Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Расчет центробежных насосов на газожидкостных смесях 7
1.1. Состояние исследования процессов перекачки газожидкостных смесей центробежными насосами 7
1.2. Экспериментальная установка. Методика проведения экспериментов \2
1.3. Экспериментальное исследование характеристик насоса 16
1.4. Влияние технологических параметров на значение срывного газосодержания 29
1.5. Влияние конструкции насоса на значение срывного газосодержания 32
1.6. Влияние свободного газа на напорные характеристики насоса при попадании его в направляющий аппарат центробежного насоса 36
1.7. Рекомендации по выбору и применению центробежного насоса при возможном попадании в перекачиваемую среду свободного газа 39
1.8. Анализ характеристик насоса, работающего на газожидкостных смесях с диспергатором 42
1.9. Причины срыва подачи центробежного насоса на мелкодисперсных газожидкостных смесях 48
1.10. Об аналогии в причине срыва подачи центробежного насоса при кавитации и перекачке мелкодисперсных газожидкостных смесей 58
1.11. Расчет напорных характеристик и критических параметров перекачки мелкодисперсных газожидкостных смесей 62
1.12. Некоторые результаты промышленных исследований процесса перекачки газожидкостных смесей 75
1.13. Выводы по главе 1 85
ГЛАВА 2. Технические возможности перекачки газожидкостных смесей на промыслах 87
2.1. Способы перекачки газожидкостных смесей за рубежом и в России 87
2.2. Выбор параметров установок для перекачки газожидкостных смесей на промыслах
2.3. Перспективы применения двухвинтовых насосов в системах сбора и подготовки 114
2.4. О параметрах перекачки газожидкостных смесей по промысловым трубопроводам 120
2.5. Выводы по главе 2 127
ГЛАВА 3. Новый метод расчета напорных характеристик центробежных насосов на вязких жидкостях и при подрезке рабочего колеса . 129
3.1. Расчет напорных характеристик центробежных насосов на вязких жидкостях 129
3.2 Расчет напорных характеристик центробежных насосов при подрезке рабочего колеса 142
3.3 Выводы по главе 3 149
ГЛАВА 4. Анализ работы насосов на промыслах, модернизация старых и разработка новых типоразмеров в системах ппд и промыслового сбора І50
4.1 Анализ работы насосов систем ППД на промыслах 150
4.2 Перспективы развития насосного оборудования в системах ППД 163
4.3 Анализ работы насосов типа ЦНС в системах промыслового сбора 176
4.4 Модернизация насосов типа ЦНС в системах промыслового сбора j 92 4.5.Анализ и выбор перспективных направлений повышения надежности 199 4.6.Выводы по главе 4 202
ГЛАВА 5. ВЫБОР ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ
В СИСТЕМАХ СБОРА, ПОДГОТОВКИ И ТРАНСПОРТА
НЕФТИ НА ПРОМЫСЛАХ 203
5.1 Область применения насосов в технологических схемах сбора,
подготовки и транспорта нефти 203
5.2. Расчет необходимого давления на входе в центробежный насос при перекачке газонасыщенных жидкостей 205
5.3 Рекомендации по выбору центробежного насоса в системе сбора, подготовки и магистрального транспорта нефти и нефтепродуктов 217
5.4 Выводы по главе 5 229
Заключение 230
Список литературы 235
- Влияние свободного газа на напорные характеристики насоса при попадании его в направляющий аппарат центробежного насоса
- Выбор параметров установок для перекачки газожидкостных смесей на промыслах
- Расчет напорных характеристик центробежных насосов при подрезке рабочего колеса
- Перспективы развития насосного оборудования в системах ППД
Введение к работе
Актуальность проблемы. В системах сбора, подготовки, транспорта нефти и поддержания пластового давления основные затраты электроэнергии приходятся па насосное оборудование. В этих системах на нефтяных месторождениях России работает более 10 тысяч насосов, которые эксплуатируются в сложных условиях. Насосное оборудование в области сбора и подготовки перекачивает среды, плотность и вязкость которых меняется во времени. Газовые включения, находящиеся в транспортируемой среде, еще более ухудшают условия перекачки. Анализ показал, что 80 % насосов работают с дросселированием или в нерасчетном режиме. Все это снижает надежность и эффективность эксплуатационного оборудования. Для промысловых насосов отсутствовали достаточно точные методики расчета влияния вязкости и свободного газа на характеристики насосов, а также методики выбора и эффективного использования насосов в технологических цепочках. Возникает необходимость в насосах, характеристика которых соответствует перекачиваемой среде, потребность в модернизации насосов под перекачиваемую среду с использованием сменных роторов и подрезки рабочих колес насосов. В связи с этим необходимы теоретические решения, позволяющие определить влияние перекачиваемой среды на характеристики насосов и дающие возможность повысить их эффективность, принять решение об их модернизации.
