Влияние размеров проточной части мультифазных ступеней на диаметр пузырьков в газожидкостной смеси

Выведены уравнения, позволяющие оценивать увеличение среднего диаметра пузырьков свободного газа под действием центробежных сил и сил Кориолиса при движении газожидкостной смеси в каналах рабочих колес центробежных, диагональных и осевых ступеней. Увеличение напора, длины, числа лопастей в рабочем колесе и среднего диаметра пузырьков свободного газа на входе приводит к возрастанию сепарации в радиальном и тангенциальном направлениях, содержания свободного газа в отдельных областях и в итоге к объединению (коалесценции), возрастанию среднего диаметра пузырьков. Повышение расхода и вязкости рабочей жидкости приводит к уменьшению этих процессов. При разработке мультифазных насосов их следует делать многоступенчатыми, с короткими ступенями, имеющими относительно низкий напор, и, соответственно, малые радиальные габаритные размеры. Чем меньше диаметральный и осевой размеры ступени, тем лучше для работы на газожидкостной смеси. Показано, что по сравнению с осевыми ступенями мультифазные диагональные ступени с наклонно-цилиндрическими и винтообразными лопастями в рабочем диапазоне имеют более высокий напор при работе на жидкости без газа и газожидкостной смеси, особенно в многоступенчатом исполнении. Однако относительное снижение напора при работе на газожидкостной смеси выше у ступеней диагонального типа. При работе на грубодисперсных газожидкостных смесях диагональные ступени с высоким напором в мультифазном насосе должны содержать несколько ступеней.
EDN: TKBZPM, https://elibrary/tkbzpm

Литература

[1] Дроздов А.Н. Технология и техника добычи нефти погружными насосами в осложненных условиях. Москва, МАКС Пресс, 2008. 309 с.

[2] Деньгаев А.В. Повышение эффективности эксплуатации скважин погружными центробежными насосами при откачке газожидкостных смесей. Дисс. … канд. тех. наук. Москва, РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2005. 212 с.

[3] Агеев Ш.Р., Григорян Е.Е., Макиенко Г.П. Российские установки лопастных насосов для добычи нефти и их применение. Пермь, Пресс-Мастер, 2007. 645 с.

[4] Вахитова Р.И., Сарачева Д.А., Уразаков Д.Р. и др. Повышение эффективности работы погружных электроцентробежных установок при добыче нефти с высоким газосодержанием. Альметьевск, АГНИ, 2019. 104 с.

[5] Трулев А.В., Логинов В.Ф., Горбунов С.И. и др. Разработка и опытно-промышленное внедрение погружных УЭЦН концептуально новой конструкции для эксплуатации малодебитных скважин с высоким содержанием свободного газа и механических примесей. В: Сборник работ лауреатов Международного конкурса научно-технических и инновационных разработок, направленных на развитие топливно-энергетической и добывающей отрасли. Москва, Формат, 2019, с. 307–310.

[6] Трулев А.В., Тимушев С.Ф., Шмидт Е.М. Особенности стендовых испытаний газосепараторов установок погружных электроцентробежных насосов для добычи нефти. Нефть. Газ. Новации, 2020, № 7, с. 62–69.

[7] Трулев А.В., Тимушев С.Ф., Ломакин В.О. Концептуальные особенности методики стендовых испытаний газосепараторов установок погружных электроцентробежных насосов для добычи нефти. Насосы. Турбины. Системы, 2020, № 2, с. 11–27.

[8] Трулев А.В., Тимушев С.Ф., Ломакин В.О. и др. Проблемы разработки месторождений тяжелых нефтей со сложными геологическими условиями и пути их решения. Нефть. Газ. Новации, 2020, № 2, с. 55–60.

[9] Трулев А.В., Тимушев С.Ф., Ломакин В.О. и др. Совершенствование проточной части мультифазных ступеней с использованием мультифазного коэффициента относительной скорости движения дискретных частиц. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2023, № 9, с. 72–87, doi: http://dx.doi.org/10.18698/0536-1044-2023-9-72-87

[10] Мусинский А.Н. Разработка и исследование вихревых газосепараторов для высокодебитных скважин. Дисс. … канд. тех. наук. Пермь, ПНИПУ, 2021. 172 с.

