Территория Нефтегаз 9-10.2022

Научная статья

УДК 622.276.054.23+621.67
(UDK 622.276.054.23+621.67)

Для получения доступа к статьям

Авторизуйтесь

ЮБИЛЕЙ/МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ (ANNIVERSARY/MACHINERY AND EQUIPMENT)

АНАЛИЗ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ПЕРЕКАЧКЕ МНОГОФАЗНЫХ СМЕСЕЙ ЭЛЕКТРОПРИВОДНЫМИ ЛОПАСТНЫМИ НАСОСАМИ

(ANALYSIS OF PUBLICATIONS ON PUMPING MULTIPHASE MIXTURES BY ELECTRICAL SUBMERSIBLE PUMPS)

Электроприводные лопастные насосы являются оборудованием, наиболее широко применяющимся в России для механизированной добычи нефти. Для обеспечения оптимальных условий работы электроприводные лопастные насосы должны функционировать в пределах рабочей части характеристики. При этом попадание свободного газа на прием лопастного насоса препятствует повышению давления и часто приводит к выходу режима работы насоса на газожидкостной смеси за границы рабочей части характеристики. Теоретические и экспериментальные исследования показали, что присутствие свободного газа в перекачиваемой среде может привести к ухудшению рабочих характеристик электроприводных лопастных насосов. Нестабильность потока газожидкостной смеси внутри насоса, сопровождающаяся скачками давления и образованием газовых карманов или каверн, также ухудшает способность насоса повышать давление. Следовательно, важно знать, какие параметры определяют структуру газожидкостного потока внутри рабочих каналов электроприводного лопастного насоса и как ее можно смоделировать. В статье анализируются опубликованные работы, в которых были предложены к применению эмпирические и механистические модели определения допустимого свободного газосодержания в электроприводных лопастных насосах. Приведено сравнение результатов расчетов допустимого свободного газосодержания по опубликованным методикам и стендовых испытаний электроприводных лопастных насосов при работе на газожидкостной смеси.

Electrical submersible pumps are the equipment most widely used in Russia for mechanized oil production. To ensure optimum operating conditions, electrical submersible pumps must work within the operating part of the characteristic. At the same time, getting free gas at the vane pump inlet prevents pressure increase and often leads to transition of the pump operation mode to gas–liquid mixture beyond the limits of the working part of the characteristic. Theoretical and experimental studies have shown that the presence of free gas in the pumped media can lead to a deterioration in the performance of electrical submersible pumps. The instability of the gas–liquid mixture inside the pump, accompanied by pressure peaks and the formation of gas pockets or caverns, further impairs the pump's ability to build up pressure. Hence, it is important to know what parameters determine the gas–liquid flow pattern inside the working channels of an electrical submersible pump and how it can be modelled. The paper analyses published works in which empirical and mechanistic models for determining acceptable free gas content in electrical submersible pumps have been proposed for use. The results of calculations of allowable free gas content according to published methods and bench tests of electrical submersible pumps during work on gas–liquid mixture are compared.

ЭЛЕКТРОПРИВОДНОЙ ЛОПАСТНЫЙ НАСОС, СТУПЕНЬ, ГАЗОЖИДКОСТНАЯ СМЕСЬ, ДОПУСТИМОЕ СВОБОДНОЕ ГАЗОСОДЕРЖАНИЕ, МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ СТУПЕНЕЙ, СТЕНДОВОЕ ИСПЫТАНИЕ, ДЕГРАДАЦИЯ ХАРАКТЕРИСТИКИ

ELECTRICAL SUBMERSIBLE PUMP, STAGE, GAS-LIQUID MIXTURE, PERMISSIBLE FREE GAS CONTENT, STAGE OPERATION MODELING, BENCH TEST, PERFORMANCE DEGRADATION

А.В. Ивановский1, e-mail: alivan95@yandex.ru

Р.М. Шайхулов1, e-mail: ruslan.shajhulov96@mail.ru

Т.Р. Долов1, e-mail: dolovtemir@yandex.ru


1 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Российский государственный университет нефти и газа (Национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина» (Москва, Россия).

