Prospects for production of viscous fluid by electric shaft-driven vane pumps (ESP)

Full Text

Введение [‡‡‡‡] К высоковязким (ВВН) условно относят нефти вязкостью более 30 мПа·с. В настоящее время доля таких запасов сырья значительно увеличилась. По некоторым оценкам они в 5 раз превышают запасы нефти малой вязкости и расположены на территории нескольких государств, среди которых и Россия. Нефтяные компании не случайно проявляют интерес к разработке таких месторождений. Мировой объем производства ВВН в настоящее время достигает нескольких сотен миллионов тонн в год. РФ обладает значительными запасами нефти, в том числе высоковязкой. Примерно 2/3 запасов высоковязких нефтей имеют вязкость 30-100 мПа·с, а 1/4 - от 100 до 500 мПа·с [1; 2]. Следует отметить, что наличие воды в ВВН ведет к образованию эмульсий, вязкость которых при содержании воды от 20 до 50 % может в 5¸10 раз превысить величину вязкости ВВН в безводном состоянии. Это обстоятельство следует учитывать при подборе оборудования для откачки обводненной ВВН. Разработки залежей ВВН требуют применения специфической техники и технологий. По мнению многих специалистов, наиболее подходящим оборудованием для добычи высоковязкой нефти являются установки с объемными насосами. Для этой цели применяют установки винтовых электронасосов (УЭВН), установки глубинных штанговых насосов и созданные АО «Новомет» установки объемно-роторных насосов. Винтовые насосы применяются для добычи пластовой жидкости с вязкостью до 10 000 сСт, объемно-роторные - до 5000 сСт. Установки скважинных электроприводных лопастных насосов (УЭЛН) также используются при откачке вязкой нефти, но ограниченно. Рассмотрим подробнее применение и технические возможности УЭЛН для добычи высоковязкой нефти как наиболее надежных и востребованных в нефтепромысловой практике РФ. 1. Возможности УЭЛН, выпускаемых серийно Общеизвестно, что параметры (подача, напор, КПД) лопастного насоса при повышении вязкости перекачиваемой жидкости снижаются. Лопастные насосы разрабатываются применительно к работе на воде, а при перекачке вязкой жидкости характеристики насоса пересчитываются на необходимую вязкость. Для этой цели в РФ в большинстве случаев используется наиболее распространенный применительно к погружным центробежным и диагональным насосам для добычи нефти способ пересчета характеристик насоса с воды на жидкость любой вязкости, разработанный П.Д. Ляпковым [3; 4]. Способ получен на основе экспериментов на однородных жидкостях различной вязкости и основан на использовании числа Рейнольдса: (1) где Qв.опт - оптимальная подача насоса на воде при нормальных условиях, м3/с; ω - угловая скорость вращения рабочего колеса, рад/с; ν - кинематическая вязкость жидкости, м2/с. По способу П.Д. Ляпкова в виде номограмм представлены изменения в зависимости от числа Рейнольдса относительных параметров ступени погружного лопастного насоса: - подачи оптимального режима: (2) - напора в сходственных режимах: (3) - КПД в сходственных режимах: (4) где Qν.опт - подача насоса на оптимальном режиме на вязкой жидкости, м3/с; Hν - напор насоса на вязкой жидкости; ην - КПД насоса на вязкой жидкости. По найденным по номограмме относительным параметрам КQ, КН, Кη можно вычислить в интервале подач 0,4 £ Qν.опт/Qв.опт £ 1,4 характеристики Hν - Qν, ην - Qν. Аппроксимирующие формулы к способу П.Д. Ляпкова приведены в [5]. Используя метод П.Д. Ляпкова, расчетным способом были получены относительные подачи оптимального режима ступеней различной производительности в зависимости от вязкости перекачиваемой жидкости (рис. 1). Из полученных зависимостей следует, что: - при повышении вязкости откачиваемой жидкости снижаются напорная и энергетическая характеристики насоса (рис. 2); - уровень снижения параметров насоса от вязкости зависит от производительности насоса: чем выше производительность насоса, тем снижение этих параметров будет меньше. Например, снижение значения оптимальной подачи насосов вдвое произойдет у насосов разной