Стенд для моделирования засорения ступеней погружных электроцентробежных насосов

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к конструкции стендов для моделирования процесса отложения солей и механических частиц на деталях погружных электроцентробежных насосов (ЭЦН) и может быть использовано для проведения сравнительных испытаний ЭЦН, предназначенных для работы в скважинах, осложненных высоким содержанием неорганических солей в пластовой жидкости Устройство содержит узел подвода углекислого газа, емкость для приготовления смеси, имитирующей скважинную жидкость, содержащую механические примеси, электродвигатель и многоступенчатый электроцентробежный насос. Емкость для приготовления смеси снабжена устройством перемешивания, имеющим мешалку, установленную на валу электродвигателя, узел подвода углекислого газа включает газопровод, расположенный вдоль стенки емкости. В корпусе электроцентробежного насоса на входе перед ступенями размещена мембрана, при этом насос связан с емкостью Г-образной трубкой. Обеспечивается возможность изучения процесса засорения ступеней ЭЦН в условиях, максимально приближенных к реальным условиям работы в скважине, повышается степень объективности моделирования процесса. 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к конструкции стендов для моделирования процесса отложения солей и механических частиц на деталях погружных электроцентробежных насосов (ЭЦН) и может быть использовано для проведения сравнительных испытаний ЭЦН, предназначенных для работы в скважинах, осложненных высоким содержанием неорганических солей в пластовой жидкости.

Известен стенд для моделирования солеотложения на деталях скважинного оборудования [Патент №2286440 RU, Е21В 37/06, 27.10.2006], состоящий из узла подвода углекислого газа, емкости для приготовления смеси, узла подвода смеси, устройства сброса давления. Методика испытаний на данном стенде включает подачу модельной жидкости через узел подвода смеси и устройство сброса давления на поверхность образца, нагретую до температуры, близкой к скважинным условиям, на которой происходит выделение кристаллов соли с последующей оценкой кинетики солеотложения по приросту массы образца в единицу времени.

Также известен стенд для исследования процесса солеотложения на ступенях ЭЦН [Латыпов О.Р. Научные основы предупреждения осложнений в процессах извлечения и подготовки нефти путем модифицирования технологических жидкостей и агрегаты для его осуществления: дис. канд. техн. наук. - М., 2016. С. 84], содержащий электроцентробежный насоса, который заполняют модельной смесью скважинной жидкости. Насос работает на закрытую задвижку. В процессе работы насоса происходит нагрев модельной жидкости, вследствие чего раствор становится пересыщенным и выделяются кристаллы кальцита.

Данные стенды не моделирует процесс засорения ЭЦН, который заключается в образовании в проточных каналах ЭЦН механической смеси твердых частиц, скрепленных солями. Место образования отложений определяется полями скоростей в проточных каналах, которые также не моделируется в описанном выше стенде. Кроме того, не учитывается влияние твердых частиц, практически всегда присутствующих в добываемой жидкости, на кинетику солеотложения.

В качестве прототипа выбран стенд для исследования солеотложения на ступенях ЭЦН [Многофункциональный стендовый комплекс по исследованию инновационного оборудования для добычи нефти и повышения нефтеотдачи пластов с применением установок погружных насосов // Бурение & Нефть. 2014, №2. С. 50-54], состоящий из узла подвода углекислого газа, емкости, электродвигателя, газосепаратора и насоса. Согласно методике испытаний углекислый газ из баллона подается в емкость, содержащую смесь кальцита и воды, где в ходе химической реакции образуется раствор гидрокарбоната кальция, полученная газожидкостная смесь из емкости по подводящим трубам, в которых сбрасывается давление, подается в газосепаратор, откуда после отделения углекислого газа жидкость подается в испытуемый насос. Поступающая в насос жидкость имеет пониженную концентрацию углекислого газа в растворе, что снижает растворимость кальцита, и он выделяется в виде кристаллов.

Снижение давления до поступления жидкости в ЭЦН также приводит к выделению кристаллов кальцита в подводящем трубопроводе и газосепараторе. Этот стенд не обеспечивает объективного моделирования процесса засорения ступеней ЭЦН, происходящего в скважине, который, в свою очередь, существенно зависит от наличия в жидкости твердых частиц, являющихся центрами кристаллизации солей.

