Введение к работе
Актуальность темы. Одним из важнейших направлений повышения эффективности производства и обеспечения экологической безопасности в нефтяной промышленности является решение проблемы снижения удельных энерго-и ресурсозатрат при добыче нефти и сокращения потерь углеводородов. Возможность успешного решения этой проблемы во многом определяется выбранной схемой обустройства нефтяных месторождений. При обустройстве новых месторождений, а также при эксплуатации истощенных месторождений или месторождений с низким начальным пластовым давлением экономически целесообразным является использование системы совместного сбора и транспорта продукции скважины по одной системе трубопроводов с помощью насос-компрессоров, позволяющей сократить капитальные вложения, повысить нефтеотдачу пластов за счет снижения давления на устье скважины, обеспечить полную утилизацию попутного нефтяного газа с момента начала эксплуатации месторождения, улучшить экологию. Наиболее широкое применение при однотрубной системе нефтегазосбора нашли двухвинтовые насос-компрессорные установки. Однако их дальнейшее внедрение сдерживается необходимостью предварительного решения ряда вопросов, связанных с разработкой надежной методики выбора параметров насос-компрессорных установок при различных режимах работы в системе нефтегазосбора применительно к конкретным нефтепромысловым объектам.
Требует изучения и влияние попутного нефтяного газа при его совместном транспорте с нефтью по однотрубной системе нефтегазосбора на размеры дисперсной фазы водонефтяной эмульсии, от величины которых зависит эффективность процесса обезвоживания и обессоливания нефти.
Следует отметить, что в известной литературе отсутствуют какие - либо конкретные данные о применяемых в двухвинтовых насос- компрессорах зарубежных фирм типах циклоидального профиля винтов, нет практических рекомендаций по выбору геометрических параметров винтовой нарезки (глубина, шаг, величина зазоров) в зависимости от производительности насоса, перепада давления на нем и свойств перекачиваемой среды. Известные методы расчета, опубликованные в трудах отечественных специалистов, касаются, в основном, насосов для перекачки однофазных жидкостей (мазута, минеральных масел, воды и т.п.) или основаны на результатах обработки опытных данных, что ограничивает область их применения условиями проведенных испытаний.
В связи с этим исследование влияния свойств перекачиваемой среды, геометрии проточной части на энергетические характеристики двухвинтовых насос - компрессоров, разработка методики расчета и практических рекомендаций по их проектированию применительно к условиям работы в системе нефтегазосбора является актуальной задачей.
Цель работы. Повышение эффективности промысловой системы сбора
и транспорта продукции нефтяных скважин, обеспечение экологической безо
пасности при добыче нефти на основе разработки и применения многофазных
насос-компрессорных установок. _... _
Задачи работы. Для достижения поставленной цели необходимо ре
шить следующие задачи: | ^.птрбургд/, I
. | 09 308? Wife \
К"
-
Провести сравнительный анализ технологических схем промысловых систем и технических средств сбора и транспорта продукции нефтяных скважин.
-
Разработать методику определения параметров многофазных насос-компрессорных установок применительно к конкретным нефтепромысловым объектам, учитывающую свойства перекачиваемой газоводонефтяной смеси и характеристики трубопроводов системы нефтегазосбора.
-
Провести оценку влияния соотношения газовой и жидкой фаз на дисперсность эмульсии при движении газоводонефтяных смесей по трубопроводам системы нефтегазосбора.
-
Разработать математическую модель изотермического течения вязкой несжимаемой жидкости через систему зазоров в проточной части насос - компрессора с учетом реальной геометрии щелей между винтовыми поверхностями двух взаимодействующих винтов и режима течения в них.
-
Разработать методики и комплекс программ расчета координат теоретического профиля винта, профиля винта в осевом сечении, профиля дисковой фрезы, геометрии щели между винтовыми поверхностями двух взаимодействующих винтов с циклоидальным профилем, энергетических характеристик насос — компрессора, которые позволяли бы рассчитывать последние при отсутствии результатов стендовых испытаний насос — компрессоров.
-
Провести теоретические исследования энергетических характеристик многофазного насос — компрессора, определить основные факторы, оказывающие наибольшее влияние на эффективность работы насос-компрессора.
-
Разработать, изготовить и провести стендовые и промысловые испытания опьпно-чіромьішленногосбразщмнсіхх^азнойдвухвшпоюйнасос-чсомпрессорно установки, сопоставить опытные данные с результатами теоретических исследований.