производительности при следующих значениях кинематической вязкости (Q, м3/сут - ν, мм2/с): 25 - 81, 50 - 129, 80 - 176, 125 - 237, 160 - 280, 250 - 376, 320 - 444, 400 - 515, 500 - 598, 700 - 748, 800 - 817. На рис. 3 приведена расчетная номограмма, по которой можно определить, ступени какой производительности следует взять для откачки вязкой жидкости конкретной подачи и какое при этом снижение оптимальной подачи насоса следует ожидать. Рис. 1. Относительное снижение подачи оптимального режима (KQ) на вязкой жидкости ступеней серийных УЭЛН различной производительности, рассчитанных на воду [Figure 1. The relative decrease in the supply of the optimal capacity (KQ) on a viscous fluid of the single-stages of serial ESP of different capacities, designed for water] Рис. 2. Зависимость коэффициентов KКПД, КН от коэффициента KQ [Figure 2. The dependence of the coefficients Keff, KN on the coefficient KQ] Рис. 3. Предельные значения вязкости жидкости при откачке серийными насосами УЭЛН [Figure 3. Limit values of fluid viscosity during pumping by serial ESP pumps] Нужно отметить, что приведенные зависимости относительных параметров относятся к ступеням насосов, а не к самим многоступенчатым насосам. В таких насосах температура вязкой жидкости по мере продвижения по длине насоса повышается, что влечет снижение вязкости. Для корректного расчета вычисляются характеристики каждой ступени насоса, а характеристики насоса должны быть определены как сумма характеристик всех ступеней насоса. До недавнего времени при применении асинхронных двигателей установки УЭЛН не находили большого применения при откачке вязкой нефти из-за отсутствия стабильного запуска после длительных остановок, во время которых происходил перегрев двигателя. Нестабильная работа установки при запуске УЭЛН после длительных остановок наблюдается по следующим причинам: 1) вязкость нефти значительно зависит от температуры. Гидравлическое сопротивление в НКТ и скважине в начальной стадии после запуска достаточно большое и потребный напор насоса значителен. Требуется довольно много времени для повышения и стабилизации температуры по всей системе «скважина - УЭЛН - НКТ»; 2) из-за нестабильного запуска происходит перегрев погружного двигателя. Используемые в нефтедобыче станции управления с частотным регулированием и погружные вентильные двигатели позволяют производить плавный пуск установки УЭЛН и регулирование режима работы установки; 3) кроме того, при необходимости возможно организовать подогрев электрическими нагревателями застывшего вязкого столба жидкости в НКТ для обеспечения процесса освоения скважины после простоя. 2. Возможности насосов со ступенями с открытыми рабочими колесами По экспериментальным работам Особого конструкторского бюро бесштанговых насосов (ОКБ БН) известно, что характеристики ступеней с открытыми рабочими колесами менее чувствительны к повышению вязкости жидкости, чем ступени традиционной конструкции - с закрытыми рабочими колесами. Это объясняется уменьшением объемных потерь в зазорах и уменьшением дисковых потерь в ступенях с открытыми рабочими колесами при повышении вязкости. Рис. 4. Ступень СН5А-250 с открытым рабочим колесом [Figure 4. Single-stage with open impeller] Рис. 5. Предельные значения вязкости жидкости при откачке насосами УЭЛН [Figure 5. Limit values of fluid viscosity during ESP pumping] В 60-80 гг. прошлого века в ОКБ БН было разработано большое количество ступеней с открытыми рабочими колесами [6]. Отличия конструкций этих ступеней (рис. 4): - нижний диск колеса отсутствует; - величина верхнего диска колеса максимально уменьшена; - плавающие рабочие колеса торцами своих лопастей свободно лежат на дисках направляющих аппаратов или на износостойких дисках; - зазор между верхним торцом лопастей рабочего колеса и стенками рабочей камеры порядка 0,3 мм. В результате исследований на водоглицериновых растворах экспериментально установлено, что при откачке вязкой жидкости подача и напор сходственных режимов ступеней с