Повышение эффективности транспортирования центробежными насосами водонефтяных эмульсий по промысловым трубопроводам тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.17, кандидат технических наук Ахметгалиев, Ринат Закирович

• Ахметгалиев, Ринат Закирович
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ахметгалиев, Ринат Закирович

Введение

1 Обзор методов транспортирования водонефтяных эмульсий на промыслах. Реологические свойства промысловых водонефтяных эмульсий

1.1 Образование водонефтяных эмульсий в скважинах и трубопроводах систем сбора

1.2 Особенности движения водонефтяных эмульсий в трубопроводах герметизированных систем сбора нефти и газа

1.3 Поведение водонефтяных эмульсий в трубопроводах систем сбора и каналах рабочего колеса центробежного насоса

1.4 Реологические свойства промысловых водонефтяных эмульсий 19 1.4.1 Исследования физико-химических свойств нефти 19 1.4.2. Исследования реологических свойств нефти 22 Выводы по главе

2 Теоретическое исследование работы центробежных насосов на водонефтяных эмульсиях

2.1 Состояние вопроса по пересчету характеристик центробежных насосов с воды на водонефтяные эмульсии

2.2 Аналитические зависимости для расчета характеристик центробежных насосов ЦНС на водонефтяных эмульсиях

3 Экспериментальное исследование работы центробежных насосов на водонефтяных эмульсиях

3.1 Программа и методика проведения испытаний

3.2 Описание экспериментальных установок

3.3 Испытания насоса ЦНСн 105-441 №

3.4 Испытания насоса ЦНСн 105-441 №

3.5 Испытания насоса ЦНСн 180

Выводы по главе 3 65 4 Гидравлический расчет трубопроводов при перекачке газоводонефтяных смесей

Выводы по главе

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности транспортирования центробежными насосами водонефтяных эмульсий по промысловым трубопроводам»

Для современного этапа развития нефтегазодобывающей отрасли России, в том числе и АНК «Башнефть», характерна тенденция уменьшения объемов добычи нефти из эксплуатируемых месторождений, вступивших в позднюю стадию разработки. Сегодня более 90 % нефти, добываемой в России, добывается с помощью методов регулирования пластового давления путем закачки в пласт воды. В условиях естественного истощения разрабатываемых месторождений, роста обводненности добываемой продукции все более значимой становится энергетическая оптимальность процессов транспортирования центробежными насосами водонефтяных эмульсий по промысловым трубопроводам.

На поздней стадии разработки нефтяных месторождений Башкортостана появляется необходимость в реконструкции систем сбора и подготовки нефти, газа и воды, которая диктуется сокращением объемов добываемой нефти, физическим и моральным старением трубопроводов и оборудования. Реконструкция должна обеспечивать сокращение протяженности промысловых трубопроводов, количества дожимных насосных станций (ДНС) и установок подготовки нефти на месторождении, а также других промысловых объектов.

На сегодняшний день в целом по стране, а также на месторождениях Башкортостана основная часть продукции в системах сбора перекачивается центробежными насосами.

В связи с этим возникает необходимость учета влияния основных параметров транспортирования водонефтяных эмульсий по промысловым трубопроводам на эффективность технологического процесса (в том числе на основе разработки математических моделей пересчета характеристики центробежных насосов при работе на водонефтяных эмульсиях, уточнения методики гидравлического расчета трубопроводов при перекачке водонефтяных эмульсий).

Работа, направленная на развитие технологии сбора продукции скважин и повышение эффективности транспортирования водонефтяных эмульсий центробежными насосами, базируется на углублении знаний об образовании и разрушении водонефтяных эмульсий в условиях их высокой обводненности и является актуальной для месторождений, вступивших в позднюю стадию разработки.

Цель работы

Повышение эффективности транспортирования центробежными насосами водонефтяных эмульсий по промысловым трубопроводам на основе теоретического и экспериментального изучения технологического процесса, разработки методики расчета характеристик насоса и уточненной методики гидравлического расчета трубопроводов для условий месторождений АНК «Башнефть».

Основные задачи исследований

1. Оценка реологических особенностей водонефтяных эмульсий в системах сбора продукции скважин АНК «Башнефть».

