Добавить новость
Neftegaz.ru
Февраль
2021

Разработка систем для поверхностной перекачки газожидкостной смеси с концентрацией газа до 95%

0
Разработка систем для поверхностной перекачки газожидкостной смеси с концентрацией газа до 95%

В работе представлены результаты разработки систем на базе струйного и мультифазного насосов для поверхностной перекачки газожидкостной смеси с концентрацией газа до 95%. Проведены численные расчеты спроектированных узлов и экспериментальные исследования устройств, подтверждающие работоспособность разработанных систем.

Актуальность


В настоящее время для увеличения объемов добычи нефти из трудно извлекаемых запасов применяют методы интенсификации - снижение депрессии на пласт, многостадийный гидроразрыв пласта (МГРП). Снижение давления на забое ниже давления насыщения приводит к выделению из нефти летучих углеводородов, образуется газожидкостная смесь с большой концентрацией нерастворенного газа. Увеличение притока методом МГРП также сопровождается увеличением объема не только жидкости, но и газа. Поднятый на поверхность газ многократно увеличивается в объеме.

В соответствии с федеральным законом о запрете сжигания попутного газа, добывающие компании ищут способы его полезного использования. В связи с этим растет число запросов на устройства для поверхностной перекачки газожидкостной смеси с концентрацией газа до 95%.

В настоящий момент на рынке предлагается оборудование для перекачки газожидкостной смеси ГЖС с помощью мультифазных насосных систем производства Zultzer, Borenmann, однако стоимость таких комплексов сопоставима со стоимостью установок для подготовки и транспорта нефти с применением отстойников. На практике часто используются системы на базе струйного насоса, но возникают сложности с расчетом и подбором диаметра сопла, что приводит к заниженным значениям газосодержания перекачиваемой смеси.

Использование обычных центробежных насосов для перекачки газожидкостной смеси с концентрацией газа более 40% приведет к срыву подачи и преждевременному выходу насоса из строя. В подтверждение этого известного факта можно привести типичную напорно-расходную характеристику электроцентробежного насоса при работе на газожидкостной смеси, см. рис.1. Из рисунка 1 видно, что с увеличением концентрации газа до 40% рабочий диапазон насоса сократился до 85-100 м3/сут, при этом напор упал почти в два раза в сравнении с характеристикой на воде без газа (кривая с концентрацией газа 0%).

Рис. 1. Типичная напорно-расходная характеристика
центробежного насоса при перекачке газожидкостной смеси

Таким образом, осуществить задачу перекачки ГЖС с высокой концентрацией газа типичным центробежным насосом не удастся, требуются решения с лучшей эффективностью, но сопоставимые по цене с обычной насосной системой.

Цели и задачи

По результатам проведенного обзора современного состояния оборудования для поверхностной перекачки газожидкостной смеси были сформулированы следующие задачи:

  • На основе стендовых и численных исследований разработать системы для поверхностной перекачки газожидкостной смеси на базе струйного и мультифазного насосов.

  • Подобрать компоновку мультифазного насоса (число ступеней, частота вращения вала), позволяющую перекачать газожидкостную смесь с концентрацией газа более 90%.

  • Аналитическим и экспериментальным способом подобрать компоновку (число ступеней основного насоса, диаметр сопла), позволяющую перекачать газожидкостную смесь с концентрацией газа более 90% системой со струйным насосом.

Проектирование осевых ступеней

Использование ступеней осевого типа в качестве мультифазных широко распространено в отрасли, см. например, мультифазные ступени Schlumberger (Poseidon), GE (GHP). Движение потока ГЖС по межлопастным каналам такой ступени от входа к выходу в осевом направлении, без поворотов, позволяет избежать появления газовой пробки на входе в рабочее колесо с последующей закупоркой входного сечения, а значит позволяет перекачивать ГЖС с высокой концентрацией нерастворенного газа. В осевых ступенях, так же, как и в центробежных, присутствует сепарация фаз разной плотности в поле центробежных сил, однако площадь входного сечения и ширина межлопастного канала существенно больше, поэтому для полного перекрытия каналов требуется гораздо больше свободного газа в потоке (см. табл. 1)
Таблица 1.jpg
Таблица 1. Величина предельной концентрации газа (max)
в ГЖС для ступеней разного типа