открытыми рабочим колесами снижаются меньше при увеличении вязкости по сравнению со случаем откачки ступенями с такими же параметрами, но с за-крытыми рабочими колесами. Для ступеней насосов с открытыми рабочими колесами коэффициенты изменения подачи КQотк, напора КНотк и КПД ККПДотк оптимального режима относительно водяной характеристики приближенно можно оценить по характеристикам на рис. 5. Расчеты по определению характеристик насосов на вязкой жидкости (рис. 5) показали, что при одинаковых параметрах характеристики насосов с открытыми рабочими колесами менее чувствительны к повышению вязкости откачиваемой жидкости по сравнению с насосами с закрытыми рабочими колесами. Следует отметить, что меньшее влияние вязкости было получено для конструкции ступеней с открытыми рабочими колесами с вышеприведенными отличиями. 3. Возможности насосов с повышенными частотами вращения вала Число Рейнольдса является базовым критерием при вычислении влияния вязкости на напор и потребляемую мощность насоса. Удобно так записать этот критерий подобия, чтобы он зависел от оптимальной подачи насоса, угловой скорости вращения его вала и вязкости рабочей жидкости. Таким образом, можно сделать вывод, что для работы с вязкой жидкостью более эффективны насосы с повышенной частотой вращения вала. Для работы с ВВН целесообразно использовать насосы с максимально возможной частотой вращения по сравнению с серийными насосами с частотой вращения 3000 об/мин (синхронная). Так, у насосов 5А-500 при перекачке жидкости вязкостью 320 сСт оптимальная подача, напор и КПД при частоте вращения 5820 об/мин увеличатся по сравнению с частотой вращения 2910 об/мин на 7,7; 3 и 12,6 % соответственно. 4. Возможности конструктивных изменений насоса В мировой промысловой практике имеются попытки изменения традиционной конструкции ступеней насосов для повышения эффективности откачки нефти, а именно - путем использования специальных конструкций ступени [7]. На промыслах Венесуэлы в начале 2000-х гг. был использован лопастной насос 562-V30 фирмы Centrilift со ступенями, конструктивно отличающимися от традиционной конструкции. Имели место следующие изменения конструкции ступени: максимальное уменьшение протяженности проточных трактов с целью сокращения гидравлических потерь за счет замены диагональной конструкции направляющего аппарата ступени осерадиальной, повышение высоты каналов колеса и аппарата, увеличение углов лопастей рабочих колес. TDH 562-V30 GC6100 Для вязкой жидкости Обычная конструкция [For viscous liquids] [Standard design] Рис. 6. Конструктивные изменения ступени для откачки вязкой жидкости [Figure 6. Single-stage design changes for viscous fluid pumping] TDH 562-V30 GC6100 Для вязкой жидкости Обычная конструкция [For viscous liquids] [Standard design] Рис. 7. Изменения формы лопастей рабочего колеса [Figure 7. Changes of impeller blades shape] [Оperating range] [bbl/day] [h.p.] [ft] Рис. 8. Сравнительные характеристики насосов обычной и измененной конструкции [Figure 8. Comparative characteristics of pumps in standard and modified design] В результате проведенных теоретических и экспериментальных работ было определено, что при применении инновационного насоса 562-V30 при откачке нефти с вязкостью более 500 сП мощность уменьшается на 14-29 % по сравнению с серийным насосом GC-6100. Этот насос при работе на воде был неэффективен по сравнению с традиционным, но при работе на вязкой жидкости практически не снижал напорную характеристику по сравнению с серийным насосом GC-6100 (рис. 6-8). 