Влияние локального мультифазного коэффициента сепарации и содержания свободного газа на напор ступени при работе на газожидкостной смеси

Выведены уравнения, позволяющие оценить при заданных для проточной части рабочего колеса локальных мультифазных коэффициентах, изменение напора и давления, которые развивают мультифазные лопастные ступени при работе на газожидкостной смеси, скорости движения жидкой и газообразной фаз и занимаемые ими площади в зависимости от физико-химических свойств рабочей жидкости, включая диаметр дискретных частиц, содержание свободного газа. На примере расчета осевой мультифазной ступени с заданными для шнекового рабочего колеса локальными мультифазными коэффициентами сепарации, показано, что содержание свободного газа в газожидкостной смеси оказывает незначительное влияние на напор ступени, а диаметр пузырьков свободного газа — значительное. Содержание свободного газа оказывает существенное влияние на перепад давления, создаваемого ступенью. Показано, что при стремлении отношения скорости проскальзывания газовой фазы к скорости течения жидкой фазы к единице образуется газовая пробка, относительная площадь, занимаемая газообразной фазой, стремится к единице, газ полностью перекрывает проточную часть мультифазной ступени, и рабочее колесо перестает создавать напор и давление.
EDN: EALCRH, https://elibrary/ealcrh

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] 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

[12] 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

[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] Толстогузов О.А., Кропоткин А.А., Малявко Е.А. Опыт испытаний полнокомплектных погружных установок на стендах-скважинах ОКБ БН. Арсенал нефтедобычи, 2015, № 1(18), с. 8–11.

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

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

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

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

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

[21] 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

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

[23] 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

[24] 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

[25] 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

[26] 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

[27] Овсянников Б.В., Чебоевский В.Ф. Высокооборотные лопаточные насосы. Москва, Машиностроение, 1975. 336 с.

[28] Шерстюк А.Н., Мешалкин С.М., Трулев А.В. и др. Выбор расчетного режима работы ступени погружного нефтяного насоса. Химическое и нефтяное машиностроение, 2003, № 8, с. 29–30.