Наличие газа в залежи неизбежно, поэтому и вопрос о его влиянии на электроцентробежный насос является актуальным. Без учёта влияния газа невозможно выбрать и эффективно эксплуатировать электроцентробежный насос. В данной статье рассматриваются проблемы в работе ЭЦН при откачке жидкости из скважины с содержанием свободного газа, приведены зависимости рабочих характеристик насоса от газосодержания, также предложено оборудование для снижения влияния свободного газа на насос.
Цель: исследование влияния свободного газа на характеристики ЭЦН.
Ключевые слова: электроцентробежный насос, свободный газ, насос, газовые каверны, рабочие характеристики, газосодержание.
Газ способен оказывать негативное влияние на подземное оборудование, в особенности на электроцентробежный насос (ЭЦН). Свободный газ, поступающий вместе с жидкостью в ЭЦН, существенно ухудшает его рабочие характеристики [1]. В каналах первых рабочих колес образуются газовые каверны, которые не участвуют в движении жидкости и снижают рабочие характеристики, что в конечном итоге приводит к перегреву насоса и его заклиниванию [1]. ЭЦН может поддерживать свою работоспособность в условиях газосодержания меньше 30 %, после того как наличие газа превышает эту отметку, потребность в установке газосепаратора растёт. Зарубежные фирмы-производители УЭЦН рекомендуют применять газосепараторы во всех случаях, когда входное газосодержание составляет более 10 %. Также наличие большого количества газа в скважине приводит к образованию газогидратов на стенках НКТ, которые представляют значительные проблемы при добыче нефти.
Главным фактором, оказывающим влияние на работу ЭЦН является величина газосодержания у входа в насос.
где Qг — расход свободного газа, поступающего в ЭЦН;
Qж — подача жидкости электроцентробежным насосом.
При добыче можно выявить два случая работы погружного центробежного насоса — в бескавитационных режимах (при небольших β) и в режимах искусственной кавитации (при высоких β) [2]. При бескавитационных режимах работы насоса в каналах его рабочих колёс образуется эмульсионная структура потока (рис. 1а). С увеличением газосодержания в рабочих колёсах и направляющих аппаратах ЭЦН образуются газовые каверны (полости), не участвующие в общем течении жидкости (рис. 1б). Появление заполненных газом каверн приводит к уменьшению пропускной способности каналов насоса и резкому ухудшению условий обтекания лопастей, нарушающему энергообмен между насосом и перекачиваемой средой [2]. При дальнейшем увеличении β может произойти срыв подачи насоса [2].
Рабочие характеристики ЭЦН зависят, кроме величины β, от ряда других параметров: давление у входа в насос, пенообразующие свойства, вязкость жидкости, чисто ступеней в насосе и режим работы.
Рис. 1. Структуры течение жидкости в электроцентробежном насосе при бескавитационном режиме (а) и режиме искусственной кавитации (б): 1 — рабочее колесо насоса; 2 — пузырьки газа; 3 — газовая каверна
Рис. 2. Зависимость давления (Рн) и подачи (Qж) от газосодержания у входа в насос
Существует ряд способов борьбы с негативным влиянием свободного газа на ЭЦН, которые можно разделить на две группы:
1) повышение давления на приеме погружного электроцентробежного насоса;
2) сепарация или диспергирование свободного газа на приеме погружного электроцентробежного насоса.
Применение методов первой группы борьбы с вредным влиянием свободного газа на работу УЭЦН в настоящее время является несущественным в силу целого ряда причин, в том числе из-за снижения депрессии и дебита скважины [3].
Для улучшения работы ЭЦН при откачке газированной жидкости П. Д. Ляпковым был предложен специальный газовый центробежный сепаратор, устанавливаемый на валу насоса перед первой его ступенью. Газ, как более легкий компонент, концентрируется в центральной части сепаратора, откуда отводится по специальным каналам в межтрубное пространство. Жидкость, как более тяжелый компонент, концентрируется на периферии сепаратора и по каналам направляется к первой рабочей ступени насоса.
Другим способом улучшения рабочих характеристик ЭЦН при работе их на газированной жидкости является установка рабочих колес повышенной производительности вместо нескольких первых рабочих ступеней насоса.
Выводы: Свободный газ, образующийся в скважине в процессе её эксплуатации, оказывает существенное влияние на эффективность работы электроцентробежного насоса. В данной работе был рассмотрен ряд проблем возникающих при наличии свободного газа в скважине, приведена зависимость давления и подачи от газосодержания, благодаря которой, ещё на начальном этапе разработки, можно осуществить анализ работы ЭЦН. Так как данная проблема имеет широкое распространение на нефтепромыслах, её решение несёт острую важность.
Литература:
- Нефть, газ и энергетика: Влияние газа и вязкости жидкости на рабочие характеристики ЭЦН. — Текст: электронный // tehnik.top: [сайт]. — URL: (дата обращения: 08.02.2023).
- Дроздов, А. Н. Исследование работы погружного центробежного насоса при откачке газожидкостной смеси / А. Н. Дроздов. — Москва:, 1994. — 29 c. — Текст: непосредственный.
- Стендовые исследования диспергирующих ступеней ДС-100 на газожидкостной смеси / А. В. Деньгаев, В. С. Вербицкий, О. Г. Зубков, Д. В. Кошкин. — Текст: непосредственный // Науки о земле. — 2015. — № 4. — С. 53–63.