5. Определение дополнительных причин снижения характеристик насоса Изучением влияния вязкости жидкости на характеристику лопастных насосов специалисты занимаются более 70 лет [8-10; 3]. В результате всех проведенных исследований не были определены закономерности изменения уравнения теоретического напора (основного уравнения взаимодействия рабочего колеса лопастного насоса с вязкой жидкостью). Считалось, что теоретический напор насоса не зависит от вязкости перекачиваемой жидкости. Для возможных уточнений рассмотрим уравнение теоретического напора при перекачивании лопастным насосом вязкой жидкости, определяемое скоростями и углами потока в характерных сечениях ступени УЭЛН - на входе и выходе рабочего колеса и направляющего аппарата, на примере осерадиального типа ступени, наиболее широко используемого в лопастных насосах для добычи нефти. В инженерной практике при проектировании и расчете ступени насоса на идеальную жидкость (воду) применяют выражение теоретического напора ступени, называемое основным уравнением, полученным на основе уравнения Эйлера [11]: , (5) где к - коэффициент прозрачности решетки колеса, обычно к = 0; - выходной угол лопасти колеса; - момент скорости на входе в колесо, определяемый конструкцией направляющего аппарата; - «активный» радиус решетки колеса, . Коэффициент y определяется различными методами, основанными на гипотезах и упрощениях. Наиболее распространенным применительно к работе насоса на идеальной жидкости (воде) является метод Стодола - Майзеля: , (6) где z - число лопастей колеса; частота вращения колеса; R2 - радиус наружного диаметра колеса; Q - подача; - высота канала на выходе колеса; - коэффициент стеснения на выходе колеса. По методу Стодола - Майзеля [12], относительный поток в межлопастных каналах складывается из двух составляющих: потока протекания (I) и потока относительного вихря (II) (рис. 9, а). Поток II направлен против вращения рабочего колеса, из-за чего на входе и выходе межлопастного канала возникают дополнительные скорости ∆w1 и ∆w2. Это, в свою очередь, приводит к изменению треугольника скоростей на выходе рабочего колеса по сравнению с треугольником скоростей при бесконечном количестве лопастей (уменьшается угол потока - рис. 9, б). Рис. 9. Схема изменения треугольника скоростей на выходе рабочего колеса [Figure 9. Scheme of changing velocity triangle at the impeller exit] Частота вращения n = 2820 об/мин Число ступеней z = 1 шт. [Rotation frequency n = 2820 r/min Number of single-stage z = 1] КПД [Efficiency] H, м [m] N, кВт [kW] Q, л/с [l/s] КПД [Efficiency] - 1 мм2/с [mm2/s]; - 36.2 мм2/с [mm2/s]; - 66.4 мм2/с [mm2/s] Рис. 10. Сопоставительная характеристика ступени СН6-160 IMA при работе на жидкостях различной вязкости [Figure 10. Single-stage SN6-160 IMA comparative characteristic when working with various liquids viscosities] При перекачке ступенью вязкой жидкости, естественно, дополнительные скорости ∆w1 и ∆w2 должны уменьшаться, что приводит к повышению скорости и увеличению угла потока на выходе рабочего колеса. Для проверки этого предположения были проведены испытания сборки ступеней с измерением осредненных окружных составляющих скоростей потока при разных вязкостях перекачиваемой жидкости. Использовалась широко применяемая ступень СН6-160IMA с осерадиальным направляющим аппаратом и плавающим рабочим колесом со средними кинематическими вязкостями (глицерин) (рис. 10). Методика измерений основана на замерах гидродинамического момента, действующего на решетку направляющего аппарата и измерительную решетку с радиальными лопатками (пластинами), расположенную на выходе направляющего аппарата, при прохождении через них потока жидкости, так называемым методом взвешивания [13]. Применительно к направляющему аппарату сущность метода основана на взаимодействии потока с его решеткой. При этом направляющий аппарат будет испытывать вполне определенный гидродинамический момент относительно своей центральной оси: (7) где Q - расход жидкости, проходящей через направляющий аппарат, м3/с; - удельный вес жидкости, кг/м3; Г3 и Г4 - осредненные значения циркуляции на выходе из рабочего колеса и на выходе из решетки аппарата соответственно, м2/сек. Для определения разности циркуляций обойма направляющего аппарата была выполнена из двух частей: подвижной и неподвижной (рис. 11). Подвижная часть была жестко соединена с решеткой исследуемого направляющего аппарата. Поэтому измеряемый момент был пропорционален разности