2. Разработка математических моделей пересчета характеристик насоса с воды на водонефтяные эмульсии.

3. Разработка стенда и проведение испытаний центробежных насосов на водонефтяных эмульсиях и сопоставление их фактических характеристик с теоретическими.

4. Разработка методики расчета характеристик насосов, перекачивающих водонефтяные эмульсии, на базе результатов теоретических и экспериментальных исследований.

5. Разработка уточненной методики гидравлического расчета нисходящих участков трубопроводов при перекачке газоводонефтяных (ГВН) смесей.

Научная новизна

1. Установлено, что при перекачке водонефтяных эмульсий слой вытеснения на диске рабочего колеса центробежного насоса формируется из дисперсионной среды эмульсии. Эффективная вязкость и толщина слоя вытеснения в значительной степени определяют величину падения напора и коэффициента полезного действия насоса.

2. Впервые предложены теоретически и подтверждены экспериментально зависимости для расчета характеристик центробежных насосов при работе на водонефтяных эмульсиях на поздней стадии разработки месторождений АНК «Башнефть».

3. Обосновано теоретически и подтверждено промысловыми экспериментами, что при перекачке газоводонефтяных смесей на нисходящих участках трубопроводов в зависимости от соотношений величин потерь давления на гидравлические сопротивления и на гравитационные силы общий перепад давления может быть как положительным, так и отрицательным. Проведённые гидравлические расчёты систем сбора месторождений АНК «Башнефть» показали, что на некоторых нисходящих участках при определённых параметрах ГВН смесей при числах Фруда меньше 6 смесь движется при пробковой структуре.

Практическая ценность и реализация результатов работы

Разработана методика пересчета характеристик центробежных насосов с воды на водонефтяные эмульсии, которая является составной частью следующих нормативных документов:

- СТП 03-166-2004 «Агрегаты электронасосные центробежные нефтепромысловых систем. Методика проведения технического аудита на предприятиях ОАО «АНК «Башнефть»;

- СТП 16-15283860-003-2004 «Руководство по организации эксплуатации оборудования насосных станций систем сбора, подготовки нефти и ППД на предприятиях ОАО «АНК «Башнефть».

Разработана методика гидравлического расчета нисходящих участков трубопроводов при перекачке газоводонефтяных смесей, которая является составной частью СТО 03-191-2006 «Эксплуатация промысловых трубопроводов ОАО «АНК «Башнефть».

Результаты исследований внедрены при реконструкции систем сбора Арланского и Туймазинского нефтяных месторождений Республики Башкортостан.

Апробация работы

Основные положения и результаты работы докладывались на:

• научно-практической конференции «60 лет Девонской нефти» (г. Октябрьский, 2004 г.);

• научно-практической конференции «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности» в рамках 14-ой Международной специализированной выставки «Газ. Нефть. Технологии - 2006» (г. Уфа, 2006 г.);

• семинарах, заседаниях секций Ученого совета ГУП «ИПТЭР».

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ.

Заключение диссертации по теме «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений», Ахметгалиев, Ринат Закирович

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Проведена оценка реологических особенностей водонефтяных эмульсий в системах сбора продукции скважин основных месторождений ОАО «АНК «Башнефть» на поздней стадии их разработки.

2. Разработана математическая модель пересчета характеристик насоса с воды на водонефтяные эмульсии, которая учитывает экспериментально установленный факт существования слоя вытеснения на диске рабочего колеса центробежного насоса. Эффективная вязкость слоя в значительной степени определяет величину падения напора и коэффициента полезного действия насоса.

3. Разработаны промысловые стенды и проведены испытания центробежных насосов на водонефтяных эмульсиях. Сопоставление экспериментально полученных на стендах характеристик центробежных насосов с теоретическими подтвердило правомерность использования математической модели для расчета характеристик насосов, перекачивающих водонефтяные эмульсии.

4. Предложенная уточненная методика гидравлического расчета нисходящих участков при перекачке ГВН смесей определяет границы структурных форм на нисходящих участках в зависимости от расходного газосодержания и скорости смеси.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ахметгалиев, Ринат Закирович, 2006 год

1. Тронов В.П. Разрушение эмульсий при добыче нефти. М.: Недра, 1974.-271 с.