A.V. Ivanovskiy1, e-mail: alivan95@yandex.ru

R.M. Shaykhulov1, e-mail: ruslan.shajhulov96@mail.ru

T.R. Dolov1, e-mail: dolovtemir@yandex.ru


1 Federal State Autonomous Educational Institution for Higher Education “Gubkin Russian State University of Oil and Gas (National Research University)” (Moscow, Russia).

Ивановский А.В., Шайхулов Р.М., Долов Т.Р. Анализ публикаций по перекачке многофазных смесей электроприводными лопастными насосами // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2022. № 9–10. С. 62–72.

Ivanovskiy A.V., Shaykhulov R.M., Dolov T.R. Analysis of Publications on Pumping Multiphase Mixtures by Electrical Submersible Pumps. Territorija “NEFTEGAS” [Oil and Gas Territory]. 2022;(9–10):62–72. (In Russ.)

Павлихина А.Н. Экспертный подход к механизированной добыче // Деловой журнал Neftegaz.RU. 2019. № 4 (88). С. 92–96.

Дарищев В.И., Ивановский В.Н., Ивановский Н.Ф. и др. Комплекс работ по исследованию и снижению частоты самопроизвольных расчленений (РС-отказов) скважинных насосных установок. М.: ОАО «ВНИИОЭНГ», 2000. 84 с.

Вань Бан-ле. Исследование влияния газа на работу погружных центробежных электронасосов для эксплуатации нефтяных скважин: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М., 1960. 213 с.

Романов В.П. Исследование характера движения потока жидкости в каналах рабочего колеса погружного центробежного насоса: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.: Институт нефтехимической и газовой промышленности имени И. М. Губкина, 1961. 185 с.

Ляпков П.Д. Влияние газа на работу погружного центробежного насоса ЭН-95-800 // Нефтяное хозяйство. 1958. № 2. С. 43–49.

Ляпков П.Д. Влияние газа на работу ступеней погружных центробежных насосов // Труды Всесоюзного нефтегазового научно-исследовательского института. 1959. № 22. С. 59–89.

Ляпков П.Д., Дунаев В.В. Результаты испытания насоса ЭН-160-180 в скважине с наличием газа в добываемой жидкости // Нефтяное хозяйство. 1960. № 12. С. 48–51.

Ляпков П.Д., Дорощук Н.Ф., Златкис А.Д. Результаты испытаний погружного центробежного насоса на нефти и нефтегазовых смесях // Татарская нефть. 1962. № 4. С. 16–21.

Станчу И. Исследование поведения характеристик погружного центробежного насоса при работе на водонефтяных смесях: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.: Московский институт нефтехимической и газовой промышленности имени И.М. Губкина, 1975. 189 с.

Ропалов В.А. Исследование особенностей работы погружных центробежных насосов на водонефтегазовых смесях: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М., 1981. 194 с.

Диб Д. Разработка рекомендаций по учету влияния температуры и давления на вспениваемость жидкости применительно к расчету гидравлической характеристики погружного центробежного насоса: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.: Государственная академия нефти и газа, 1991. 155 с.

Агеев Ш.Р., Дружинин Е.Ю. ЭЦН при повышенном газосодержании на входе // Бурение и нефть. 2003. № 7–8. С. 23–25.

Гилев В.Г., Рабинович А.И., Ивашов А.А., Агеев Ш.Р. К вопросу о расчете и методе испытаний насосов на ГЖС // Бурение и нефть. 2012. № 11. С. 56–60.

Гилев В.Г., Рабинович А.И., Агеев Ш.Р. Методика оценки параметров многоступенчатых погружных насосов на единичной ступени // Нефтепромысловое дело. 2009. № 2. С. 36–41.

Агеев Ш.Р., Григорян Е.Е., Макиенко Г.П. Российские установки лопастных насосов для добычи нефти и их применение. Пермь: ООО «Пресс-Мастер», 2007. 645 с.

