных частей газосепараторов, работающих на смесях жидкость-газ», М. 1999.
- Универсальная методика подбора УЭЦН к нефтяным скважинам (УМП ЭЦН 79). — М.: ОКБ БН, 1979. — 169 с.
- Фардиев М.А. Анализ «полётов» установок УЭЦН в Западной Сибири -Нефтепромысловое дело, № 3 2000 с. 23−26.
- Филиппов В.Н., Агеев Ш. Р., Задов Е. А., Каплан А. Р. Принципы оптимальной компоновки «WY из стандартных ступеней. Тр./ВНИИ, 1984, вып. 89, с. 40−44.
- Холщевников К.В. Теория и расчет авиационных лопаточных машин. М.: Машиностроение. — 1970. — 611 с.
- Центробежные вентиляторы / Под ред. Т. С. Соломаховой. М.: Машиностроение. — 1975. — 416 с.
- Чебаевский В.Ф., Петров В. И. Кавитационные характеристики шнеко-центробежных насосов М.: Машиностроение, 1973.
- Черкасский В.М. Насосы, вентиляторы, компрессоры. М.: Энергоатомиздат. — 1984. — 416 с.
- Чиняев И.А. «Лопастные насосы» Справочное пособие. Л.: Машиностроение. — 1973. — 184 с.
- Шерстюк А.Н. «Насосы, вентиляторы и компрессоры». М. «Высшая школа», 1972 г.- 344с.
- Интернет сайт программного комплекса «Автотехнолог» http://autotechnologist.com/index.html
- Freet, T.G., McCaslin, К.Р., Oryx Energy Co. Successful submersible lift operations in gassy horizontal wells, Pearsall Field, Texas. SPE annual139technical conference and exhibition, 4−7 October 1992, Washington, D.C.
- James F. Lea, Amoco RPM/EPTG- John L. Bearden, Centrilift. ESP’s: On and Offshore Problems and Solutions. SPE Mid-Continent Operations Symposium, 28−31 March 1999, Oklahoma City, Oklahoma.
- Деньгаев A.B. Диссертация на соискание степени к.т.н. «Повышение эффективности эксплуатации скважин погружными центробежными насосами при откачке газожидкостных смесей», М., 2005