Управление вторичными течениями в ступенях нефтяных насосов для снижения их гидроабразивного износа

• Автор: Островский, Виктор Георгиевич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 100 с. : ил.

Содержание
Введение

1 Гидроабразивный износ погружных насосов б

1.1 Механизм гидроабразивного износа

1.2 Недостатки типовых износостойких конструкций насосов

1.3 Методики ресурсных испытаний

1.4 Постановка задачи исследования

2 Методики исследований вторичных течений в ступенях насоса

2.1 Методика стендового моделирования гидроабразивного износа

ступеней погружных насосов

2.1.1 Влияние коррозионного фактора на гидроабразивный износ насоса

2.1.2 Влияние частоты вращения вала
2.2 Методика численного моделирования вторичных течений в
полости
2.3 Методика визуализации вторичных вихревых течений
2.4 Выводы по главе
3 Закономерности гидроабразивного износа ступеней, вызванного вторичными течениями
3.1 Закономерности гидроабразивного износа типовых
конструкций насосов
3.1.1 Влияние газа на износ многоступенчатого насоса
3.1.2 Особенности гидроабразивного износа ступеней ВНН и ЭЦН типов
3.1.3 Влияние формы полости между рабочим колесом и направляющим аппаратом на скорость износа корпуса направляющего аппарата
3.1.4 Влияние подачи насоса на скорость гидроабразивного износа
3.1.5 Сравнение и выбор материалов ступеней

3.2 Расчет скорости гидроабразивного износа межступенчатых
уплотнений погружного насоса
3.2.1 Модель износа уплотнений
3.3 Изменение конструкции межступенчатого уплотнения для
снижения гидроабразивного износа
3.4 Выводы по главе
4 Изменение вторичных течений в полости под рабочим
колесом
4.1 Исследование вторичных течений в полости под рабочим колесом
4.2 Снижение износа ступени за счет изменения вторичных течений
4.3 Экспериментальная проверка износостойкости ступеней
4.4 Выводы по главе
Заключение
Список литературы

Введение
При интенсификации добычи нефти при помощи гидроразрывов пласта или увеличении депрессии [39], помимо роста дебита жидкости усиливается вынос механических примесей [12,27,37,80]. Поэтому при работе погружного насоса в скважине в него может попасть значительно большее количество примесей, чем то, на которое он рассчитан. Это приводит к интенсивному гидроабразивному износу элементов погружного насоса, что является одной из основных проблем в нефтпромысловой промышленности [7]. Известные способы борьбы с выносом механических примесей из пласта [43] малоэффективны при существующих темпах отбора жидкости.
В целом, наличие механических абразивных примесей является наиболее распространенным осложняющим фактором для порядка 40% скважин, а для некоторых месторождений - более 50% осложненных скважин [15].
Отсутствие эффективных способов защиты ступеней погружного насоса, методов проектирования таких ступеней и методик исследования вторичных течений и процесса гидроабразнвного износа определило актуальность и тематику работы.
Цель работы состояла в исследовании и управлении вторичными течениями гидроабразивной смеси в ступенях погружных насосов для снижения гидроабразивного износа. На основе исследования процесса износа разработаны конструкции ступеней погружного насоса, в которых вторичные течения изменены таким образом, чтобы снизить скорость гидроабразивного износа стаканов направляющих аппаратов не менее, чем в два раза.
В первой главе проведен анализ литературных данных по гидроабразнвному износу нефтепромыслового оборудования и эксплуатации скважин в осложненных условиях [6,10,28,62, 70,90] и по методам защиты от механических примесей [38, 56, 57, 59, 68, 88]. С учетом материалов по исследованию гидроабразивного износа и коррозии [11,85,86], проведен анализ процесса гидроабразнвного разрушения ступеней погружных насосов. Рассмотрены способы защиты погружных насосов без изменения вторичных течений в ступени и с их изменением. Проведен анализ существующих способов испытаний на гидроабразивный! износ и поставлены задачи исследования.
Во второй главе дается обзор экспериментальных и расчетных методик,

Секции ВНН5А-100 при 3000 об/мин и 4500 об/мин испытывались в течение 10 часов. Время испытания секции ВНН5А-100 при 6000 об/мин составило 7 часов, после чего наступил отказ секции по причине падения развиваемого напора.
Рис. 2.11. Зоны гидроабразивного разрушения ступени ВНН5А-100 после 7 часов абразивных испыт,аний при 6000 об/мин
На рис. 2.11 указано расположение зон износа:
- в зонах поворота потока - 1, 2, 3, 5;
- в полости под рабочим колесом - 5.
Падение напора обусловлено гидроабразивным износом уплотнений ступени в областях 1 и 2 по рис. 2.11.
При испытании ступеней ЭЦН типа сквозные разрушения корпусов
направляющих аппаратов получены за 12 часов, что позволяет сравнивать
конструкции ступеней в краткие сроки.
По результатам эксперимента гидроабразивный износ ступеней происходит в тех же зонах, что и в эксплуатационных условиях. Увеличение оборотов секции ускоряет процесс гидроабразивного износа, не меняя его механизма. Методика позволяет сравнивать различные конструкции ступеней при перекачке гидроабразивной смеси, либо сравнивать износ ступеней при различных режимах работы. Наиболее достоверные результаты получаются при прямом сравнении ступеней различной конструкции, собранных в один насос. При достаточно большом количестве ступеней каждого типа (несоклько десятков) и равномерном распределении разных ступеней по длине насоса достоверные результаты сравнения можно получить в одном эксперименте.