Долов Т.Р., Ивановский А.В., Шайхулов Р.М. Деградация характеристик электроприводных лопастных насосов с коэффициентом быстроходности от 100 до 150 при перекачке газожидкостной смеси // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. 2021. № 4 (124). С. 5–10.

Долов Т.Р., Шайхулов Р.М., Ивановский А.В., Славинский М.А. Исследование работы центробежно-вихревых ступеней с различной конструкцией вихревых венцов при перекачке газожидкостной смеси // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. 2021. № 6 (126). С. 5–8.

Ивановский А.В. Рабочие характеристики и предпочтительные области эксплуатации некоторых конструкций ступеней электроприводных лопастных насосов // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2022. № 3–4. С. 62–69.

№ П1-01.05 М-0005: Единые технические требования к УЭЦН, ШСНУ, НКТ и другому оборудованию для добычи нефти. Версия 6.00ЕТТ: методические указания компании: утверждены приказом ОАО «НК «Роснефть» от 26.05.2016 г. № 248: введены в действие 23.06.2016 г. М., 2016.

Turpin J.L., Lea J.F., Bearden J.L. Gas-Liquid Flow through Centrifugal Pumps-Correlation of Data // Proceedings of the 3rd International Pump Symposium. Texas A&M University, 1986. P. 13–20.

Dunbar C.E. Determination of Proper Type of Gas Separator. Paper presented at the Microcomputer Applications in Artificial Lift Workshop. SPE Los Angeles Basin Section. Oct. 15–17, 1989.

Alhanati F.J.S., Doty D.R. A Simple Model for the Efficiency of Rotary Separators. Paper presented at the SPE Annual Technical Conference and Exhibition. New Orleans, Louisiana, Sept. 1994.

Установки погружных центробежных насосов для добычи нефти: транслятор-справочник. М.: Наука и техника, 1999. 616 с.

Минченко Д.А., Якимов С.Б., Носков А.Б. и др. Проект внедрения газосепараторов электроцентробежных насосов с меньшей потребляемой мощностью: подготовка и начало реализации // Нефтяное хозяйство. 2019. № 11. С. 64–67.

Минченко Д.А., Якимов С.Б., Носков А.Б. и др. Проект повышения износоустойчивости газосепараторов электроцентробежных насосов в ПАО «НК «Роснефть» // Нефтяное хозяйство. 2020. № 11. С. 62–65.

Булат А.В., Ивановский В.Н., Орлова Е.А. и др. Стендовые испытания газосепараторов установок электроприводных лопастных насосов в целях разработки новых технических требований ПАО «НК «Роснефть» // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2021. № 5–6. С. 56–62.

Chisely E.A. Two Phase Flow Centrifugal Pump Performance. PhD Thesis. Pocatello: Idaho State University, 1997. 240 p.

Duran J. Pressure Effects on ESP Stages Air-Water Performance. Master of Science Thesis. Tulsa: University of Tulsa, 2003.

Zapata L. Rotational Speed Effects on ESP Two-Phase Performance. Master of Science Thesis. Tulsa: University of Tulsa, 2003.

Gamboa J., Prado M. Review of Electrical-Submersible-Pump Surging Correlation and Models // SPE Production & Operations. 2011. Vol. 26. No. 4. P. 314–324.

Pineda H., Biazussi, J., Lopez F. et al. Phase Distribution Analysis in an Electrical Submersible Pump (ESP) Inlet Handling Water–Air Two-Phase Flow Using Computational Fluid Dynamics (CFD) // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2016. Vol. 139. P. 49–61.

Cirilo R., Doty D. Gas-Liquid Flow Through Electric Submersible Pumps // SPE Gulf Coast Section – ESP Workshop. 1999. Session 4. P. 28–30.

Romero M. An Evaluation of An Electrical Submersible Pumping System for High GOR Wells. Master of Science Thesis. Tulsa: University of Tulsa, 1999.

Zhou D., Sachdeva R. Simple Model of Electric Submersible Pump in Gassy Well // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2010. Vol. 70. No. 3. P. 204–213.