С другой стороны, при освоении мелких месторождений возникла потребность в насосах па малые подачи. Они нужны как в системе сбора, так и системе поддержания пластового давления. Отсутствие необходимых типоразмеров насосов приводит к удорожанию стоимости нефти и сдерживает развитие мелких удаленных месторождений.
Разработка большого количества мелких удаленных месторождении и нерентабельность транспорта попутного газа традиционными методами привели к сжиганию газа на факелах (около 10 млрд. м'/год). Возникает необходимость в оборудовании, способном перекачивать газожидкостную смесь по одному тру-
бопроводу. Очевидно, что подготовку продукции скважин на центральных пунктах сбора целесообразно сочетать с однотрубным транспортом газожидкостной смеси. Отсутствие технических средств для перекачки газожидкостных смесей не позволяет усовершенствовать технологии в нефтегазодобыче, снизить капиталовложения и сократить сроки обустройства месторождений. Помимо потерь сжигаемого газа большой проблемой являются выбросы в атмосферу нефтяных газов, особенно содержащих сероводород, и продуктов их сгора'шя, что существенно ухудшают экологическую обстановку в регионах.
Учитывая важность изложенного, разработка научных и технических основ, повышающих эффективность и надежность насосного оборудования на промыслах, создание новых и модернизации' старых насосных установок, разработка теоретических и технических решений, позволяющих обеспечить утилизацию газа на промыслах, являются актуальными проблемами.
Цель работы. Повышение эффективности и надежности функционирования насосного оборудования и технологических систем сбора, подготовки, транспорта нефти и поддержания пластового давления.
Основные задачи работы:
Исследование характеристик центробежных насосов, разработка способа и метода расчета их при перекачке газожидкостных смесей центробежными насосами.
Разработка теоретических и технических решений, обеспечивающих утилизацию газа на промыслах с мелких удаленных месторождений.
Разработка нового метода расчета напорных характеристик центробежных насосов на вязких жидкостях.
Разработка нового метода расчета напорных характеристик центробежных насосов при подрезке рабочих колес.
Разработка теоретических и технических решений, обеспечивающих модернизацию старых и создания новых насосов систем сбора и поддержания пластового давления.
Разработка методики выбора и эффективной эксплуатации центробежных насосов в технологической схеме сбора и подготовки нефти.
Методы решения поставленных задач
Решение поставленных задач осуществлено теоретически и экспериментально в лабораторных и промышленных условиях. Результаты исследований апробированы и внедрены в производстве.
Научная новизна:
Даны теоретические подходы к проблеме перекачке газожндкостпых смесей центробежными насосами на основе теории «акустического запирания потока».
Предложен новый метод пересчета характеристик центробежных насосов с воды на вязкую жидкость с учетом теории пограничного слоя.
Получено аналитическое выражение, позволяющее выполнить расчет величины расточки втулки гидропяты насосов типа ЦНС с учетом вязкости перекачиваемой жидкости.
Получены аналитические зависимости расчета напорных характеристик центробежных насосов при обточке рабочего колеса с учетом основных конструктивных параметров.
Теоретически и экспериментально обоснована величина минимального давления на входе в центробежный насос при откачке газонасыщенных жидкостей из сепаратора.
На защиту выносятся:
Исследование характеристик насосов на вязких жидкостях и газожидкостных смесях.
Метод расчета характеристик центробежных насосов на газожидкостных смесях.
Метод расчета характеристик центробежных насосов на вязких жидкостях.
Метод расчета характеристик центробежных насосов при подрезке рабочего колеса.
. 5. Технические решения по эффективной перекачке продукции нефтяных скважин в технологических системах сбора, подготовки и поддержания пластового давления.
Практическая ценность работы:
Предложен способ и конструкция диспергирующего устройства, обеспечивающая перекачку газожидкостных смесей центробежными насосами.
