Определение характера изменения вязкости жидкости по длине скважинного насоса
Результаты экспериментальных испытаний ступени электроцентробежного насоса ЭЦН7А-1000Э на масле. Расчет температуры и вязкости рабочей жидкости в зависимости от числа ступеней насоса, оценка вклада этих изменений на напор и потребляемую насосом мощность.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 18.01.2021 |
| Размер файла | 267,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Статья по теме:
Определение характера изменения вязкости жидкости по длине скважинного насоса
Никитин В.А. Студент магистратуры 1 курс, Отделение нефти и газа Национальный исследовательский Томский политехнический университет Россия, г. Томск
Аннотация
насос масло мощность вязкость
Представлены результаты экспериментальных испытаний ступени электроцентробежного насоса ЭЦН7А-1000Э на масле. По результатам эксперимента проведен расчет температуры и вязкости рабочей жидкости в зависимости от числа ступеней насоса и оценен вклад этих изменений на напор и потребляемую насосом мощность.
Ключевые слова: вязкая нефть, центробежный насос, ньютоновская жидкость.
Abstract
The results of experimental tests of the stage of an electric centrifugal pump ESP7A-1000E on oil are presented. According to the results of the experiment, the temperature and viscosity of the working fluid were calculated depending on the number ofpump stages and the contribution of these changes to the head and power consumed by the pump was estimated.
Keywords: viscous oil, centrifugal pump, Newtonian fluid.
По мере истощения запасов традиционной нефти основным объектом добычи становится вязкая нефть. В настоящее время добыча вязкой нефти преимущественно ведется методом парогравитационного дренажа (SteamAssistedGravityDrainage) из малодебитных скважин. Новым направлением в добыче вязкой нефти можно считать начавшиеся разработки морских высокодебитных скважин, которые ведутся с использованием серийных ЭЦН (электроцентробежный насос) [1]. При реализации этого направления работ возникла проблема подбора применяемых в них серийных насосов для новых условий эксплуатации. Пока известны лишь единичные примеры ее решения. Так в [2] работу насоса (0ном = 1000 бар/сут) моделировали в стендовых условиях. В качестве модельной жидкости использовали глицерин. Варьировали частоту вращения вала насоса (1800-3500 об/мин), вязкость жидкости (60-1000 сП) и концентрацию нерастворенного газа (0-30 %). В [3] модельной жидкостью было масло. Измеряли влияние вязкости (1-2000 сП) при фиксированной частоте вращения вала на рабочие характеристики насоса внутри рабочей области подач 11000-40000 бар/сут. В обоих случаях вязкость варьировали изменением температуры рабочей среды.
К недостаткам такого подхода можно отнести то, что в [2] и [3] каждый раз, перед установкой насоса в скважину, моделировали его работу в стендовых условиях. Это высоко затратный способ избежать несоответствия насоса скважинным условиям. Необходима разработка общих принципов учета влияния условий работы (вязкости, частоты вращения вала и подачи) на характеристики насосов.
В данной работе были проведены стендовые испытания одного из типичных серийных насосов (ЭЦН7А-1000Э) для высокодебитных скважин на ньютоновской жидкости (масле). По результатам испытания была проведена оценка уменьшения вязкости по длине насоса из-за нагрева рабочей жидкости. При подборе многоступенчатого насоса для добычи вязкой жидкости следует учитывать нагрев рабочей жидкости в ступенях и уменьшение ее вязкости вдоль насоса. Нагрев происходит по двум причинам: за счет выделения тепла в ступенях насоса и за счет сжатия жидкости насосом.
Начнем с оценки нагрева за счет выделения тепла в ЭЦН7А-1000Э при подаче 1600 м3/сут (10000 bpd) на 6000 об/мин. В таблице 1 приведены полученные в стендовых испытаниях зависимости мощности, потребляемой ступенью, напора и КПД от вязкости рабочей жидкости при этих условиях работы.
Таблица 1 - Зависимость потребляемой мощности, напора и КПД ступени от вязкости рабочей жидкости
|
Вязкость (п), сП |
Потребляемая мощность, кВт |
Напор, м |
КПД |
|
|
75 |
11.8 |
35.1 |
0.53 |
|
|
175 |
12.3 |
30.3 |
0.44 |
|
|
265 |
12.8 |
28.4 |
0.39 |
|
|
370 |
13.3 |
25.2 |
0.33 |
Зависимость вязкости от температуры ц(Т) различна для нефтей разных месторождений. В качестве примера мы выбрали зависимость, приведенную на рис. 1.