Estevam V. Uma analise fenomenologica da operaç o de bomba centrifuga com escoamento bif sico. Tese de Doutorado. Campinas: Universidade Estadual de Campinas, 2002. 265 p. (на португальском языке)

Zhu J., Guo X., Liang F. et al. Experimental Study and Mechanistic Modeling of Pressure Surging in Electrical Submersible Pump // Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2017. Vol. 45. P. 625–636.

Купцов С.М. Теплофизические свойства пластовых жидкостей и горных пород нефтяных месторождений. М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2008. 205 с.

Ивановский В.Н., Деговцов А.В., Сабиров А.А. и др. Энергопотребление и энергоэффективность добычи и подготовки нефти. М.: РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, 2020. 529 с.

Сазонов Ю.А. Разработка методологических основ конструирования насосно-эжекторных установок для условий нефтегазовой промышленности: специальность 05.02.13 «Машины, агрегаты и процессы (нефтегазовая промышленность)»: диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. М.: Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина, 2010. 394 с.

Сазонов Ю.А. Основы расчета и конструирования насосно-эжекторных установок: учеб.-метод. пособие. М.: РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, 2012. 300 с.

Долов Т.Р., Шайхулов Р.М. Исследование распределения давления, свободного газосодержания и плотности смеси по длине электроприводного лопастного насоса при работе на газожидкостной смеси. Сравнение результатов численных и физических экспериментов // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. 2022. № 2 (128). С. 24–28.

Pavlikhina A.N. Expert Approach to Mechanized Mining. Business Journal Neftegaz.RU. 2019;4(88):92–96. (In Russ.)

Darishchev V.I., Ivanovsky V.N., Ivanovsky N.F. et al. A Set of Works on Research and Reduction of Spontaneous Separation Frequency (PS-Failures) of Downhole Pumping Units. Moscow: VNIIOENG OJSC [All-Russian Research Institute for the Organization, Management and Economics of the Oil and Gas Industry]; 2000. (In Russ.)

Wang Ban-le. A Study of the Effect of Gas on the Operation of Submersible Centrifugal Electric Pumps for Operation of Oil Wells. Dissertation for the degree of Candidate of Technical Sciences. Мoscow; 1960. (In Russ.)

Romanov V.P. Research of Character of Liquid Flow in the Channels of Impeller of Submersible Centrifugal Pump. Dissertation for the degree of Candidate of Technical Sciences. Moscow: Gubkin Institute of Petrochemical and Gas Industry; 1961. (In Russ.)

Lyapkov P.D. Influence of Gas on Operation of Submersible Centrifugal Pump EN-95-800. Neftyanoe khozyaistvo [Oil Industry]. 1958;(2):43–49. (In Russ.)

Lyapkov P.D. Influence of Gas on Operation of Submersible Centrifugal Pump Stages. Trudy VNNII [Proceedings of the All-Union Oil and Gas Research Institute]. 1959;(22):59–89. (In Russ.)

Lyapkov P.D., Dunayev V.V. Results of Testing of Pump EN-160-180 in a Well with Presence of Gas in Produced Liquid. Neftyanoe khozyaistvo [Oil Industry]. 1960;(12):48–51. (In Russ.)

Lyapkov P.D., Doroshchuk N.F., Zlatkis A.D. Test Results of Submersible Centrifugal Pump on Oil and Oil-Gas Mixtures. Tatarskaya neft’ [Tatar Oil]. 1962;(4):16–21. (In Russ.)

Stanchu I. Research of Behavior of Characteristics of the Submersible Centrifugal Pump at Work on Water-Oil Mixtures. Dissertation for the degree of Candidate of Technical Sciences. Moscow: Gubkin Moscow Institute of Petrochemical and Gas Industry; 1975. (In Russ.)

Ropalov V.A. Research of Peculiarities of Work of Submersible Centrifugal Pumps on Water-Oil-Gas Mixtures. Dissertation for the degree of Candidate of Technical Sciences. Мoscow; 1981. (In Russ.)