Разработаны методики расчета напорных характеристик центробежных насосов в зависимости от вязкости и подрезки рабочего колеса, которые позволяют подбирать насосы и обосновывать их параметры.
Полученные зависимости напорных характеристик от ширины каналов и диаметра рабочего колеса могут быть использованы при проектировании и эксплуатации насосов на промыслах и в учебных целях.
Экспериментально и теоретически обоснована минимальная величина давления на входе в центробежный насос при откачке газонасыщенных жидкостей из сепаратора.
Предложены технологические схемы и разработаны технические средства по перекачке газожидкостных смесей по одному трубопроводу.
Дана зависимость, определяющая параметры расточки втулки гидропяты с целью повышения эффективности работы насоса на жидкостях различной вязкости.
Разработаны и серийно освоены импортозаменяющие конструкции насосов для системы ППД типа ЦНС 63 и ЦНС 80.
Проведена модернизация насосов ЦНС для систем промыслового сбора.
Реилтщия работы
Результаты исследований вошли в следующие руководящие документы:
Руководство по выбору и применению насосов нефтяных центробежных в системе сбора, подготовки и транспорта продукции нефтяных скважин РД 39-01-040-81.
Методика определения и оценки эксплуатационных параметров насосных агрегатов нефтеперекачивающих станций магистральных нефтепроводов РД-39-023-2000.
Перекачка газожидкостных смесей центробежным насосом с диспергирующим устройством осуществлена в НГДУ «Чекмагушнефть».
Метод расчета необходимого давления на входе в центробежный насос реализован при перекачке жидкости с 20% свободного газа в НГДУ «Уфанефть».
Методы и средства перекачки газожидкостных смесей с помощью эжектора внедрены в НГДУ «Азпакаевиефть».
Рекомендации по транспорту газожидкостных смесей по подводным трубопроводам внедрены на месторождениях СП «Вьетсовпетро», «Белый тигр» и «Дракон».
В АНК «Башнефть» внедрены сменные роторы к насосу ЦНС 180 на подачу 90 м /час.
Разработана конструкция двухвинтового насоса для перекачки газожидкостных смесей. Насос прошел ведомственные испытания и рекомендован к серийному освоению в объединении «Куйбышевнефть».
Разработано и освоено на «Боткинском заводе» производство насосов для систем ППД ЦНС 63-1400, 1800 и ЦНС80-1400, 1800. Насосы внедрены в
объединениях «Башнефть», «Татнефть», «Удмуртнефть», «Пермьнефть» и предприятиях Западной Сибири.
Проведена модернизация водяных насосов типа ЦНС Ясногорского машза-
вода для перекачивания продукции нефтяных скважин. Насосы внедрены
повсеместно.
Апробация работы
Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:
Школа-семинар под руководством академика АН Аз. ССР А.Х. Мирзаджан-заде «Проблемы трубопроводного транспорта», г. Уфа, 1988 г.;
Научно-технический семинар «Системный анализ процессов разработки нефтяных месторождений и транспорта нефти и нефтепродуктов», г. Уфа, 1996 г.;
Научный семинар «Проблемы гидродинамики, надежности и прочности в современном трубопроводном транспорте», г. Уфа, 1997 г.;
«Конгресс нефтепромышленников России», г. Уфа, 1998 г.;
«Конгресс нефтепромышленников России», г. Уфа, 1999 г.;
Республиканская конференция «Современные проблемы естествознания на стыках наук», г. Уфа, 1998 г.;
Международная научная конференция «Методы кибернетика химико-технологических процессов», секция «Математическое моделирование и оптимизация процессов транспорта и хранения нефти и газа», г. Уфа, 1999 г.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 42 работы, в том числе монография, обзор, 32 статьи и доклада, шесть описаний изобретений, защищенных авторскими свидетельствами и патентами.
Объем и структура работы
Диссертация состоит из пведення, пяти глав, основных выводов, списка литературы из 197 наименований, содержит 280 страниц машинописного текста, 85 рисунков, 21 таблицу и приложения.
Соискатель благодарен за доброжелательное отношение, многолетнюю совместную работу и научные консультации доктору технических наук, профессору УГНТУ Колпакову Льву Георгиевичу, Заслуженному деятелю науки РФ и РБ, доктору технических наук, профессору, академику АН РБ Гумерову Асгату Галимьяновичу.