Из рисунка 1 видно, что максимальные подачи при концентрации газа в ГЖС с 0 и 35%  отличаются примерно в 2 раза. Этот факт многократно подтверждается накопленным опытом испытаний насосных ступеней на жидкости с газом. Поэтому при разработке мультифазной ступени, учитывая такую деградацию, нужно закладывать максимальную подачу на воде, вдвое превышающую требуемую максимальную подачу ступени на ГЖС. Дополнительным требованием к качеству разработанной ступени является ее монотонно-падающая напорно-расходная характеристика (НРХ).

Внешний вид ступени мультифазного осевого насоса с коммерческим названием МФОН7А-1600 (мультифазный осевой насос 7А габарита с максимальной подачей по ГЖС 1600 м3/сут) приведен на рис. 2. Рабочее колесо ступени содержит геликоидальные лопасти, причем количество лопастей мало для сохранения достаточной ширины проточных каналов. Направляющий аппарат выправляет закрученный рабочим колесом поток, преобразуя кинетическую энергию потока в давление [1]. Именно эту ступень, имеющую самый широкий диапазон подач в линейке серийных насосов Новомет, взяли за основу при разработке системы поверхностной перекачки ГЖС.

Сначала строилась цифровая модель ступени, рассчитывались ее эксплуатационные характеристики с помощью методов численного моделирования. Расчетная НРХ на воде при частоте вращения вала 3000 об/мин. приведена на рис.3.  Видно, что характеристика является монотонно-падающей.

Рис 2.jpg

Методика испытаний мультифазного насоса

 

Следующим этапом разработки мультифазного насоса является исследование возможностей многоступенчатой сборки предложенных ступеней по перекачке ГЖС в стендовых условиях. Схема испытательного стенда приведена на рис. 4. Для контроля давления в каждой ступени в корпусе насосной секции были предусмотрены отверстия с установленными датчиками давления. Данные о величине давления на каждой ступени позволяли определить число ступеней в секции, на которых происходит начальная диспергация ГЖС, но давление при этом ступень не создает.

Полная напорно-расходная характеристика секции получалась в результате замеров давления на нескольких подачах рабочей жидкости, обычно 8-10 равноотстоящих точек во всем диапазоне подач. Испытания проводились в следующем порядке. Устанавливался расход жидкости, соответствующий первой запланированной подаче. Последовательно выполнялись измерения при 5, 10, 15,% газа на приеме до срыва подачи. В каждой точке проводились замеры исследуемых величин (подача, напор, мощность, обороты привода), только после достижения установившегося режима работы. После срыва подачи поступление газа в устройство прекращалось. Далее устанавливалась следующая подача по жидкости, и по той же схеме проводились испытания при текущей подаче.


Рисунок 4. Схема испытаний мультифазного насоса
на газожидкостной смеси


Результаты испытаний МФОН7А-1600 при 90% газа

По результатам испытаний и аналитических расчетов следует вывод, что для перекачки ГЖС с содержанием газа 90% нужно не менее 17 ступеней (рисунок 5) [2]. 


Рисунок 5. Влияние  на число ступеней, не создающих напор (диспергирующих ГЖС)

Для перекачки смеси с концентрацией более 90% газа проводили испытания на секции МФОН7А-1600, состоящей из 17 ступеней при частоте вращени вала в 50 Гц. В ходе испытаний на ГЖС была получена НРХ насоса на воде. Затем в систему подавался газ. Были получены точки, где содержание газа в ГЖС превышало 75%. При увеличении газосодержания свыше 85% насос переставал создавать напор (рисунок 6 слева). Так как в нефтяной промышленности принято использовать для работы машин и механизмов частоты 50-60 Гц, то решили провести испытания на частоте в 60 Гц для лучшего диспергирования ГЖС [3,4]. Перед началом испытаний была получена характеристика насоса на воде, а затем удалось получить несколько точек и построить кривую с концентрацией газа 90% при положительном напоре (рисунок 6 справа).   