Задачей настоящего изобретения является разработка стенда, обеспечивающего возможность изучения процесса засорения ступеней ЭЦН в условиях, максимально приближенных к реальным условиям работы в скважине, за счет получения высококонцентрированного пересыщенного раствора кальцита, присутствия механических примесей и исключения падения давления до поступления его в ЭЦН.

Указанный технический результат достигается тем, что в стенде моделирования засорения ступеней ЭЦН, содержащим узел подвода углекислого газа, емкость, электродвигатель и многоступенчатый электроцентробежный насос, согласно изобретению, емкость снабжена устройством перемешивания, а в корпусе электроцентробежного насоса на входе перед ступенями размещена мембрана.

Размещение мембраны перед ступенями позволяет сбросить давление непосредственно в самом электроцентробежном насосе. Тем самым обеспечиваются минимальные потери кальцита в системе.

Установка устройства перемешивания в емкости для приготовления смеси повышает интенсивность растворения углекислого газа. В качестве устройства перемешивания может быть использована ленточная мешалка одиночная или в сочетании с насосом, установленным с возможностью откачки смеси из нижней части емкости с последующим ее распылением через форсунку в верхней части.

В некоторых вариантах исполнения в качестве устройства перемешивания может быть использована система, включающая лопастную мешалку, центробежный насос, обеспечивающий откачку смеси из нижней части, и струйный насос, установленный в верхней части емкости.

Кроме того, в качестве устройства перемешивания может быть использована система из вертикальной и горизонтальной мешалок, в которой горизонтальная мешалка подключена к вертикальному валу с помощью зубчатой конической или червячной передачи.

Кроме того, в качестве устройства перемешивания может быть использована наклонная мешалка.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид заявляемого стенда; на фиг. 2-6 - варианты выполнения устройства перемешивания; на фиг. 7 - конструкция наклонной мешалки.

Стенд для моделирования засорения ступеней ЭЦН (фиг. 1) состоит из двух блоков: блока для приготовления смеси, имитирующей скважинную жидкость, и блока испытания ЭЦН. Блок приготовления смеси содержит емкость 1, баллон с углекислым газом 2, имеющий подводящий газовый трубопровод 3 с соплом 4, и ленточную мешалку 5, установленную на валу электродвигателя 6. На баллоне с углекислым газом 2 установлен расходомер 7.

Емкость 1 имеет цилиндрический корпус со сферическим дном. На крышке емкости 1 расположены манометр 8 для контроля давления, входы для вала электродвигателя 6 и газового трубопровода 3. Ленточная мешалка 5 представляет собой шнек, выполненный из металлических лент, расположенных на валу электродвигателя 6, и устанавливается таким образом, чтобы ее верх находился выше уровня жидкости 9. Газовый трубопровод 3 расположен вдоль цилиндрической стенки емкости 1 и заканчивается соплом 4. В средней части корпуса расположена Г-образная трубка 10 для отвода готовой смеси к испытуемому насосу 11.

Блок испытания включает последовательно установленные электродвигатель 12, испытуемый ЭЦН 11, дроссель 13 и холодильник 14 для охлаждения отработанной жидкости, который соединен с верхней частью емкости 1. В корпусе ЭЦН 11 перед первой ступенью размещена мембрана 15, по обе стороны от которой установлены манометры 16 для контроля давления. Емкость 1 через Г-образную трубку 10 и дроссель 17 подключена к входу ЭЦН 11, при этом на выходе из емкости 1 установлен пробоотбор 18 для контроля качества подготовленной смеси.

Ленточная мешалка 5 является одним из вариантов реализации устройства перемешивания. Кроме ленточной мешалки, возможно применение устройства перемешивания, содержащего лопастную мешалку 19, обеспечивающую поддержку во взвешенном состоянии частичек кальцита в объеме жидкости (см. фиг. 2) и насос 20, который посредством трубопроводов на входе соединен с нижней частью емкости 1, а на выходе - с форсункой 21, установленной в верхней части емкости 1. Насос 20 откачивает жидкость из нижней части емкости 1 и с помощью форсунки 21 распыляет ее в газовой шапке, образующейся выше уровня жидкости 9, обеспечивая тем самым растворение углекислого газа в жидкости. Вместо форсунки 21 может быть установлен струйный насос 22 (фиг. 3), в котором будет происходить насыщение откачанной насосом 20 жидкости газообразным углекислым газом, а полученная в результате смесь будет нагнетаться в среднюю часть емкости 1.