Влияние свободного газа на напорные характеристики насоса при попадании его в направляющий аппарат центробежного насоса
Однако наблюдается и различное действие свободного газа на характеристики насоса по сравнению с аналогичными характеристиками для погружных центробежных насосов. Это отличие заключается в отсутствии «мертвых зон» и значений «больших газосодержаний». Такая терминология принята в работах [6, 13, 15]. «Мертвая зона» определяет часть области поля Q-p на режимах средних подач, где работа насоса невозможна. Эта область образуется в результате скачкообразного изменения параметров насоса при незначительном увеличении газосодержания.
Согласно исследованиям [6, 15], предполагаемая область «больших газосодержаний» выглядела бы, к примеру, так, как показано пунктиром на рис. 1.3. Это соответствовало бы изменению газосодержания от 4% до 6%. В проведенных исследованиях для насоса ЗК-6 такая область отсутствует: с увеличением газосодержания снижение параметров насоса усиливается и заканчивается срывом подачи при газосодержании 4%.
В отличие от насосов погружного типа у фланцевых насосов в горизонтальном входном патрубке образуется газовое скопление.
Полученная качественная картина изменения характеристик центробежного насоса на газожидкостных смесях сохраняется при изменении как кон 19 структивных, так и технологических параметров исследованного центробежного насоса.
Визуальные исследования течения газожидкостных смесей в каналах рабочего колеса проводились при испытании насоса ЗК-6 с диаметром рабочего колеса 218 мм и шириной лопаток Ь2, равной 12, 9, 6, 3 мм. Для проведения визуальных наблюдений покрывной диск колеса и часть деталей насоса изготовлялись из оргстекла. Наблюдения проводились с помощью стробоскопа, а съемка потока газожидкостной смеси в каналах колеса осуществлялась скоростной кинокамерой СКС-1. Съемка велась со скоростью две и четыре тысячи кадров в секунду.
Целью исследования являются определение параметров, влияющих на расположение воздушной каверны в каналах рабочего колеса, получение взаимосвязи между визуальной картиной течения смеси в каналах колеса и соответствующим изменением характеристики насоса.
При наблюдениях за изменением визуальной картины обтекания лопаток рабочего колеса потоком газожидкостной смеси в зависимости от какого-либо параметра все остальные параметры оставались неизменными.
Проведенные исследования показали, что расположение газовых каверн в каналах рабочего колеса при перекачке крупнодисперсных газожидкостных смесей определяется двумя параметрами: значением газосодержания на входе в насос и режимом работы насоса.
Рассмотрим, как меняется визуальная картина течения смеси в каналах колеса в зависимости от газосодержания. Результаты визуальных наблюдений, полученные при исследовании характеристики насоса (см. рис. 1.2) при 2=18 м /ч, показывают следующее. При малых газосодержаниях (Г=1%) в каналах колеса движутся группы мелких пузырей газа, разбросанные по всему каналу. С увеличением газосодержания (Г=2%) у ступицы колеса образуется белый жгут, состоящий из скопления мелких пузырей газа.
При дальнейшем увеличении газосодержания Г=3% в основании жгута у ступицы колеса образуется воздушная каверна, которая с увеличением газо 20 содержания вытягивается вдоль канала, составляя основание жгута. При Г=4% воздушная каверна, оставаясь основанием на ступице рабочего колеса, достигает жгутом его периферии. Это газосодержание соответствует пред-срывному моменту в работе насоса, а срыв подачи наступает при дальнейшем увеличении газосодержания. При срыве подачи воздушные каверны, находящиеся в каналах рабочего колеса и входном патрубке насоса, объединяются в один пузырь, образующийся у ступицы рабочего колеса, проникая одной своей частью во входной патрубок насоса, а другой - занимая часть каналов рабочего колеса, примыкающих к ступице. Оставшаяся периферийная часть лопаток колеса занята капельной жидкостью, образующей водяное кольцо. Образовавшийся воздушный пузырь разделяет жидкость, находящуюся на входе в насос и в периферийной части рабочего колеса, препятствуя восстановлению подачи. Восстановление подачи возможно только тогда, когда жидкость, находящаяся во входном патрубке насоса, коснется входных кромок рабочего колеса. Такова качественная картина, происходящая в каналах рабочего колеса с изменением газосодержания на входе в насос. При этом ширина водяного кольца зависит от сопротивления трубопровода, на который работает насос [5].