 

     Рисунок 6. Напорно-расходная характеристика мультифазного насоса при концентрации газа 0, 75, 85 и 90%. При частоте 50 Гц слева и 60 Гц справа.

Можно сделать вывод, что сборка мультифазного насоса из 17 ступеней при частоте вращения 60 Гц работоспособна при концентрации газа 90%.

Методика испытаний струйного насоса

С целью подбора оптимальных геометрических параметров струйного насоса (диаметр сопла, диаметр и длина камеры смешения) были проведены исследования с варьированием геометрии струйного насоса. Последовательно устанавливались электроцентробежный насос (ЭЦН) с приводом и струйный насос (рисунок 7). Жидкость прокачивалась по системе при помощи бустерного насоса, затем на электродвигателе задавалась частота 45 Гц, и запускался ЭЦН, при этом все задвижки были полностью открыты. После приработки установки начиналась постепенная подача газа через компрессор на струйный насос (до 95% газа в ГЖС) и записывались данные (Qж(подача жидкости, м3/сут), Qг (подача газа, м3/сут), Pвх (давление на входе в установку, атм), Pс (давление после сопла, атм), Pвыхн (давление на выходе из центробежного насоса, атм), (концентрация газа в ГЖС, %), Pвых (давление на выходе из установки).



Рисунок 7. Схема и фото стенда для испытаний системы на базе струйного насоса

Результаты испытаний системы на базе струйного насоса

Система состояла из основного насоса ЭЦН5-60 длиной 1.5 м. и струйного насоса с диаметром сопла 1,8 мм [5]. Записывали параметры системы при работе на воде (таблица 2, первая строка) и промежуточных газосодержаниях (таблица 2, со 2 по 9 строчки). По результатам испытаний составили таблицу 2, из которой видно, что максимальная концентрация газа, при которой работоспособна система, составляет 93%.

Таблица 2.jpg
Таблица 2. Параметры работы системы на базе струйного насоса
при перекачке ГЖС

Система на базе струйного насоса может обеспечить высокие давления за счет установки центробежного насоса, работающего на однофазной жидкости, перед струйным насосом. Даже в условиях, когда давление после струйного насоса падает в 2-3 раза, общее давление системы остается более высоким, чем давление, создаваемое мультифазными насосами. Если установить после мультифазного центробежный насос, то будет происходить срыв подачи, так как проточные каналы центробежного насоса меньшего размера и в них образовывается газовая пробка.

Выводы и рекомендации

  • На основе стендовых и численных исследований разработаны системы для поверхностной перекачки газожидкостной смеси на базе струйного и мультифазного насосов.

  • Экспериментально была подобрана компоновка мультифазного осевого насоса, которая сможет обеспечить перекачку газожидкостной смеси с концентрацией газа 90%.

  • Аналитическим и экспериментальным способом подобрана компоновка, позволяющая перекачать газожидкостную смесь с концентрацией газа более 90% системой со струйным насосом.

  • Разработанные системы для поверхностной перекачки ГЖС имеют ряд преимуществ в сравнении с аналогами, а именно:
    а. меньшая стоимость
    b. использование зарекомендованных серийных изделий для производства систем
    c. высокий уровень мобильности и транспортабельности
    d. малые осевые нагрузки, не требующие специального узла ввода, являющегося слабым элементом системы.