2. Ахметшин М.А. Исследование влияния поверхностно-активных веществ на образование и разрушение водонефтяных эмульсий в пористой среде // Труды Туркменского филиала ВНИИ. 1965. - вып. 8.

3. Бабалян Г.А. Физико-химические процессы в добыче нефти. М.: Недра, 1974.

4. Губин В.Е., Губин В.В. Трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов. М.: Недра, 1982. - 296 с.

5. Губин В.Е., Кутуков Е.Г. Экспериментальное исследование эмульсионного течения в трубопроводах // РНТС. Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. 1974. - № 3. - С. 5 - 9.

6. Валеев М.Д., Репин H.H. Исследования сопротивлений трения муфтовых соединений штанговых колонн в вязких жидкостях // Известия вузов. Нефть и газ. 1976. -№ 8.

7. Зарецкий Б.Я., Пелевин Л.А., Ионов В.И. и др. Влияние способа эксплуатации на степень эмульгирования нефти и качество образуемых эмульсий // Нефтяное хозяйство. 1976. - № 10.

8. Мамедов A.M., Аббасов З.А., Нагиев А.Ч. и др. Особенности эмульгирования водонефтяной системы газом // РНТС. Нефтепромысловое дело. -1973.-№4.

9. Муравьев И.М., Ибрагимов Г.З. Экспериментальное исследование влияния газа на образование водонефтяных эмульсий // Известия вузов. Нефть и газ. 1968. -№ 4.

10. Муравьев И.М., Ибрагимов Г.З. О влиянии газовой фазы на образование водонефтяных эмульсий // Известия вузов. Нефть и газ. 1967. - № 7.

11. Муратова И.Д. Исследование физико-химических свойств нефтяных эмульсий на пути их движения от устья обводненных скважин // РНТС. Нефтепромысловое дело. 1973. - № 4.

12. Ляпков П.Д. О формах течения водовоздушных смесей в каналах рабочих органов центробежного насоса // Химическое и нефтяное машиностроение. 1968.-№ 10.-С. 5-8.

13. Григоращенко Г.И. Экспериментальное исследование работы центробежного насоса АЯП-150 на водонефтяных эмульсиях без газа и со свободным газом // НТС. Нефтепромысловое дело. 1972. - № 6.

14. Ибатулов К.А. Пересчет характеристик центробежных насосов с воды на нефть. Баку: Азнефтеиздат, 1952.

15. Позднышев Г.Н. Стабилизация и разрушение нефтяных эмульсий. М.: Недра, 1982.-221 с.

16. Медведев В.Ф. Сбор и подготовка неустойчивых эмульсий на промыслах. -М.: Недра, 1987. 144 с.

17. Гужов А.И. Совместный сбор и транспорт нефти и газа. М.: Недра, 1973.

18. Медведев В.Ф. Оптимизация нефтесборных систем при внутри-трубной деэмульсации нефти. -М.: ВНИИОЭНГ, 1978.

19. Патент № 2159892 РФ, МКИ р 17 Б 1/00. Система сбора продукции нефтяного месторождения / Мошков В.К., Габдуллин Р.Ф., Валеев М.Д. и др. 2000104317/06; Заявлено 22.02.2000; Опубл. 27.11.2000, Бюл. 33.

20. Тронов В.П., Орлинская В.П., Монахова Л.А. и др. Разрушение эмульсии в тонких слоях // Тр. ин-та ТатНИПИнефть. 1974. - вып. 29. -С. 176- 184.

21. Тронов В.П. Механизм разрушения эмульсии с помощью водорастворимых реагентов//Тр. ин-та ТатНИПИнефть. 1973.-вып. 25.-С. 128- 141.

22. Тронов В.П. Разрушение эмульсий при добыче нефти. М.: Недра, 1974.-271 с.

23. Тронов В.П., Розенцвайг A.K. Механизм доведения реагента до капелек пластовой воды на стенках аппарата // Тр. ин-та ТатНИПИнефть. -1973.-вып. 25.-С. 158- 167.