Описанная картина характерна для любого режима работы центробежного насоса при попадании в него свободного газа.
Найдем связь между визуальными изменениями в каналах колеса и изменением характеристики насоса. Для этого с помощью критериев подобия рассмотрим влияние свободного газа на кинематику потока в каналах центробежного насоса [31, 32]. Критерий кинематического подобия П3 для потока жидкости в каналах центробежного колеса определим согласно формуле Пъ = -—f -. Критерий использовался в работах [33, 34, 35, 36] и определен для капельной жидкости. Добавляя в поток капельной жидкости свободный газ, будем следить за изменением критерия подобия, а значит, изменением кинематики потока в каналах центробежного колеса. Результаты исследований (рис. 1.4) и (табл. 1.1) показали, что до определенного значения газ о содержания значение Щ постоянно, т. е. при этих газосодержаниях не нарушается кинематика потока в каналах центробежного насоса. Верхняя кривая соответствует работе насоса на капельной жидкости (см. рис. 1.4). Экспериментальные значения, полученные при пуске свободного газа на вход насоса, обозначены светлыми кружками, а значения газосодержания в процентах - цифрами, находящимися в местах окончания характеристик на Tiomp-Q.
Выбор параметров установок для перекачки газожидкостных смесей на промыслах
На основе полученных экспериментальных данных и анализа априорной информации выдвигаются две гипотезы, объясняющие причину срыва подачи центробежного насоса на мелкодисперсных газожидкостных смесях: из-за лавинообразного объединения пузырьков газа в каверну; из-за акустического запирания каналов рабочего колеса. Обоснованием для первой гипотезы служат следующие доводы: а) при увеличении дисперсности смеси уменьшается расстояние между пузырьками, что может при определенных условиях привести к лавинообраз ному их объединению в каверну; б) при срыве подачи насоса в центральной части рабочего колеса фор мируется газовый пузырь (визуальные наблюдения). Вторая гипотеза вытекает из следующих суждений: а) относительная скорость потока через центробежное колесо достигает более 20 м/с [1] и соизмерима по значению со скоростью звука в потоке газо жидкостной смеси. Для газожидкостных смесей минимальная скорость звука при давлениях, близких к атмосферным, равняется 20 м/с [52, 53]. Для паровоз душных смесей при давлении 10 бар скорость звука составляет 7,81 м/с [54]; б) срыв работы насоса с увеличением подачи происходит при меньшем газосодержании; в) качественное изменение характеристики центробежного компрессора при срыве подачи в результате акустического запирания совпадает с качест венным изменением характеристики насоса на газожидкостных смесях; г) при акустическом запирании каналов возникает вертикальность ха рактеристик по расходу. На основе имеющегося экспериментального материала проведем обсуждение выдвинутых рабочих гипотез, каждая из которых должна объяснить все полученные экспериментальные данные.
В процессе исследований выявлено-, что газовые формирования зарождаются в вихревых зонах рабочего колеса насоса. На режиме недогрузки этому способствуют обратные токи. Поэтому наиболее выраженное лавинообразное объединение пузырьков газа должно наблюдаться для режимов недогрузки, а значит, на этих режимах и должно происходить наиболее сильное снижение подачи. Однако на практике эта область работы насоса характеризуется максимальным значением газосодержания, что противоречит первой гипотезе.
С увеличением подачи на мелкодисперсных смесях происходит срыв работы насоса при меньших газосодержаниях, чем на крупнодисперсных, хотя время нахождения частичек смеси в каналах насоса уменьшается, а расстояние между пузырьками газа увеличивается. Поэтому и этот факт первая гипотеза не объясняет.
На основе тщательных экспериментов установлено, что формирование газовой области в центре рабочего колеса происходит через 4-5 с после того, как приборы зафиксировали прекращение подачи и падение напора, т. е. образование газовой области происходит при превращении насоса в центрифугу-сепаратор.
Исходя из изложенного, первая гипотеза в дальнейшем не рассматривается, а проводится обсуждение достоверности второго предположения. Как показано выше, вторая гипотеза хорошо объясняет полученные экспериментальные данные и не противоречит физической сути рассматриваемых явлений. Опираясь на физическую суть явления акустического запирания, проведем доказательство выдвинутого предположения.