Dib D. Development of Recommendations for Taking into Account the Effect of Temperature and Pressure on the Foaming of Liquids with Regard to the Calculation of the Hydraulic Characteristics of a Submersible Centrifugal Pump. Dissertation for the degree of Candidate of Technical Sciences. Moscow: State Academy of Oil and Gas; 1991. (In Russ.)

Ageev Sh.R., Druzhinin E.Yu. ESP at Increased Gas Content at the Inlet. Burenie i neft’ [Drilling and Oil]. 2003;(7–8):23–25. (In Russ.)

Gilev V.G., Rabinovich A.I, Ivashov A.A., Ageev Sh.R. On the Issue of Calculation and Test Method for Pumps at Work in Gas-Liquid Mixture. Burenie i neft’ [Drilling and Oil]. 2012;(11):56–60. (In Russ.)

Gilyov V.G., Rabinovich A.I., Ageev Sh.R. Estimation Methodology of Multistage Submersible Pumps Parameters at a Single Stage. Neftepromyslovoe delo [Oilfield Engineering]. 2009;(2):36–41. (In Russ.)

Ageev Sh.R., Grigoryan E.E., Makienko G.P. Russian Vane Pump Installations for Oil Production and Their Application. Perm: Pressmaster LLC; 2007. (In Russ.)

Dolov T.R., Ivanovsky A.V., Shaykhulov R.M. Degradation of the Characteristics of Electric Submersible Pumps by a Speed Coefficient from 100 to 150 When Pumping a Gas-Liquid Mixture. Oborudovanie i tekhnologii neftegazovogo kompleksa [Equipment and Technologies for Oil and Gas Industry]. 2021;4(124):5–10. (In Russ.)

Dolov T.R., Shaykhulov R.M., Ivanovsky A.V., Slavinsky M.A. Study of the Operation of Centrifugal-Vortex Stages with Different Designs of Vortex Rims When Pumping a Gas-Liquid Mixture. Oborudovanie i tekhnologii neftegazovogo kompleksa [Equipment and Technologies for Oil and Gas Industry]. 2021;6(126):5–8. (In Russ.)

Ivanovskiy A.V. Performance Characteristics and Preferred Areas of Operation of Some Designs of Electric Submercible Pump Stages. Territorija “NEFTEGAS” [Oil and Gas Territory]. 2022;(3–4):62–69. (In Russ.)

Guidelines of Rosneft Oil Company PJSC No. P1-01.05 M-0005 “Unified Technical Requirements for ESP, SRP, Tubing and Other Oil Production Equipment”. Ver. 6.00ETT. Approved by Rosneft Order No. 248 dated 26.05.2016, put into effect 23.06.2016. Мoscow; 2016. (In Russ.)

Turpin J.L., Lea J.F., Bearden J.L. Gas-Liquid Flow through Centrifugal Pumps-Correlation of Data. In: Proceedings of the 3rd International Pump Symposium. Texas A&M University, 1986. P. 13–20.

Dunbar C.E. Determination of Proper Type of Gas Separator. Paper presented at the Microcomputer Applications in Artificial Lift Workshop. SPE Los Angeles Basin Section. Oct. 15–17, 1989.

Alhanati F.J.S., Doty D.R. A Simple Model for the Efficiency of Rotary Separators. Paper presented at the SPE Annual Technical Conference and Exhibition. New Orleans, Louisiana, Sept. 1994.

Submersible Centrifugal Pumping Units for Oil Production: Translator – Reference Book. Moscow: Nauka i tekhnologii [Science and Technology]; 1999. (In Russ.)

Minchenko D.A., Yakimov S.B., Noskov A.B. et al. Project of Introduction of Gas Separators of Electrical Submersible Pumps with Lower Power Consumption: Preparation and Start of Implementation. Neftyanoe khozyaistvo [Oil Industry]. 2019;(11):64–67. (In Russ.)

