ГИДРОДИНАМИКА ГАЗОЖИДКОСТНОГО ПОТОКА В НАСОСНЫХ ТРУБАХ ШТАНГОВЫХ УСТАНОВОК

Э. О. Тимашев, К. Р. Уразаков

Аннотация


В процессе эксплуатации штанговых установок возникают колебания давления в насосно-компрессорных трубах, обусловленные влиянием сил гидродинамического трения и инерции в условиях неравномерной подачи плунжерного насоса в течение цикла откачки. Колебания давления оказывают отрицательное влияние на работу насосных установок: приводят к росту нагрузок на узлы насосного оборудования, темпов усталостного износа насосных штанг и др. Перспективным направлением повышения эффективности штанговых установок является разработка методов и технологий снижения колебаний давления в насосных трубах. Для сглаживания колебаний давления известны пневмокомпенсаторы - устройства, предназначенные для выравнивания скорости жидкости в трубах. Разработана математическая модель нестационарного течения газожидкостного потока в насосных трубах штанговых установок. Путем моделирования откачки продукции с различными реологическими свойствами (отличающейся обводненностью, вязкостью и сжимаемостью) проанализированы особенности динамики давления в нижнем конце насосно-компрессорных труб (НКТ) и в выкидной линии на устье скважины для оценки потенциальной эффективности размещения устьевого (расположенного в выкидной линии на устье) и глубинного (расположенного в нижней части НКТ) пневмокомпенсаторов. Моделированием откачки высоковязкой нефти показано, что максимум давления на устье и нижнем конце НКТ достигается в различных полуциклах хода плунжера (на устье - при ходе вверх, в нижнем конце НКТ - при ходе вниз), что связано с влиянием относительного движения штанг и жидкости на формирование давления в НКТ. В результате при откачке высоковязкой продукции устьевой пневмокомпенсатор позволяет снизить составляющую максимальной нагрузки на плунжер и головку балансира, обусловленную гидродинамическим трением жидкости при ее движении в коллекторе, глубинный - снизить нагрузку гидродинамического трения, действующую на штанговую колонну, и обеспечить свободный ход штанг вниз. Показано, что при откачке маловязкой нефти с высоким газосодержанием амплитуда колебаний давления является небольшой и в рассмотренных примерах не превышает 0,02 МПа. Проанализировано влияние сил инерции, являющихся определяющими при откачке высокообводненной нефти. Расчетами показано, что амплитуда колебаний давления на устье составляет порядка 70 % амплитуды колебаний в нижнем конце НКТ, что позволяет использовать устьевые пневмокомпенсаторы для снижения составляющей пульсаций давления в НКТ, обусловленной силами инерции при движении жидкости в коллекторе.

Ключевые слова


штанговая насосная установка;плунжерный насос;колебания давления;скорость потока;вязкость;нестационарное течение;пневмокомпенсатор;гидродинамическое давление;rod pumping unit;plunger pump;pressure oscillations;flow rate;viscosity;unsteady flow;pneumatic compensator;hydrodynamic pressure;

Полный текст:

PDF

Литература


Гилаев Г.Г., Бахтизин Р.Н., Уразаков К.Р. Современные методы насосной добычи нефти. Уфа: Восточная печать, 2016. 412 с.

Бахтизин Р.Н., Уразаков К.Р., Латыпов Б.М., Ишмухаметов Б.Х. Утечки жидкости в штанговом насосе с регулярным микрорельефом на поверхности плун жера // Нефтегазовое дело. 2016. Т. 14. № 4. С. 33-39.

Топольников А.С., Уразаков К.Р., Вахитова Р.И., Сарачева Д.А. Методика расчета параметров струйного насоса при совместной эксплуатации с ЭЦН // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2011. № 3. С. 134-146. URL: http://ogbus.ru/files/ogbus/ authors/Topolnikov/Topolnikov_1.pdf (дата обращения: 19.05.2020).

Пат. 2159867 РФ, МПК F 04 B 51/00. Установка для испытания скважинных штанговых и винтовых насосов / К.Р. Уразаков, Н.Х. Габдрахманов, М.Д. Валеев, М.М. Ахтямов, Т.С. Галиуллин, Ю.Х. Кутлуяров, И.А. Маков. 99105651/06, Заявлено 15.03.1999; Опубл. 27.11.2000. Бюл. 33.

Уразаков К.Р., Богомольный Е.И., Сейтпагамбетов Ж.С., Газаров А.Г. Насосная добыча высоковязкой нефти из наклонных и обводненных скважин. М.: Недра, 2003. 303 с.

Уразаков К.Р., Латыпов Б.М., Исмагилов Р.Р. Экспериментальные исследования коэффициента трения элементов штанговой колонны винтовых насосных установок // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2015. № 3. С. 256-270. URL: http://ogbus.ru/ files/ogbus/issues/3_2015/ogbus_3_2015_p256-270_ UrazakovKR_ru.pdf (дата обращения: 19.05.2020).

Зотов А.Н., Тимашев Э.О., Уразаков К.Р. Методы гашения колебаний давления на устье штанговых установок // Нефтегазовое дело. 2018. Т. 16. № 6. С. 56-64. DOI: 10.17122/ngdelo-2018-6-56-64.

Уразаков К.Р., Тимашев Э.О., Тухватуллин Р.С. Устьевой пневмокомпенсатор штанговой скважинной насосной установки // Территория «Нефтегаз». 2017. № 12. С. 60-64.

Белозеров В.В., Рабаев Р.У., Уразаков К.Р., Жулаев В.П., Хабибуллин М.Я. Метод оптимизации давления газа в затрубном пространстве добывающей скважины // Нефтегазовое дело. 2019. № 5. С. 23-32. DOI: 10.17122/ngdelo-2019-5-23-32.

Shi H., Holmes J., Diaz L., Durlofsky L.J., Aziz K. Drift-Flux Parameters for Three-Phase Steady-State Flow in Wellbores // SPE Journal. 2005. Vol. 10. Issue 2. P. 130-137. DOI: 10.2118/89836-PA.

Шарафутдинов Р.Ф., Хабиров Т.Р., Садретдинов А.А. Исследование неизотермического двухфазного течения в вертикальной скважине // Прикладная механика и техническая физика. 2015. Т. 56. № 2 (330). С. 15-20. DOI: 10.15372/PMTF20150202.

Уразаков К.Р., Молчанова В.А., Топольников А.С. Математическая модель штанговой установки с эжектором для откачки газа из затрубного пространства // Интервал. Передовые нефтегазовые технологии. 2007. № 6. С. 54-60.

Уразаков К.Р., Тимашев Э.О. Динамика скорости потока и давления в лифтовых трубах установок плунжерных насосов с погружным приводом // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов. 2019. Вып. 5 (121). С. 45-55. DOI: 10.17122/ntjoil-2019-5-45-55.

Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости. М.: Наука, 1984. 282 c.




DOI: http://dx.doi.org/10.17122/ngdelo-2020-4-125-133

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


(c) 2020 Э. О. Тимашев, К. Р. Уразаков

Лицензия Creative Commons
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.

УФА, УГНТУ, 2020