осредненных циркуляций на выходе из рабочего колеса и выходе из направляющего аппарата. Момент, действующий на аппарат, замерялся тензометрическим методом, а именно: решетка направляющего аппарата была посажена на подшипник качения и момент, действующий на аппарат, передавался на жестко связанную с ним пластину с наклеенными на ней тензодатчиками. Сигналы с тензодатчиков передавались на тензометрическую аппаратуру. В результате экспериментов обнаружено, что величина утечки через зазор между направляющим аппаратом и нижним корпусом подшипника пренебрежительно мала. Рис. 11. Узел для измерения циркуляций [Figure 11. Circulations measuring node] Экспериментально найденная зависимость Нтпл = f(Q) для ступени с плавающим колесом приведена на рис. 12. Для замера осредненных окружных составляющих скоростей на выходе направляющего аппарата за последним направляющим аппаратом сборки ступеней ставится решетка с радиальными лопатками (пластинами). Количество пластин и их осевая длина должны быть достаточными, чтобы решетка была непрозрачной, то есть окружная составляющая скорости потока на выходе решетки была равна нулю. Эта измерительная решетка посажена на подшипник качения. Момент, действующий на решетку, передается на жестко связанную с ним пластину с наклеенными на нее тензодатчиками (рис. 11). Сигналы с тензодатчиков транслируются на тензометрическую аппаратуру. По замеренному гидродинамическому моменту можно определить осредненные значения циркуляции на выходе направляющего аппарата на каждой подаче: (8) По замеренным параметрам были определены зависимости окружных составляющих скоростей на выходе рабочего колеса и на выходе из направляющего аппарата ступени СН6-160 IMA при различных вязкостях перекачиваемой жидкости (рис. 13 и 14). - 1 мм2/с [mm2/s]; - 36.2 мм2/с [mm2/s]; - 66.4 мм2/с [mm2/s] Рис. 12. Зависимость теоретического напора ступени СН6-160 IMA от вязкости жидкости [Figure 12. Dependence of theoretical head of single-stage SN6-160 IMA on the liquid viscosity] [Rotation frequency n=2820 r/min] Q, л/с [l/s] - 1 мм2/с [mm2/s]; - 36.2 мм2/с [mm2/s]; - 66.4 мм2/с [mm2/s] Рис. 13. Влияние вязкости на окружную составляющую скорости на выходе из рабочего колеса ступени СН6-160 IMA [Figure 13. The effect of viscosity on the peripheral velocity component at the exit of the impeller of the SN6-160 IMA single-stage] Rotation frequency n=2820 r/min Q, л/с [l/s] - 1 мм2/с [mm2/s]; - 36.2 мм2/с [mm2/s]; - 66.4 мм2/с [mm2/s] Рис. 14. Влияние вязкости на окружную составляющую скорость на выходе из направляющего аппарата ступени СН6-160 IMA [Figure 14. The effect of viscosity on the peripheral velocity component at the outlet of guide apparatus of SN6-160 IMA single-stage] Проведенные балансовые испытания ступени продемонстрировали следующее: 1) зависимости осредненной окружной составляющей скорости потока на выходе из аппарата (на входе рабочего колеса) при повышении вязкости жидкости изменились несущественно; 2) уровни зависимости осредненной окружной составляющей скорости потока на выходе из колеса существенно повысились при увеличении вязкости перекачиваемой жидкости. Это, по-видимому, произошло из-за увеличения «активного» радиуса рабочего колеса при увеличении вязкости перекачиваемой жидкости. Причем это увеличение возрастает при уменьшении подачи; 3) при повышении окружной составляющей скорости потока на выходе рабочего колеса (на входе направляющего аппарата) уменьшаются углы наклона потока на входе направляющего аппарата и увеличиваются зоны вихреобразования в межлопаточных каналах аппарата, что приводит к дополнительным гидравлическим потерям; 4) чем сильнее увеличение составляющей окружной скорости потока при уменьшении подачи, тем интенсивнее снижение оптимальной подачи, напора и КПД на этих подачах при повышении вязкости жидкости, что, естественно, уменьшает допустимую вязкость для этого насоса. Повышение вязкости привело к увеличению зоны вихреобразования в межлопаточных каналах направляющего аппарата, а