24. Тронов В.П., Орлинская В.П., Гайфутдинова К.И. О влиянии некоторых факторов на деэмульсацию нефти // Тр. ин-та ТатНИПИнефть. 1966. вып. 9.-С. 386-395.

25. Муравьев И.М., Мищенко И.Т. Эксплуатация погружных центробежных электронасосов в вязких жидкостях и газожидкостных смесях. М.: Недра, 1969.-248 с.

26. Антропов А.Д., Кнышенко Г.Н., Гафуров О.Г. Результаты исследования работы погружных центробежных насосов ЭЦН-5-80-800 и ЭЦН-5-130-600 на Шкаповском месторождении // НТС. Нефтепромысловое дело. -1967.-№2.-С. 26-30.

27. Мищенко И.Т., Репин H.H. Об условиях зависания газового пузырька в каналах рабочего колеса центробежного насоса // Тр. ин-та УфНИИ. 1979.-вып. 21-С. 172- 176.

28. Технология механизированной добычи нефти / H.H. Репин, В.В. Девликамов, О.М. Юсупов, А.И. Дьячук. -М.: Недра, 1976. 175 с.

29. Предупреждение образования эмульсий при добыче и сборе нефти / H.H. Репин, О.М. Юсупов, Валеев М.Д. и др. М: ВНИИОЭНГ, 1979.

30. Мошков В.К. Исследование и совершенствование систем сбора и подготовки высокообводненных нефтей (на примере Арланского месторождения): Автореф. . канд. техн. наук. Уфа, 2001.

31. Багманов A.A., Абуталипов P.C. О работе центробежных насосов типа ЦНС на газонасыщенных водонефтяных эмульсиях // Повышение эффективности процессов сбора, подготовки нефти, газа и воды: Сб. научн. тр. / ВНИИСПТнефть. Уфа, 1988. - С. 59-71.

32. Аванесян В.Г. Реологические особенности эмульсионных смесей. -М.: Недра, 1980.- 115 с.

33. Ляпков П.Д. О влиянии вязкой жидкости на характеристики погружных центробежных насосов // Тр. ин-та ВНИИ. 1964. - вып. XLI.

34. Центробежные насосы в системах сбора, подготовки и магистрального транспорта нефти / А.Г. Гумеров, Л.Г. Колпаков, С.Г.'Бажайкин и др. -М.: Недра, 1999.-295 с.

35. Ломакин A.A. Центробежные и осевые насосы. М.: Машиностроение, 1966. - 363 с.

36. Айзенштейн М.Д. Центробежные насосы для нефтяной промышленности. М.: Государственное научно-техническое изд-во нефтяной и горно-топливной литературы, 1957. - 364 с.

37. ГОСТ 6134-87. Насосы динамические. Методы испытаний. М.: Изд-во стандартов, 1990. - 56 с.

38. Яременко О.В. Испытания насосов. -М.: Машиностроение, 1976.224 с.

39. ГОСТ 2517-85. Нефть и нефтепродукты. Методы отбора проб. М.: Изд-во стандартов, 1986. - 32 с.

40. ГОСТ 3900-85. Нефть и нефтепродукты. Методы определения плотности. М.: Изд-во стандартов, 1986. - 36 с.

41. ГОСТ 33-82. Нефтепродукты. Метод определения кинематической и расчет динамической вязкости. М.: Изд-во стандартов, 1983. - 12 с.

42. ГОСТ 6370-83. Нефть, нефтепродукты и присадки. Метод определения механических примесей. М.: Изд-во стандартов, 1983. - 6 с.

43. РД 39-3-1034-84. Методическое руководство по вопросам проектирования и эксплуатации однотрубных систем сбора. Уфа: ВНИИСПТ-нефть, 1984.

44. Двухфазный транспорт нефти и газа / Г.Э. Одишария, В.А.Мамаев и др. М.: ВНИИОЭНГ, 1977. - 318 с.

45. РД 39-0147323-339-89 Р. Инструкция по проектированию и эксплуатации антикоррозионной защиты трубопроводов систем нефтегазосборана месторождениях Западной Сибири. Тюмень: МНП, Гипротюменнефте-газ, 1988.