Если причиной срыва подачи является акустическое запирание, то средняя скорость течения смеси в каналах насоса, соответствующая области срыва, совпадает со скоростью звука в газожидкостной смеси при срывном газо 50 содержании. В связи с этим проводился следующий сравнительный эксперимент. В потоке газожидкостной смеси замерялись критические параметры и сравнивались с теми значениями относительных скоростей в центробежном насосе, при которых произошел срыв подачи. Расчет средних относительных скоростей в каналах насоса проводился для центробежного насоса ЗК-б при скорости вращения ротора 3000 об/мин. Для экспериментального колеса максимальная средняя относительная скорость возникает в сечении при D2=100 мм, Ь2=6 мм, Р2=28. Параметры сечения замерялись непосредственно с разрезанного колеса. Относительная средняя скорость течения смеси через сечения каналов определялась согласно [48]: w = ш— СР sinp\ где QCM - расход смеси через колесо, 2см= 2г+бж; SK - живое сечение каналов колеса, SK=nDb2x, здесь D - диаметр колеса в исследуемой области; Ь2 - ширина лопаток; х - коэффициент стеснения.
Расход жидкости замерялся тарированной диафрагмой с точностью 1%, а расход газа - ротаметром с точностью 2%. Результаты расчетов показывают, что средняя скорость течения жидкости в каналах рабочего колеса меняется от 0 до 24 м/с.
Основываясь на литературных данных, оценим значение скорости звука в газожидкостной смеси и посмотрим, соизмерима ли она со скоростью смеси в каналах рабочего колеса.
Качественная картина изменения скорости звука в зависимости от газосодержания хорошо иллюстрируется рис. 1.24, откуда следует, что скорость звука в смеси наиболее сильно меняется при газосодержаниях от 0 до 0,2 и от 0,8 до 1. В пределах газосодержаний от 0,2 до 0,8 значение скорости звука меняется незначительно. Минимум скорости звука соответствует газосодержанию, равному 0,5. Граничные условия определяются при Ь=0 и Ь=\, где скорость звука соответствует скорости в чистой жидкости и газе.
Расчет напорных характеристик центробежных насосов при подрезке рабочего колеса
В представленном разделе рассматривается возможность перекачки газожидкостных смесей по одному трубопроводу на основе анализа существующих методических материалов, а также опыта перекачки газожидкостных смесей по промысловым и магистральным трубопроводам. Определяются параметры наиболее целесообразной работы трубопровода.
Совместный транспорт нефти и нефтяного газа в нашей стране начал осуществляться с развитием и внедрением при обустройстве нефтяных месторождений системы однотрубного, герметизированного сбора и транспорта. Осуществляемая в начале на выкидных линиях и сборных коллекторах на 2-3 км, а на морских месторождениях до 7-8 км, пройдя стадию изучения и развития, она была признана высокоэффективной [106] по сравнению с двухтрубной, и с 1958 г. начала внедряться на промыслах объединения «Гроз-нефть» не только на внутренних, но и на внешних коммуникациях. Диаметры трубопроводов, по которым осуществлялся совместный транспорт нефти и газа достигли 0,5 м, а их протяженность 20-30 км.
В 1965 году на промыслах объединения «Казахнефть» был осуществлен эксперимент, открывший путь развития и внедрения однотрубной системы сбора и транспорта в Казахстане, Западной Сибири и др. Впервые в СССР нефть и газ транспортировались по одному трубопроводу диаметром 0,3 м на расстояние 100 км.
На базе совместного сбора и транспорта нефти и газа на большие расстояния научными и проектными организациями (ГНИ, «Краснодарнефте-проект», «Гипровостокнефть», «Татнефтепроект» и др.) был модернизирован, разработан и внедрен ряд нефтегазосборных систем для различных условий добычи нефти. Они позволили более рационально решать вопросы обустройства нефтяных промыслов, укрупнить и централизовать технологические объекты, увеличить число ступеней сепарации, более полно использовать энергию пласта. Так, внедрение этой системы на новых месторождениях объ 121 единения «Грознефть» за период с 1960 года по 1970 год позволило утилизи-ровать почти II млрд.м газа, на сумму 77 млн. руб. и совместно транспорта-ровать более 64 млн. т нефти и свыше 18 млрд. м газа. После внедрения этой системы стоимость нефти снизилась на 2,5 %, а газа на 30 % [107]. Аналогичные схемы внедрены на месторождениях Дагестана, Туркмении, Грузии.