следовательно, к дополнительным гидравлическим потерям. Таким образом, можно утверждать, что при разработке ступени насоса на конкретную вязкость перекачиваемой жидкости возможно избежать дополнительных гидравлических потерь. Это привело бы к повышению эффективности насосов, повышению оптимальной подачи, напора и КПД при откачке вязкой жидкости по сравнению с существующими методиками (например, разработки насосов (ступеней) на воду с последующим пересчетом водяной характеристики на вязкую при использовании насоса на вязкой жидкости). При проектировании ступени на вязкую жидкость целесообразен рациональный выбор величины «активного» выходного диаметра рабочего колеса, определяемой посредством активных и пассивных экспериментов. 6. Возможности гелико-осевых насосов Гелико-осевой многофазный насос был впервые разработан в конце 1980-х - 1990-х гг. для подводной эксплуатации группой компаний. Гелико-осевая ступень состоит из ротора и статора со спиральными (винтовыми) лопатками. При этом направления нарезки винтовых поверхностей лопаток ротора и статора противоположны (рис. 15). Необходимо отметить, что в течение последних двух десятков лет проводятся испытания и усовершенствования так называемого V-насоса, созданного с использованием гелико-осевых ступеней [14; 15]. Название V-pump было дано насосу в 1997 г., когда стало понятно, что областью применения этих насосов являются вязкие жидкости. Данные насосы испытывались на вязких жидкостях 2000 сСт (в 1998 г.), 6000 сСт (в 2008 г.), а затем на вязкости более 13 000 сСт (в 2012 г.), и при всех вязкостях насос работал без аварий. Пределы вязкости для V-насоса не установлены. В последнее время насос изготавливается как многоступенчатый габарита 7А (наружный диаметр 136 мм) для работы с двигателем серии 540, идентичным скважинной системе. В дальнейшем запланированы промысловые испытания в Венесуэле на реальной вязкой жидкости. Рис.15. Гелико-осевая ступень [Figure 15. V-pump single-stage] Второе уникальное преимущество V-насоса - стойкая работа при повышенном содержании механических примесей. С большим успехом проведены тесты на эрозию при содержании 27 % песка. Испытания гелико-осевого насоса с частотой вращения 60 Гц на вязкой двухфазной жидкости показали, что при подаче 3180 м3/сут и вязкости жидкости 300 сП максимальная величина газосодержания достигла 42 % без срыва подачи. В СССР гелико-осевой насос или насосы идентичной конструкции тоже подвергались различным исследованиям с целью их эффективного использования, главным образом в химической промышленности. В 1950-е и 1960-е гг. во Всесоюзном институте гидромашиностроения пришли к конструкции гелико-осевого насоса, исходя из лабиринтного уплотнения (импеллера), заменившего сальники, так насосы получили название лабиринтных [16]. По причине высоких напоров лабиринтных импеллеров, их конструктивной простоты и отсутствия механического трения между их основными деталями оказалось целесообразным использовать принцип работы лабиринтных импеллеров в насосах на малые подачи и высокие напоры. Лабиринтный насос был запатентован в 1960 г., заявка подана в 1958 г. В описании изобретения указано, что известные (до 1958 г.) так называемые лабиринтные насосы выполнены в виде вращающегося во втулке с гладкими стенками многозаходного винта (другое название этого насоса - винтовой). В американском докладе [14], по-видимому, ошибочно, сообщается о том, что самые ранние упоминания о гелико-осевом насосе (для орошения) встречаются около 800 г. до н. э.; древние ассирийцы, Архимед, Десгофф, Палм и Кэмерон, способствовали достижениям этого насоса, используемого для перекачки. По известным нам данным, 2800 лет тому назад великим изобретателем Архимедом для орошения был использован винтовой насос, представляющий собой ротор с лопатками, установленный внутри гладкой цилиндрической поверхности корпуса. Исследователь данных насосов А.