На фиг. 4 изображена система из вертикальной 23 и горизонтальной 24 мешалок, соединенных между собой зубчатой конической передачей 25. Вертикальная мешалка 23 предназначена для поддержания частичек кальцита во взвешенном состоянии, а горизонтальная мешалка 24, которая устанавливается на границе раздела фаз, обеспечивает разбрызгивание жидкости в объем газовой шапки.

Для такой системы в качестве альтернативного варианта может применяться червячный тип передачи вращения, когда на основной вал 26 устанавливается зубчатое колесо 27, которое передает вращение на цилиндрический червяк 28, тем самым обеспечивая вращение горизонтальной мешалки 24 (фиг. 5).

На фиг. 6 показан вариант размещения в емкости 1 устройства перемешивания в виде одной наклонной мешалки 29, возможная конструкция которой изображена на фиг. 7, Верхняя часть мешалки 29 находится выше границы раздела жидкой и газообразной фазы 9 и обеспечивает аэрацию жидкости в газовой шапке, а нижняя часть мешалки 29 способствует активному перемешиванию твердой и жидкой фаз.

Стенд работает следующим образом.

Емкость 1, через снятую крышку, заполняется смесью воды, измельченного кальцита и механических примесей. Углекислый газ из баллона 2 через газовый трубопровод 3, заканчивающийся соплом 4, под давлением закачивается в емкость 1. Включается электродвигатель 6, вращающий мешалку 5. Мешалка 5 обеспечивает поток жидкости вниз для перемешивания воды и измельченного кальцита, а за счет ударения ленты о границу раздела фаз создает поток пузырей газа, состоящих из диоксида углерода, в объем емкости 7, тем самым увеличивая скорость растворения газа в жидкости. Время растворения выбирается исходя из оценочных расчетов. После приготовления раствора, моделирующего скважинную жидкость, открываются дроссели 17 и 13, включается электродвигатель 12 с приводом к испытуемому насосу 11. Приготовленная модельная жидкость поступает в ЭЦН. При прохождении через мембрану 15 в жидкости снижается давление, вследствие чего выделяется углекислый газ и выпадают кристаллы кальцита как на стенках ступеней, так и в объеме жидкости. Выпадение кальцита будет происходить только на первых ступенях насоса, на которых давление жидкости будет ниже давления в емкости 1. На остальных ступенях, где давление сравняется с давлением в емкости 1 или же превысит его, пойдет обратный процесс растворения газа и кристаллов кальцита. Оценку концентрации кальцита в растворе, перед запуском ее в ЭЦН 11, проводят с помощью системы пробоотбора 18. Избыток тепла в жидкости, выходящей из ЭЦН 11, снимается в холодильнике 14, откуда охлажденная, отработанная жидкость возвращается в емкость 1. Давление в емкости 1, измеряемое манометром 8, поддерживается постоянным с помощью регулирования подачи углекислого газа из баллона 2. Контроль давления в ЭЦН 11 до и после мембраны 15 осуществляется с помощью манометров 16. Для количественной оценки солеотложения ступени взвешивают до и после испытания.

1. Стенд для моделирования засорения ступеней погружных электроцентробежных насосов, содержащий узел подвода углекислого газа, емкость для приготовления смеси, имитирующей скважинную жидкость, содержащую механические примеси, электродвигатель и многоступенчатый электроцентробежный насос, отличающийся тем, что емкость для приготовления смеси снабжена устройством перемешивания, имеющим мешалку, установленную на валу электродвигателя, узел подвода углекислого газа включает газопровод, расположенный вдоль стенки емкости, а в корпусе электроцентробежного насоса на входе перед ступенями размещена мембрана, при этом электроцентробежный насос связан с емкостью Г-образной трубкой.

2. Стенд для моделирования по п. 1, отличающийся тем, что в качестве устройства перемешивания использована ленточная мешалка.