Разнообразие месторождений по геологическим и климатическим ус ловиям, а также физико-химическим свойствам добываемых компонентов, меняющиеся условия эксплуатации привели к разработке мо дернизированных систем нефтесбора. Так, напорная герметизированная система нефтегазосбора Гипровостокнефти [108] предусматривает однотрубный транспорт нефти и газа до участковых сепарационных установок, расположенных до 7 км от скважин, и транспорт газонасыщенных нефтей в однофазном состоянии до технологических установок по подготовке нефти на расстояние до 100 км. Этой системой предусматривается как использование энергии пласта, так и напора, создаваемого глубинными насосами. Такая система внедрена в объединении «Куйбышевнефть» а также на ряде месторождений Западной Сибири - Западно-Сургутское, Усть-Балыкское, Мегионское, Правдинское, Тетерево-Мартымьянское и др. Разработана и на некоторых месторождениях Западной Сибири внедрена лучевая система сбора [109]. Протяженность трубопроводов системы нефтесбора месторождений Западной Сибири с максимальной добычей нефти 1 млн. т составляет обычно от 20 до 40 км. [110]. Газовый фактор меняется в широком диапазоне - до 40 м3/ч.
Развитие системы однотрубного нефтегазосбора получили в Азербайджане, Татарии, Башкирии, где также доказана их технико-экономическая целесообразность для совместного транспорта нефти и газа на большие расстояния [ПО, 111, 112,106].
Рассмотрим, какие сложности могут возникнуть при транспорте газожидкостных смесей по одному трубопроводу, определим наиболее целесооб 122 разные режимы перекачки газожидкостных смесей. В области исследования течения многофазных жидкостей работали многие советские и зарубежные ученые. Теоретические и экспериментальные исследования проводились С.Г. Телетовым, СИ. Костериным, С.С. Кутате-ладзе, В.Г.Багдасаровым, Мартинелли, Локартом, Мак-Адамсом, Бейкером, а в более позднее время В. А. Мамаевым, Г.Э. Одишария, Л.Л. Точигиным, А.И. Гужовым и многими другими.
Сложность и многообразие явлений, сопровождающих течение газожидкостных потоков, является причиной того, что результаты многих исследований носят полуэмпирический или приближенный характер. Основными параметрами, определяющими движение жидкостей, являются их физико-химические свойства, плотность, вязкость, объемное и истинное газосодержание, скорость и проскальзывание фаз.
Перспективы развития насосного оборудования в системах ППД
Из рассмотрения отказов, полученных на основании анализа большого числа данных обследований насосов различных марок, все выходящие из строя, в том числе под воздействием агрессивных сточных вод детали можно объединить в следующие группы: - I группа - рабочие колеса, у которых корродируют и изнашиваются входные кромки и рабочая поверхность лопастей, периферийные зоны дисков, ступица и лабиринт; - II группа - уплотнительные кольца рабочих колес, втулка гидропяты; - III группа - направляющие аппараты; - IV группа - детали узла гидроразгрузки - подушка гидропяты и разгрузочный диск. Характерным при этом являются надиры на торцевой поверхности разгрузочного диска, которые могут образоваться либо в результате металлического контакта с подушкой пяты из-за ненормальной работы узла гидропяты, либо при попадании с перекачиваемой водой в зазор взвешенных частиц. При этом на торцевой поверхности образуются кольцевые канавки различной глубины. При попадании твердых частиц в кольцевой зазор между подушкой и диском получается быстрый абразивный износ их поверхностей и увеличение величины зазора; - V группа - защитные рубашки вала и сам вал; - VI группа - крышки всасывания и нагнетания.
Основным фактором, определяющим длительность межремонтного периода эксплуатации (между капитальными ремонтами), является срок службы рабочего колеса, а также - ушютнительных колец рабочих колес.
Такие узлы насоса, как торцевое уплотнение, у которого наработка на отказ равна 2000-3000 часов, и узел гидроразгрузки могут быть заменены в условиях промысла, без транспортировки насоса в ЦБПО.