Minchenko D.A., Yakimov S.B., Noskov A.B. et al. Project to Improve Wear Resistance of Gas Separators of Electric Submersible Pumps at Rosneft Oil Company. Neftyanoe khozyaistvo [Oil Industry]. 2020;(11):62–65. (In Russ.)

Bulat A.V., Ivanovskiy V.N., Orlova E.A. et al. Bench-Testing of Gas Separators of Electrically Driven Vane Pump Units to Develop New Specifications for Rosneft PJSC. Territorija “NEFTEGAS” [Oil and Gas Territory]. 2021;(5–6):56–62. (In Russ.)

Chisely E.A. Two Phase Flow Centrifugal Pump Performance. PhD Thesis. Pocatello: Idaho State University; 1997.

Duran J. Pressure Effects on ESP Stages Air-Water Performance. Master of Science Thesis. Tulsa: University of Tulsa; 2003.

Zapata L. Rotational Speed Effects on ESP Two-Phase Performance. Master of Science Thesis. Tulsa: University of Tulsa; 2003.

Gamboa J., Prado M. Review of Electrical-Submersible-Pump Surging Correlation and Models. SPE Production & Operations. 2011;26(4):314–324.

Pineda H., Biazussi, J., Lopez F. et al. Phase Distribution Analysis in an Electrical Submersible Pump (ESP) Inlet Handling Water–Air Two-Phase Flow Using Computational Fluid Dynamics (CFD). Journal of Petroleum Science and Engineering. 2016;139:49–61.

Cirilo R., Doty D. Gas-Liquid Flow Through Electric Submersible Pumps. In: SPE Gulf Coast Section – ESP Workshop. 1999;4:28–30.

Romero M. An Evaluation of An Electrical Submersible Pumping System for High GOR Wells. Master of Science Thesis. Tulsa: University of Tulsa;1999.

Zhou D., Sachdeva R. Simple Model of Electric Submersible Pump in Gassy Well. Journal of Petroleum Science and Engineering. 2010;70(3):204–213.

Estevam V. Uma analise fenomenologica da operaç o de bomba centrifuga com escoamento bif sico. Tese de Doutorado. Campinas: Universidade Estadual de Campinas, 2002. 265 p. (In Portugese)

Zhu J., Guo X., Liang F. et al. Experimental Study and Mechanistic Modeling of Pressure Surging in Electrical Submersible Pump. Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2017;45:625–636.

Kuptsov S.M. Thermophysical Properties of Reservoir Fluids and Rocks of Oil Fields. Moscow: Nedra-Business Centre; 2008. (In Russ.)

Ivanovsky V.N., Degovtsov A.V., Sabirov A.A. et al. Energy Consumption and Energy Efficiency of Oil Production and Treatment. Moscow: Gubkin Russian State University of Oil and Gas (NRU); 2020. (In Russ.)

Sazonov Y.A. Development of Methodological Foundations of Pump-Ejector Units Design for Oil and Gas Industry Conditions. Speciality 05.02.13 “Machines Units and Processes (Oil and Gas Industry)”. Thesis for a PhD in technical sciences. Moscow: Gubkin Russian State University of Oil and Gas; 2010. (In Russ.)

Sazonov Y.A. Fundamentals of Calculation and Design of Pump-Ejector Units. Textbook. Moscow: Gubkin Russian State University of Oil and Gas (NRU); 2012. (In Russ.)

Dolov T.R., Shajkhulov R.M. Study of the Distribution of Pressure, Free Gas Content and Mixture Density Along the Length of an Electrically Driven Vane-Type Pumping Unit Working on a Gas-Liquid Mixture. Comparison of the Results of Numerical and Physical Experiments. Oborudovanie i tekhnologii neftegazovogo kompleksa [Equipment and Technologies for Oil and Gas Industry]. 2022;2(128):24–28. (In Russ.)

NEFTEGAS.info

Внимание к деталям — от идеи
до воплощения! Только актуальная информация и свежие новости.

Контакты

108811, г. Москва, Киевское ш.,
Бизнес-парк «Румянцево», корп. Б,
подъезд 5, офис 506 Б

+7 (495) 240-54-57