Рисунок 1 - Пример зависимости вязкости скважинной жидкости от температуры
Пусть скважинная жидкость имеет температуру 82 0С и обводненностьЬ = 0,35. До попадания в насос жидкость нагревается теплом, выделяемым ПЭД (погружной электродвигатель). Если мощность ПЭД равна 600 кВт, а КПД вентильного ПЭД (р) равен 95 %, то жидкость, омывающая ПЭД, получит
Это тепло увеличит температуру жидкости, поступающей на прием ЭЦН, на
где р = 850 кг/м3, 2 = 1600 м3/сут, или 0,0185 м3/с, теплоемкость считали по правилу смеси Ср = 2500 Дж/кг-К. На входе в насос температура жидкости будет примерно равна 82 0С.
Данные, приведенные в таблице позволяют вычислить - количество тепла, выделяемое при работе одной ступени на жидкости вязкостью при температуре Т: температура жидкости на выходе из п+1 ступени вычисляется как
Полученные распределения температуры по длине насоса ЭЦН7А-1000Э (28 ступеней) приведено на рис. 2, кривая 1. Видно, что в насосе жидкость нагрелась на 5о С.
Нагрев жидкости из-за ее сжатия в насосе [5]
где а - коэффициент изотермического расширения (а ~ 10-3 К-1), процесс считаем адиабатическим, или
где Нп - напор п-й ступени. С учетом обоих механизмов
Распределение температуры по длине насоса приведено на рис. 2, кривая 2. Суммарный нагрев жидкости составляет 6 оС.
Рисунок 2 - Распределение температуры жидкости по длине насоса
Рисунок 3 - Распределение вязкости по длине насоса
Распределение вязкости по длине насоса представлено на рис. 3. Видно, что на входе в насос вязкость была 340 сП, но на выходе примерно 260 сП.
Суммарная мощность, потребляемая насосом, уменьшилась из-за нагрева жидкости на 5,3 кВт, или 1,4 %. Напор на ступень вырос с 25,7 до 27,6 м, а насоса в целом на 3,4 %. Суммарная осевая сила, создаваемая всеми ступенями насоса, выросла на 2,6 %.
Использованные источники
1. Ященко И.Г., Нестерова Г.В. Нефтегазовые ресурсы арктического сектора // Интерэкспо Гео-Сибирь. - 2015. - Т. 2, № 1. - С. 222-226.
2. On the influence of viscosity upon ESP performance. SPE 110661 / G. Amalar, V. Estevan, P. Brasileiro, F. Franca. - ESP Workshop, 2007.
3. Brazil field experience of ESP performance with viscous emulsions and high gas using multi vane MVP and high power ESPs. SPE 185141-MS / Barrios, M. Rojas, G. Monteiro, N. Sleight. - ESP Workshop, 2017.
4. Лоренц Г.А. Лекции по термодинамике. - Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2001. - 176 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Расчет оптимального забойного давления, потенциального дебита скважины, оптимальной глубины погружения насоса. Расчет изменения давления на устье скважины от изменения давления в затрубном пространстве и распределения температуры по стволу скважины.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 09.01.2013Сущность метода Стокса по определению коэффициента вязкости. Определение сил, действующих на шарик при его движении в жидкости. Оценка зависимости коэффициента внутреннего трения жидкостей от температуры. Изучение ламинарных и турбулентных течений.
лабораторная работа [1001,4 K], добавлен 15.10.2010Расчет кинематического коэффициента вязкости масла при разной температуре. Применение формулы Убеллоде для перехода от условий вязкости к кинематическому коэффициенту вязкости. Единицы измерения динамического и кинематического коэффициентов вязкости.
лабораторная работа [404,7 K], добавлен 02.02.2022Расчет потерь напора при турбулентном режиме движения жидкости в круглых трубопроводах и давления нагнетания насоса, учитывая только сопротивление трения по длине. Определение вакуума в сечении, перемешивания жидкости, пульсации скоростей и давлений.
контрольная работа [269,2 K], добавлен 30.06.2011Расчет значения среднеинтегрального напора насоса по смеси и соответствующей ему величине среднеинтегральной подачи смеси путем интегрирования подачи от давления у входа до давления на выходе из насоса. Расчет кавитационного режима работы насоса.
