Исследование теплового состояния электроцентробежного насоса низкой производительности и разработка способа защиты от перегрева

• Автор: Гареев, Адиб Ахметнабиевич
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 144 с. : ил.

Введение
ГЛАВА
ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭЛЕКТРОЦЕНТРОБЕЖНЫХ
НАСОСОВ ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ
1.1 Факторы, осложняющие скважинную добычу нефти
установкой ЭЦН
1.2 Оценка общего теплопритока в области насосной установки
1.3 Вклад погружного насоса в процесс теплопритока
1.4 Оценка теплопритока из погружного электродвигателя
1.5 Моделирование теплообмена между погружным электродвигателем и флюидом
1.6 Оценка теплопритока в методиках по подбору УЭЦН
1.7 Вычисление теплопритока по методике БашНИПИ
1.8 Промысловое исследование температуры погружного электродвигателя в процессе эксплуатации 61 1.9.Экспериментальная оценка максимальной температуры в насосе
ГЛАВА
ПРОМЫСЛОВЫЕ ИССЛЕДОВАИЯ КОЭФФИЦИЕНТА СЕПАРАЦИИ НАСОСНЫХ СЕПАРАТОРОВ
2.1 Оценка эффективности работы газосепараторов
2.2 Определение коэффициента сепарации существующими
методами
2.3 Решение задачи определения коэффициента сепарации газа на приёме насоса
2.4 Экспериментальное исследование коэффициента сепарации
ГЛАВА
РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ ТЕРМИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЭЛЕКТРОЦЕНТРОБЕЖ НОГО НАСОСА
3.1 Математическое описание теплового состояния погружного насоса

в первом приближении
3.2 Сравнительный анализ полученных результатов
3.3.Технологический режим эксплуатации электроцентробежной
установки
ГЛАВА
ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ
4.1 Экспериментальные работы по обоснованию возможности защиты
кабельной линии от перегрева насоса.
4.2 Защита плоской части кабельной линии
4.3 Анализ результатов применения защиты кабельного удлинителя
от воздействия высокой температуры секций насоса
Заключение
Список литературы
Приложение
ВВЕДЕНИЕ
Современный этап развития нефтяной промышленности характеризуется вовлечением в разработку залежей с низкими коллекторскими свойствами и, как правило, указанные объекты имеют низкие дебиты (15-35 м3/сутки). Интенсификация притока жидкости применением бурения пологонаправленных стволов, гидроразрыва пласта полностью проблему по увеличению дебитов скважин не решают. В итоге, в эксплуатационном фонде скважин, более половины составляют электроцентробежные насосы (ЭЦН) производительностью менее 50 м3/сутки. Низкопроизводительные установки электроцентробежных насосов в то же время часто выходят из строя («отказывают») и имеют самый наименьший межремонтный период эксплуатации.
Установка ЭЦН состоит из четырех основных узлов: погружного электродвигателя (ПЭД), гидрозащиты, насоса и кабельной линий. Эксплуатация установок ЭЦН в промысловых условиях показывает, что около одной третьи «отказов по узлам» приходится на кабель, а именно, на так называемый «кабельный удлинитель» - участку кабеля, прилегающего к насосу.
Расследование отказавших установок по кабельному удлинителю выявляет, что 80 % отказов происходит из-за перегрева прилегающего к насосу участка удлинителя. Температура среды в области нахождения удлинителя нередко превышает 100 °С, приводя к оплавлению электрической изоляции и смещению токопроводящих жил, и наступления режима «короткого замыкания». Аналогичное явление наблюдается и при применении термостойкого удлинителя, с рабочей температурой 230 °С; в случае применения термостойкого удлинителя, перегрев передается в муфтовое соединение с погружным электродвигателем, что приводит к отказу по электродвигателю.
К перегреву насоса приводит эксплуатация электроцентробежного насоса в режимах близких к «срыву подачи» - то есть в крайней левой части напорно-расходной характеристики ЭЦН (минимальный дебит, максимальный напор).

1.3 Вклад погружного насоса в процесе теплопритока
Рассмотрим процесс эксплуатации электроцентробежного насоса в постоянном режиме. Допустим, производительность установки, уровень жидкости в скважине, давление газожидкостной смеси на приеме насоса постоянные.
С точки зрения температурного режима погружного электродвигателя важно выделить из общего теплопритока ту часть, которая непосредственно связано с зоной его действия, т.е. величину ДТдв, учитывая, что приращение температуры жидкости в насосе ДТ„ас может быть подсчитано весьма просто [97]. Следовательно
где ДТ = (ТВЬ1К - Тс) - суммарный приток тепла в зоне погружной насосной установки; Тс - температура невозмущенной жидкости в скважине-аналоге на уровне погружного электродвигателя; Твык - температура в жидкости на выки-де насоса; ДТдв - ДТга(; - теплоприток соответственно в зонах двигателя и насоса.
Величина ДТнас определяется теплопритоком, связанным с работой сжатия и передачей теплоты во внешнюю среду:
Пренебрегая первым слагаемым в формуле (12) можно представить второе слагаемое в виде
где г] нас - коэффициент полезного действия насоса; Тн - средняя температура жидкости в насосе; ц р - коэффициент, учитывающий сжимаемость пластовой жидкости, ДРтс - перепад давления, развиваемый насосом; Я - коэффициент теплопроводности жидкости, А — коэффициент размерности, С - теплоемкость жидкости.
ДТдп = ДТ - ДТ,

сс „ вс