Научная новизна. Предложена методика определения параметров насос-компрессорной установки применительно к конкретным нефтепромысловым объектам, учитывающая свойства перекачиваемой газоводонефтяной смеси и характеристики трубопровода. Расчетами показано, что увеличение доли газа в перекачиваемой газоводонефтяной смеси за счет повышения газового фактора или снижения давления в трубопроводе приводит к уменьшению размеров дисперсной фазы до величин, при которых может быть осложнен процесс обезвоживания и обессоливания нефти. Разработана математическая модель, описывающая изотермическое течение вязкой несжимаемой жидкости через систему зазоров в проточной части насос - компрессора с-учетом реальной геометрии щелей между винтовыми поверхностями двух взаимодействующих винтов и режима течения в них. Установлено, что основные утечки перекачиваемой среды происходят через щели между винтовыми поверхностями двух взаимодействующих винтов на уплотняющей стороне профиля. Показано, что при перекачивании маловязких жидкостей (например, воды) в этих щелях одновременно могут существовать два режима течения - ламинарный и турбулентный. Выявлено, что основное влияние на величину утечек через щели между винтовыми поверхностями двух взаимодействующих винтов оказывает приращение зазора на уплотняющей стороне профиля. Показано, что повышение действительной производительности насос - компрессора можно обеспечить за счет увеличения глубины винтовой нарезки без заметного снижения к.п.д. насос-компрессора даже при высоких значениях перепада давления. Новизна разработок
5 подтверждена патентом РФ и авторскими свидетельствами на полезную модель.
Практическая ценность. Разработанный комплекс программ расчета координат теоретического циклоидального профиля винта открытого типа, профиля винта в осевом сечении, координат профиля дисковой фрезы, утечек перекачиваемой среды через систему зазоров в проточной части насос - компрессора, энергетических характеристик насос - компрессора обеспечивает возможность проектирования двухвинтовых насос - компрессорных установок с оптимальными значениями геометрических параметров для заданного режима работы в системе нефтегазосбора. Получены новые результаты экспериментальных исследований, на основании которых конкретизированы рекомендации по выбору схемы циркуляции уплотняющей жидкости, подаваемой непосредственно в зазоры в проточной части насос - компрессора при перекачивании газа.
Реализация результатов работы. Результаты работы использованы при разработке технической документации установок для перекачивания нефтево-догазовой смеси УНВГ-60/22, УМФ-60/25, третьей ступени установки для подачи воздуха в пласт УНКВ-50/6, погружного насоса НДПН-20/60. Опытно-промышленный образец установки УНВГ-60/22 находится в эксплуатации в НГДУ «Джалильнефть» ОАО «Татнефть». Внедрение подтверждено соответствующими актами.
На защиту выносятся:
-
Методика определения параметров насос-компрессорной установки применительно к конкретным нефтепромысловым объектам, учитывающая свойства перекачиваемой газоводонефтяной смеси и характеристики трубопровода.
-
Результаты оценки влияния соотношения газовой и жидкой фаз на дисперсность эмульсии при движении газоводонефтяных смесей по трубопроводам системы нефтегазосбора.
-
Расчетная схема и математическая модель перетекания перекачиваемой среды через систему зазоров в проточной части насос — компрессора, учитывающая изотермическое двухмерное течение вязкой несжимаемой жидкости в щели между винтовыми поверхностями двух взаимодействующих винтов.
-
Алгоритм расчета геометрии щели между винтовыми поверхностями двух взаимодействующих винтов с циклоидальным профилем.
-
Результаты анализа теоретических и экспериментальных исследований энергетических характеристик двухвинтового насос - компрессора.
-
Конструкция двухвинтового насос - компрессора, защищенная патентом РФ и авторскими свидетельствами на полезную модель.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на XII Международной научно - технической конференции по компрессоростроению (Казань, 2001), на Семинаре главных инженеров НГДУ ОАО «Татнефть» (Лениногорск, 2001).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ, в том числе 1 патент РФ на изобретение и 2 а.с. на полезную модель.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объем диссертации составляет 229 с, в том числе 91 рис., 51 табл., расположенных по тексту. Список литературы включает 98 наименований.
Похожие диссертации на Повышение эффективности системы сбора и транспорта продукции нефтяных скважин на основе разработки и применения многофазных насос-компрессоров