АО Новомет-Пермь

Департамент инновационных разработок

   
Мусинский Артем Николаевич

Начальник лаборатории, Лаборатория надёжности и экспериментальных исследований
Artem.Musinskiinovometgroup.com

Одинцов Антон Александрович
Инженер-исследователь, Лаборатория надёжности и экспериментальных исследований

Пещеренко Марина Петровна
Начальник лаборатории газогидродинамики

Брюхова Ксения Сергеевна
Математик, Лаборатория газогидродинамики








Филиал № 4 ОСФР по Москве и Московской области информирует: Более 12 тысяч жителей Москвы и Московской области получают повышенную пенсию за работу в сельском хозяйстве

Филиал № 4 ОСФР по Москве и Московской области информирует: Родители 240,5 тыс. детей в Московской области получают единое пособие

Филиал № 4 ОСФР по Москве и Московской области информирует: В Московском регионе более 62 тысяч семей распорядились материнским капиталом через банки

Состоялась церемония вручения премии Men Today Trends


Armani Privé, кутюрная коллекция осень-зима 2024

ГПМ Радио: победа на июньском конкурсе ФКК

Витаводород — живая мыслящая материя, основа жизни на Земле

6 необычных фактов о том, как кишечник влияет на всё тело


‘I’ll have to talk to my agent’ says Harry Kane as England star offered transfer from Bayern during press conference

Rashan Gary Showed No Concern When Asked About Caleb Williams

Commentator’s curse strikes immediately as LIV golf hothead Tyrrell Hatton swears live on TV after losing it at the WIND

Who could England get next in Euro 2024 knockout stage after going through to last-16?


Филиал № 4 ОСФР по Москве и Московской области информирует: Более 12 тысяч жителей Москвы и Московской области получают повышенную пенсию за работу в сельском хозяйстве

ТСМ готовит полигон для конкурса механизаторов

Терминал сбора данных (ТСД) промышленного класса SAOTRON RT42G

Классика Санкт-Петербурга


The latest friendship-ruining co-op game on Steam is a punishing platformer where you're chained to your pals, and it's about to crack 100,000 concurrent players

All Destiny 2 Prismatic fragment locations

Прохождение элитного подземелья «Лесной алтарь» в Tarisland

'Maybe this new Stardew Valley-like game is pretty good' I said to myself after blearily noticing I'd played it until 2 in the morning


Робота водієм у Таксі 571 (Київ)


Владивосток готовится к Всероссийскому молодежному театральному фестивалю “Место силы – Владивосток”

Познание мышления мозга

Кавер-группа MOONPORT выступит на сцене фуд-корта ТРЦ «Нора»

Состоялась церемония вручения премии Men Today Trends


В Москве открылся II Всероссийский форум женщин-лидеров НКО

Состоялась церемония вручения премии Men Today Trends

МОК не допустил на ОИ российских стрелков и гребцов

Филиал № 4 ОСФР по Москве и Московской области информирует: Родители 240,5 тыс. детей в Московской области получают единое пособие


В Истре приступили к выполнению работ по уборке неликвидной древесины

Песков заявил о подготовке визита Аббаса в Россию

Крупнейшая в мире кардиоцентр получил модернизированную мобильную сеть

В Подмосковье отремонтировали линии освещения на 6 дорогах


20-летняя Эрика Андреева вышла в финал квалификации Уимблдона-2024

Джокович прилетел из Лондона на игру сборной Сербии с датчанами

Зарина Дияс сотворила громкую сенсацию на Уимблдоне-2024

В Беларуси отреагировали на неожиданное решение Арины Соболенко


В парке Долгопрудного можно пройти диспансеризацию 29 июня

В Подмосковье отремонтировали линии освещения на 6 дорогах

В Павшинской пойме Красногорска отметят день молодежи 29 июня

В Истре приступили к выполнению работ по уборке неликвидной древесины


Музыкальные новости

Рэперша Карди Би проколола себе ухо в ювелирном бутике

Наследники: дочь Била Гейтса встречается с внуком Пола Маккартни

Работники Улан-Удэнского ЛВРЗ высадили деревья в честь полувекового юбилея БАМ

«Я хотела, чтобы все ужаснулись»: Певица MARGO рассказала о пластических операциях в «УТРО.ТНТ»


Кавер-группа MOONPORT выступит на сцене фуд-корта ТРЦ «Нора»

Владивосток готовится к Всероссийскому молодежному театральному фестивалю “Место силы – Владивосток”

Познание мышления мозга

Состоялась церемония вручения премии Men Today Trends


Отношения с Ираном постепенно накачиваются // «Газпром» хочет закрепиться на Ближнем Востоке

«Спорт вдохновляет»: судебные приставы Кузбасса приняли участие в молодежном спортивно-туристическом мероприятии «Гонка профсоюзов - 2024»

Детская зона «ЯРКО» – на Летней Спартакиаде «Газпром-Медиа Холдинга»

Сбить спесь с Израиля. Россия приняла ХАМАС в Москве.


