Особенности гидродинамики насосов для добычи высоковязких нефтей

Аннотация

Особенностью разрабатываемых в настоящее время новых морских месторождений нефти является высокий дебит скважин (~10⁴бар/сут) и высокая вязкость добываемой эмульсии вода-нефть (~10²-10³cП), зависящая от обводненности. Пока не разработаны специальные насосы для этих условий, добычу ведут имеющимися - центробежными, которые применяются при добыче традиционной маловязкой нефти. Для их подбора к конкретной скважине осуществляются стендовые испытания по принятым в нефтедобывающей промышленности методикам при частоте вращения вала до 58 Гц (3500 об/мин). При этом вместо традиционной низковязкой рабочей жидкости (воды) используются высоковязкие ньютоновские жидкости (такие как глицерин и масло). Условия подобной верификации лишь приближенно соответствуют скважинным, поскольку не учитывается изменение свойств жидкости по длине насоса, рост энергоэффективности насоса при повышенных частотах вращения вала и, наконец, неньютоновская реология добываемых эмульсий. В проведенных авторами стендовых испытаниях варьировалась частота вращения и число ступеней насоса. Эксперименты проводились как на высоковязкой ньютоновской жидкости, так и на эмульсии (вода-масло). Показано, что вязкость ньютоновской жидкости, из-за ее нагрева, уменьшается по длине насоса на 20-30%, причем нагрев происходит не только из-за внутреннего трения, но и вследствие сжатия жидкости. Предложена методика определения по результатам испытаний насосов эффективной вязкости эмульсий, которая обусловливается не только свойствами эмульсии, но и характером ее течения. Обнаружено, что при увеличении подачи жидкости в насосе эффективная вязкость снижается почти в 3 раза. Большое практическое значение имеет выявленное авторами увеличение производительности насосов на 10% при наращивании частоты вращения вала с традиционных 50 до 100 Гц. Эффект имеет место как у ньютоновских жидкостей, так и у эмульсий.