[11] Trulev A., Verbitsky V., Timushev S. et al. Electrical submersible centrifugal pump units of the new generation for the operation of marginal and inactive wells with a high content of free gas and mechanical impurities. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng., 2019, vol. 492, art. 012041, doi: https://doi.org/10.1088/1757-899X/492/1/012041

[12] Trulev A., Timushev S., Lomakin V. Conceptual features of improving the flow-through parts of gas separators of submersible electric pumps systems for the production of formation fluid in order to improve the separating properties, energy efficiency and reliability. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng., 2020, vol. 779, art. 012036, doi: https://doi.org/10.1088/1757-899X/779/1/012036

[13] Trulev A., Kayuda M., Timushev S. et al. Conceptual features for improving the flow part of the multiphase stages of ESP submersible plants for small and medium feeds for extracting stratal liquid with a high free gas content. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng., 2020, vol. 779, art. 012042, doi: https://doi.org/10.1088/1757-899X/779/1/012042

[14] Cheremushkin V., Lomakin V., Kalin N. et al. Development and research of a borehole centrifugal pump stage. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng., 2020, vol. 779, art. 012055, doi: https://doi.org/10.1088/1757-899X/779/1/012055

[15] Ляпков П.Д. Движение сферической частицы относительно жидкости в межлопаточном канале рабочего колеса центробежного насоса. Труды МИНХ и ГП, 1977, № 129, с. 3–36.

[16] Соу С. Гидродинамика многофазных систем. Москва, Мир, 1971. 536 с.

[17] Мищенко И.Т. Скважинная добыча нефти. Москва, Нефть и газ, 2003. 816 с.

[18] Кутателадзе С.С., Стырикович М.А. Гидравлика газожидкостных систем. Москва-Ленинград, Госэнергоиздат, 1958. 232 с.

[19] Подвидз Л.Г., ред. Методическое пособие по расчету шнеко-центробежной ступени насоса. Москва, Изд-во МГТУ им Н.Э. Баумана, 1975. 64 с.

[20] Ломакин В.О., Петров А.И., Кулешова М.С. Исследование двухфазного течения в осецентробежном колесе методами гидродинамического моделирования. Наука и образование: научное издание, 2014, № 9. EDN: TDPOJT

[21] Пфлейдерер К. Лопаточные машины для жидкостей и газов. Москва, Машгиз, 1960. 683 с.

[22] Lomakin V.O., Kuleshova M.S., Bozh’eva S.M. Numerical modeling of liquid flow in a pump station. Power Technol. Eng., 2016, vol. 49, no. 5, pp. 324–327, doi: https://doi.org/10.1007/s10749-016-0623-9

[23] Lomakin V.O., Kuleshova M.S., Kraeva E.A. Fluid flow in the throttle channel in the presence of cavitation. Procedia Eng., 2015, vol. 106, pp. 27–35, doi: https://doi.org/10.1016/j.proeng.2015.06.005

[24] Gouskov A.M., Lomakin V.O., Banin E.P. et al. Minimization of hemolysis and improvement of the hydrodynamic efficiency of a circulatory support pump by optimizing the pump flowpath. Biomed. Eng., 2017, vol. 51, pp. 229–233, doi: https://doi.org/10.1007/s10527-017-9720-9

[25] Zharkovskii A., Svoboda D., Borshchev I. et al. Axial-flow pump with enhanced cavitation erosion resistance. Energies, 2023, vol. 16, no. 3, art. 1344, doi: https://doi.org/10.3390/en16031344

[26] Клименко Д.В. Методика расчета пульсаций давления в шнекоцентробежном насосе ЖРД трехмерным акустико-вихревым методом. Дисс. … канд. тех. наук. Москва, МАИ, 2016. 98 с.