Нанесение дорожной разметки цена по Питеру

Ямочный ремонт асфальта услуги в СПб

Мойка колес Мойдодыр купить в СПб

Нанесение дорожной разметки цена в Питере


В Кремле раскрыли тему переговоров президентов России и Конго

Андрей Воробьев отметил важность возвращения иконы Рублева в лавру

LIVE: Путин встречается с президентом Конго Сассу-Нгессо

Президент Конго Сассу-Нгессо назвал отношения с РФ дружескими и солидарными




Врач дерматолог-косметолог Мадина Байрамукова: что делать, если вас ужалила медуза

Собянин рассказал о работе московских центров ментального здоровья

Участники VK Fest смогут проверить свое здоровье на стенде «Будь Здоров»

«Магнит» и Everland запускают социальную программу для молодых людей с инвалидностью в 10 регионах


"Запад до последнего будет закрывать глаза на зверства режима Зеленского": Мария Захарова ответила Киеву после атаки на Севастополь

Зеленский заявил о нежелании затягивать конфликт из-за больших потерь ВСУ

ЕС заключил с Киевом договор о «безопасности»

Зеленский признал, что Киев не хочет затягивания конфликта из-за больших потерь


Подведены Итоги Национальной Премии «Спорт и Россия - 2024»

Спортсмены из Мытищ победители на соревнованиях по акробатическому рок-н-роллу

Вратарь «Композита» об игре на Сахалине в 4 утра по Москве: «Как выползли из самолета – поняли, что нас ждет. Из аэропорта – сразу на стадион, когда горели 0:3, осознал – сил нет. Хорошо, никто не уснул, ха-ха»

Курсанты Пермского военного института Росгвардии приняли участие в межведомственной олимпиаде по дрессировке служебных собак



Собянин рассказал об интеграции Мневниковской поймы в городскую транспортную сеть

Собянин рассказал, каким будет летний сезон волонтерского проекта «Время добра»

Собянин рассказал о работе московских центров ментального здоровья

Собянин заявил, что транспортная доступность Мневниковской поймы будет улучшена


Водоохранную зону в Новой Москве освободили от самостроя

Величие российских рек: Круиз на теплоходе Александр Невский

Китоглавы - уникальные птицы в Московском зоопарке

«Мега-зной» идёт в Москву. Метеоролог: барический максимум раскалит воздух


Глава Дубны Максим Тихомиров встретился с дубненскими стобалльниками

Через Владимирскую область пройдёт международный автопробег "Дорогами Победы"

Крупнейшая в мире кардиоцентр получил модернизированную мобильную сеть

День открытых дверей провели в роддоме Мытищ


В Димитровграде проводят чемпионат России по парусному спорту в классе «микро»

Семейный пикник «Родные - любимые» пройдет в Поморье в третий раз

Портативный ТСД корпоративного класса Saotron RT-T70

Архангельская область войдет в федеральный историко-культурный туристический проект «Императорский маршрут»


Удивительно, но факт: в Симферополе снять квартиру дороже, чем в Севастополе

В Симферополе пройдут антитеррористические учения

Водитель так торопился к морю, что вдребезги разбил о дерево свою жизнь

Агент СБУ засел в МВД Крыма: Источник сообщил о поимке майора-шпиона


Через Владимирскую область пройдёт международный автопробег "Дорогами Победы"

В парке Долгопрудного можно пройти диспансеризацию 29 июня

В Павшинской пойме Красногорска отметят день молодежи 29 июня

В Истре приступили к выполнению работ по уборке неликвидной древесины














СМИ24.net — правдивые новости, непрерывно 24/7 на русском языке с ежеминутным обновлением *