презентация [1,9 M], добавлен 04.05.2016Параметры насоса и ступени. Определение размеров на входе в рабочее колесо. Проверочный расчет на кавитацию. Построение приближенной напорной характеристики насоса. Спиральный отвод. Расчет осевой силы, действующей на ротор и разгрузочного устройства.
курсовая работа [258,8 K], добавлен 30.06.2014Экспериментальная проверка формулы Стокса и условий ее применимости. Измерение динамического коэффициента вязкости жидкости; число Рейнольдса. Определение сопротивления жидкости, текущей под действием внешних сил, и сопротивления движущемуся в ней телу.
лабораторная работа [339,1 K], добавлен 29.11.2014Вязкость - свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одного слоя вещества относительно другого. Определение коэффициента вязкости жидкости методом Стокса. Законы и соотношения, использованные при расчете формулы.
лабораторная работа [531,3 K], добавлен 02.03.2013Расчет диаметров всасывающего и нагнетательного трубопроводов насосной станции. Уточнение диаметра труб и скорости движения воды. Построение характеристики сети и нахождение рабочей точки совместной работы насоса и сети. Расчет рабочих параметров насоса.
курсовая работа [612,5 K], добавлен 28.04.2012Определение вязкости биологических жидкостей. Метод Стокса (метод падающего шарика). Капиллярные методы, основанные на применении формулы Пуазейля. Основные достоинства ротационных методов. Условия перехода ламинарного течения жидкости в турбулентное.
презентация [571,8 K], добавлен 06.04.2015Причина возникновения сил вязкого трения в жидкостях. Движение твердого тела в жидкости. Определение вязкости жидкости по методу Стокса. Экспериментальная установка. Вязкость газов. Механизм возникновения внутреннего трения в газах.
лабораторная работа [61,1 K], добавлен 19.07.2007Физико-химическая характеристика жидкости. Определение основных параметров потока гидравлической сети. Нахождение потерь на трение. Определение местных гидравлических сопротивлений и общих потерь. Потребляемая мощность насоса. Расчет расхода материала.
контрольная работа [69,4 K], добавлен 14.12.2013Решение задач по гидростатике: определение давления жидкости на стенки резервуара при ее нагреве, расчет минимального и конечного усилий для удержания крышки. Расчёт линейного сопротивлении трубопровода. Определение рабочей точки при работе насоса.
контрольная работа [1,1 M], добавлен 27.06.2010Определение веса находящейся в баке жидкости. Расход жидкости, нагнетаемой гидравлическим насосом в бак. Вязкость жидкости, при которой начнется открытие клапана. Зависимость расхода жидкости и избыточного давления в начальном сечении трубы от напора.
контрольная работа [489,5 K], добавлен 01.12.2013Силы и коэффициент внутреннего трения жидкости, использование формулы Ньютона. Описание динамики с помощью формулы Пуазейля. Уравнение Эйлера - одно из основных уравнений гидродинамики идеальной жидкости. Течение вязкой жидкости. Уравнение Навье-Стокса.
курсовая работа [531,8 K], добавлен 24.12.2013Задачи расчёта трубопроводов с насосной подачей: определение параметров установки, выбор мощности двигателя. Определение величины потерь напора во всасывающей линии и рабочей точке насоса. Гидравлический расчет прочности нагнетательного трубопровода.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 26.02.2012Определение расчетных выходных параметров гидропривода. Назначение величины рабочего давления и выбор насоса. Определение диаметров трубопроводов, потерь давления в гидросистеме, внутренних утечек рабочей жидкости, расчёт времени рабочего цикла.
курсовая работа [73,4 K], добавлен 04.06.2016Сущность ньютоновской жидкости, ее относительная, удельная, приведённая и характеристическая вязкость. Движение жидкости по трубам. Уравнение, описывающее силы вязкости. Способность реальных жидкостей оказывать сопротивление собственному течению.
презентация [445,9 K], добавлен 25.11.2013Выбор способа регулирования производительности центробежного насоса, мощности и типа асинхронного двигателя. Расчет элементов вентильной каскадной группы. Использование электропривода центробежного насоса по схеме асинхронного вентильного каскада.
курсовая работа [900,0 K], добавлен 19.03.2013Расчет простого трубопровода, методика применения уравнения Бернулли. Определение диаметра трубопровода. Кавитационный расчет всасывающей линии. Определение максимальной высоты подъема и максимального расхода жидкости. Схема центробежного насоса.
презентация [507,6 K], добавлен 29.01.2014