3. Стенд для моделирования по п. 1, отличающийся тем, что устройство перемешивания образовано лопастной мешалкой и насосом, установленным с возможностью откачки смеси из нижней части емкости с последующим ее распылением через форсунку в верхней части.

4. Стенд для моделирования по п. 1, отличающийся тем, что в качестве устройства перемешивания использована система, включающая лопастную мешалку, центробежный насос, обеспечивающий откачку смеси из нижней части, и струйный насос, установленный в верхней части емкости.

5. Стенд для моделирования по п. 1, отличающийся тем, что в качестве устройства перемешивания использована система из вертикальной и горизонтальной мешалок, в которой горизонтальная мешалка подключена к вертикальному валу электродвигателя с помощью зубчатой конической или червячной передачи.

6. Стенд для моделирования по п. 1, отличающийся тем, что в качестве устройства перемешивания использована наклонная мешалка.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в нефтяной, автомобильной, авиационной, машиностроительной и других отраслях промышленности.

Балансировочное устройство, а также соответствующие способ и балансировочный винт, для вращающейся детали газотурбинного двигателя. Балансировочное устройство содержит кожух, в котором выполнено множество отверстий, через каждое из которых проходит балансировочный винт, имеющий стержень и головку, в которой выполнено углубление.

Изобретение относится к балансировочной технике и может быть использовано для статической и динамической балансировки изделия, оснащенного собственным приводом вращения относительно вертикальной оси.

Предлагаемое изобретение относится к области строительства, в частности к испытаниям растянутых элементов конструкций железобетонных стержневых систем. Способ предусматривает устройство в среднем поперечном сечении испытываемого элемента пазов глубиной и шириной до 0,1 h высоты сечения.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при балансировке вращающихся тел. В предложенном устройстве нанесение на вращающееся балансируемое тело порций жидкого балансирующего вещества осуществляется под действием импульсных сил на корпус камеры с жидким балансирующим веществом, выполненной из магнитострикционного материала.

Изобретение относится к области аэрокосмической техники и может быть использовано для определения координат центра масс самолета в полете. При реализации способа выполняют измерения и вычисления, являющиеся исходными данными.

Изобретение относится к способу определения эксплуатационной нагрузки на комплектующую деталь, в частности деталь тормоза рельсового транспортного средства. Способ отличаетуся следующими этапами: a) запись результатов измерений заданных измеряемых величин при эксплуатации комплектующей детали в по меньшей мере n, где n ≥ 2, отличающихся друг от друга заданных эксплуатационных режимах, где заданные измеряемые величины не равны искомой эксплуатационной нагрузке на комплектующую деталь; б) определение m действующих операндов от W1 до Wm, где m ≥ 2 и m ≤ n, в заданной зависимости от измеряемых величин для каждого из n эксплуатационных режимов; в) запись результатов измерений эксплуатационной нагрузки после эксплуатации комплектующей детали в каждом из n режимов эксплуатации; г) составление и решение системы n уравнений для получения m весовых коэффициентов от a1 до am и назначения веса для m действующих операндов от W1 до Wm, причем сумма взвешенных действующих операндов для каждого режима эксплуатации равна результату измерений эксплуатационной нагрузки для соответствующего режима эксплуатации; д) разработка правила расчета эксплуатационной нагрузки на комплектующую деталь с использованием полученных весовых коэффициентов.

Способ балансировки ротора компрессора в сборе, включающий: переднюю сварную конструкцию и заднюю сварную конструкцию; предварительную балансировку задней сварной конструкции ротора компрессора в сборе с дисками компрессора до установки по окружности дисков ротора компрессора его лопаток.

Способ относится к испытательной технике. При установке объекта испытания (далее по текста ОИ) на испытательный стенд четыре тензорезисторных весоизмерительных датчика передают сигналы давления опор в устройство считывания информации с датчиков весоизмерительных тензорезисторных, где вычисляется разность сумм дискретных кодов.
Изобретение относится к эксплуатации энергетического оборудования и может быть использовано при ремонте и виброналадке газоперекачивающих агрегатов. Способ включает измерение амплитуды и фазы вибрации, расчет массы и угла установки корректирующих грузов.