На рис.4.1 приведена сводная диаграмма распределения отказов НА в 5-ти НГДУ. Из сводной диаграммы следует, что основные отказы приходятся на подшипники: 14,6 % - по подшипникам насоса и 11 % - по подшипникам электродвигателя, 6 % - выход из строя шпилек крепления корпуса, 13,5 % - расцентровка агрегата, 8 % - износ передней и задней рубашек, 7 % -износ муфты. Одной из причин отказов НА является некачественное изготовление фундамента - 3 %,, которая влечет за собой отказы подшипников и уплотнений. Большую долю занимает выход гидропяты -10%.
В системах добычи и ППД эксплуатируются свыше тысячи насосных станций блочного исполнения (БНС). Блочно-комплектный метод строительства имеет ряд преимуществ перед капитальным, в частности, позволяет сократить сроки ввода объектов, снизить материальные и трудовые затраты. Однако опыт эксплуатации БНС также выявил серьезные недостатки -пониженную надежность, частые отказы и аварийные выходы из строя агрегатов, высокие уровни вибрации и шума оборудования.
Анализ данных показал, что средний срок службы насосов и электродвигателей в БНС на 25-80 % ниже нормативных значений и почти вдвое ниже достигаемого на станциях капитального исполнения.
Качество работы подшипников определяется надежностью функционирования маслосистемы. Анализ работы маслосистемы показывает, что с течением времени в масле откладывается шлам и выделяется вода. Образовавшийся шлам откладывается по всей системе обвязки, особенно в тупиковых участках нефтепроводов, ваннах подшипников и других элементах и является причиной абразивного износа в подшипниках. Для этого, чтобы обеспечить надежную и долговечную работу подшипников скольжения, необходимо периодически удалять из масла шлам и воду, заменять масло при потере качественных характеристик.
Сводная диаграмма распределения отказов насосных агрегатов: /—по подшипникам насоса 14,6%; //—из-за расцентровки 13,5%; ///—из-за поломки вала 1 %; IV— из-за замены маслонасоса 1 %; V— слабый фундамент 6,1 %; VI—из-за течи масла 2,1 %; VII—по гайке ротора 2,1 %; VIII— по задней рубашке вала 4,2 %; IX — по передней рубашке вала 4,2 %; X — по износу шпилек крепления корпуса 16,7 %; XI— по грундбуксам 1 %; XII— по защитной втулке 3,1 %; XIII— по течи через уплотнения 0,1 %; XIV— рабочих колес 3,1 %; ХК—по неисправностям муфты 7,3%; XVI—по обратным клапанам 6,3%; XVII—по задвижкам 3,\%; XVIII—по подшипникам электродвигателя 11,5 %, XIX - износ гидропяты 10%.
При подплавлении или износе баббита увеличивается зазор между валом и баббитным слоем подшипника, вследствие чего происходит проседание ротора насоса или электродвигателя, что вызывает интенсивный износ уплотнений рабочих колес, повышенную вибрацию агрегата, приводящую к преждевременному выходу из строя других узлов НА.
Низок ресурс работы защитных рубашек на агрессивных сточных водах, в связи с чем НГДУ «Первомайскнефть» ПО «Куйбышевнефть» применило защитные рубашки из полимерного материала «Капролон», чем значительно снизило отказы.
Сильной коррозии подвергается вал насоса в районе между гайкой ротора и маслоотражателем обычно валы изготавливают из корродирующего материала, который необходимо заменить на коррозионностойкий.
Направляющие аппараты крепятся в корпусе штифтами, которые выполнены из некоррозионностойкой стали. В результате штифты корродируют, выходят из строя, направляющие аппараты срываются с установленного положения. Необходимо перейти к изготовлению штифтов из коррозионностойкой стали.
Часто выходят из строя лабиринтные и маслоотражательные кольца. В ПО «Куйбышевнефть» их стали изготавливать из капролона В, материала, устойчивого к воздействию углеводородов, масел, эфиров, щелочей и слабых кислот, и тем самым устранили частые отказы лабиринтных и маслоотражательных колец.
При демонтаже насосов и установке вместо них насосов того же типоразмера не совпадают отверстия на входном и выходном патрубке, отверстия лап крепления на плите, т.е. отсутствует взаимозаменяемость, вследствие этого приходится заниматься переврезкой приемного и выходного трубопроводов.