И. Голубев [16] отмечает, что в отечественной и зарубежной литературе для подобных устройств используют различные названия: лабиринтный, лабиринтно-вихревой, лабиринтно-винтовой, двунарезной и др. По его мнению, наиболее точным является термин «лабиринтно-винтовой». В погружных лопастных насосах для добычи нефти гелико-осевые ступени начали применяться в 1980 г. в узлах диспергаторов (рис. 15). По результатам лабораторных исследований в ОКБ БН они были выбраны из большого количества ступеней различных конструкций как наиболее эффективные для диспергации газожидкостной смеси. Промысловые испытания насосов в белорусском месторождении показали эффективную работу насосов с этими диспергаторами до газосодержания, достигающего 62 %. В настоящее время гелико-осевые ступени довольно широко используются во многих узлах оборудования АО «Новомет» для добычи нефти [17]. Следует подчеркнуть, что конструкция гелико-осевых ступеней, использованных в насосах для откачки ВВН [14], отличается от конструкции этих ступеней, применяемых в диспергаторах, газостабилизаторах и т. д. Дело в том, что ротор и статор V-насоса взаимодействуют гидравлически уникальным способом, образуя «жидкое уплотнение» между наконечником лопатки ротора и наконечником лопатки статора. Это «жидкое уплотнение» является основополагающим для исключительных характеристик насоса [14]. «Жидкое уплотнение» намного сложнее и было предметом обширного CFD-моделирования для оптимизации гидравлического поведения, конструкции наконечника лопаток и других важных аспектов насоса. Кроме работ по CFD-моделированию, естественно, необходим большой объем экспериментальных работ по усовершенствованию конструкции гелико-осевых ступеней. Заключение Высокий ресурсный потенциал месторождений высоковязкой нефти обуславливает большое внимание нефтяных компаний к их разработке. Разработки залежей ВНН требуют применения специфической техники и технологий. Наиболее подходящим оборудованием для добычи ВВН являются установки с объемными насосами. В этой связи важно определение целесообразной области применения при добыче ВВН серийных УЭЛН и перспективных УЭЛН с учетом возможных конструктивных изменений. Эффективное применение серийных насосов при откачке ВВН значительно зависит от их производительности: чем выше производительность насоса, тем выше допустимая вязкость перекачиваемой жидкости. Экспериментально определено, что, кроме установленных двух факторов, изменяющих характеристики центробежного насоса при повышении вязкости перекачиваемой жидкости, а именно - гидравлических потерь трения и механических потерь дискового трения, фактически имеется третий фактор - изменение теоретического напора ступени, приводящее к дополнительным гидравлическим потерям вихреобразования в межлопаточных каналах, главным образом направляющего аппарата. При применении серийных или перспективных УЭЛН для откачки ВВН эффективны использование специализированных программ подбора, регулирование частоты вращения ротора УЭЛН и температуры жидкости в НКТ, автоматизация всего процесса добычи нефти. Возможны следующие конструктивные изменения УЭЛН при добыче ВВН с целью повышения их эффективности по сравнению с серийными: - ступени с укороченной проточной частью; - ступени с открытыми рабочими колесами, с максимально возможным уменьшением дисков колеса; - насосы с повышенными частотами вращения; - гелико-осевые насосы.

About the authors

Sharifjan R. Ageyev

JSC “Novomet Perm”

Author for correspondence.
Email: Rustam.Kamaletdinov@novometgroup.com

Head of the Department of Applied Hydrodynamics at the Experimental Design Bureau

21 Kashirskyi Passage, Moscow, 115201, Russian Federation

Evgeny Yu. Druzhinin

JSC “Novomet Perm”

Email: Rustam.Kamaletdinov@novometgroup.com

Head of Sector of Hydrodynamics

21 Kashirskyi Passage, Moscow, 115201, Russian Federation

Rustam S. Kamaletdinov

JSC “Novomet Perm”

Email: Rustam.Kamaletdinov@novometgroup.com

Deputy Director of the Department of Innovative Developments, PhD

21 Kashirskyi Passage, Moscow, 115201, Russian Federation

References

Supplementary files