Изобретение относится к области ракетно-космической техники, в частности к области диагностики роторного оборудования по вибрации и оцениванию степени развития дефектов насосных агрегатов заправочного оборудования ракетно-космических комплексов.

Изобретение относится к области учебного лабораторного оборудования. Экспериментальная установка для исследования характеристик центробежных насосов содержит станину, на которую установлен тестируемый насос с шлангом высокого давления на выходе.

Группа изобретений относится к испытаниям гидравлических машин и предназначена для измерения рабочих характеристик погружных газосепараторов, используемых при добыче нефти.

Изобретение относится к испытаниям газосепараторов погружных электронасосных агрегатов для добычи из скважин нефти с высоким газосодержанием. Стенд содержит накопительную емкость с гидравлически сопряженным с ней стендовым гравитационным газожидкостным сепаратором, подпорный насос, систему приготовления газожидкостной смеси с источником газа, блок моделирования внутрискважинных условий для размещения испытуемых гидравлических машин и электродвигателей к ним.

Изобретение относится к гидромашиностроению и может быть использовано при оценке технического состояния гидромашин. Устройство содержит датчик давления 1, установленный в напорной магистрали, датчик числа оборотов 3 вращения вала гидромашины, датчик регистрации отключения гидромашины 4, блок управления 5, включающий последовательно соединенные элемент задержки и формирователь разрешающего сигнала, элемент запрета 6, дифференцирующий блок 7, блок сравнения 8 и блок индикации 9.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при стендовых испытаниях погружных центробежных насосов для добычи нефти. Способ испытаний насосов включает осуществление цикла циркуляции модельной вязкой жидкости через исследуемый насос и регулирование режимов работы насоса с одновременным контролем параметров насоса.

Изобретение относится к области нефтедобычи, в частности к системам диагностики скважинных штанговых насосных установок. Сущность изобретения состоит в том, что сравнивают эталонное значение среднеквадратического отклонения полной мощности и значение среднеквадратического отклонения полной мощности, определенное из произведения действующих значений тока и напряжения, вычисленных с учетом условия минимального или максимального смещения штока от точки подвеса и условия не равенства нулю производной значения давления, вычисленных по значениям перемещения штока и давления.

Изобретение относится к области эксплуатации нефтяных месторождений. Техническим результатом является увеличение эффективности перекачивания нефти из пласта.

Изобретение относится к гидромашиностроению и направлено на повышение информативности диагностирования насоса. Способ включает проведение последовательных испытаний, дросселирование потока жидкости на выходе из насоса до заданного значения расхода, измерение изменения температуры жидкости на выходе из насоса за заданный промежуток времени и перепада давлений на насосе, определение величин диагностических параметров и оценку по измеренным величинам параметров при различных испытаниях технического состояния насоса.

Изобретение относится к гидромашиностроению и может быть использовано при оценке технического состояния гидромашины в условиях эксплуатации. Способ диагностирования гидромашины включает периодический вывод гидромашины на испытательный режим с непрерывным изменением угловой скорости вращения вала, например, выключением привода гидромашины.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может найти применение при очистке фильтрационной зоны горизонтальной скважины с аномально низким пластовым давлением.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к конструкции стендов для моделирования процесса отложения солей и механических частиц на деталях погружных электроцентробежных насосов и может быть использовано для проведения сравнительных испытаний ЭЦН, предназначенных для работы в скважинах, осложненных высоким содержанием неорганических солей в пластовой жидкости Устройство содержит узел подвода углекислого газа, емкость для приготовления смеси, имитирующей скважинную жидкость, содержащую механические примеси, электродвигатель и многоступенчатый электроцентробежный насос. Емкость для приготовления смеси снабжена устройством перемешивания, имеющим мешалку, установленную на валу электродвигателя, узел подвода углекислого газа включает газопровод, расположенный вдоль стенки емкости. В корпусе электроцентробежного насоса на входе перед ступенями размещена мембрана, при этом насос связан с емкостью Г-образной трубкой. Обеспечивается возможность изучения процесса засорения ступеней ЭЦН в условиях, максимально приближенных к реальным условиям работы в скважине, повышается степень объективности моделирования процесса. 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

Наверх