Журналов:     Статей:        

Территория «НЕФТЕГАЗ». 2019; : 38-49

Перспективы развития вихревых газосепараторов c точки зрения энергоэффективности

Мусинский А. Н., Островский В. Г., Пещеренко С. Н.

Аннотация

В статье представлены результаты анализа конструкции и характеристик газосепараторов, применяющихся в качестве предвключенных устройств в составе установок электроцентробежных насосов для защиты установок от газа, с точки зрения соответствия отраслевым требованиям. Отмечено, что газосепараторы 1‑го поколения (газосепараторы Ляпкова) обладают низкой сепарационной эффективностью и подвержены абразивному износу. Кроме того, потребляемая мощность этих газосепараторов в 2–3 раза превышает требуемую, достигая 1,4 кВт. Газосепараторы 2‑го поколения (абразивостойкие) имеют улучшенную сепарационную характеристику и более высокую стойкость к воздействию механических примесей в сравнении с газосепараторами 1‑го поколения, однако не соответствуют отраслевым требованиям по потребляемой мощности и эффективности сепарации. Газосепараторы 3‑го поколения (вихревые) превосходят газосепараторы предшествующих поколений с точки зрения сепарационной характеристики и абразивной стойкости, потребляя при этом меньше электроэнергии. Наличие вихревой камеры в составе газосепараторов 3‑го поколения позволяет разрабатывать устройства, рассчитанные как на малые, так и на большие подачи. Кроме того, вихревой газосепаратор может работать со всеми насосами в одном габарите. Таким образом, установлено, что газосепараторы 3‑го поколения удовлетворяют рассмотренным отраслевым требованиям.

В целях повышения качества оценки энергоэффективности газосепараторов авторами статьи разработан критерий энергоэффективности по аналогии с классами энергоэффективности для лопастных насосов и погружных электродвигателей. Данный критерий учитывает не только отношение потребляемой мощности к максимальному объему, но и отношение частоты вращения при эксплуатации к базовой частоте вращения. Использование предложенного критерия позволяет определить, к какому классу энергоэффективности относится устройство. В частности, установлено, что вихревые газосепараторы относятся к классу энергоэффективности e3.

Список литературы

1. Ануфриев С.Н., Каплан А.Л. Погорелов С.В. Опыт эксплуатации УЭЦН в условиях повышенного содержания мехпримесей // Инженерная практика. 2011. № 2 [Электронный источник]. Режим доступа: https://glavteh.ru/опыт-эксплуатации-уэцн-в-осложненных/ (дата обращения: 25.09.2019).

2. Боловин Е.В., Глазырин А.С. Метод идентификации параметров погружных асинхронных электродвигателей установок электроприводных центробежных насосов для добычи нефти // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2017. Т. 328. № 1. С. 123–131.

3. Букреев В.Г., Сипайлова Н.Ю., Сипайлов В.А. Стратегия управления электротехническим комплексом механизированной добычи нефти на основе экономического критерия // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2017. Т. 328. № 3. С. 75–84.

4. Gulich J.F. Centrifugal Pumps. 2nd edition. Berlin – Heidelberg: Springer-Verlag, 2010. 964 p.

5. Marquez R. Modeling Downhole Natural Separation. A thesis for a Doctor of Philosophy degree in the Petroleum Engineering. Tulsa: The University

6. of Tulsa, 2004.

7. Cirilo R. Air-Water Flow through Electric Submersible Pumps. Master of Science thesis. Tulsa: The University of Tulsa, 1998.

8. Деньгаев А.В. Повышение эффективности эксплуатации скважин погружными центробежными насосами при откачке газожидкостных смесей: дис. … канд. техн. наук. М., 2005. 168 с.

9. Островский В.Г., Перельман М.О., Пещеренко С.Н. Механизм гидроабразивного разрушения погружных газосепараторов // Нефтяное хозяйство. 2013. № 5. С. 100–102.

10. Мусинский А.Н., Перельман М.О., Пещеренко С.Н. и др. Исследование характеристик абразивостойких газосепараторов в промысловых и стендовых условиях // Экспозиция Нефть Газ. 2017. № 3 (56). С. 56–59.

11. Деньгаев А.В., Дроздов А.Н., Вербицкий В.С. Исследование причин полетов газосепараторов в составе УЭЦН // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2005.

12. № 11. С. 50–53.

13. Деньгаев А.В., Дроздов А.Н., Вербицкий В.С. и др. Анализ работы центробежных газосепараторов в ОАО «Юганск-нефтегаз» // Нефтяное хозяйство. 2006. № 2. С. 86–88.

14. Мусинский А.Н. Сепарационная характеристика современных центробежных погружных газосепараторов // Актуальные проблемы повышения эффективности и безопасности эксплуатации горношахтного и нефтепромыслового оборудования. 2018. Т. 1. С. 282–287.

15. Ивановский В.Н., Сабиров А.А., Деговцов А.В. и др. Вопросы энергоэффективности установок электроприводных центробежных насосов // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. 2016. № 4. С. 25–30.

16. Ляпков П.Д. Опыт создания газосепаратора для погружного центробежного насоса // Труды ВНИИ. 1959. Вып. 22. С. 39–58.

17. Dunbar C.E. Determination of Proper Type of Gas Separator. Presented at the Microcomputer Applications in Artificial Lift Workshop, SPE Los Angeles Basin Section. Los Angeles, 1989.

18. Халиков Р.С. Математическое моделирование работы установок электроцентробежных насосов в добывающей скважине с высоким газовым фактором на основе данных промысловых исследований // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2017. № 3. С. 54–62.

19. Wilson B.L. Gas Separation: a New Generation, a New Twist. 2005 ESP Workshop. Texas, 2005.

20. Высокооборотные лопаточные насосы / Под ред. Б.В. Овсянникова, В.Ф. Чебаевского. М.: Машиностроение, 1975. 336 с.

21. Абразивостойкий центробежный газосепаратор: пат. RU 2379500 С2; МПК E21B 43/38 / С.Н. Пещеренко, М.П. Пещеренко, А.И. Рабинович и др.; патентообладатель ЗАО «Новомет-Пермь»; № 2008108374/03; заявл. 03.03.2008; опубл. 10.09.2009; Бюл. № 2. 7 с.

22. Вихревой газосепаратор: пат. RU 2660972 C1; МПК E21B 43/38 / А.Н. Мусинский, М.П. Пещеренко, С.Н. Пещеренко; патентообладатель – АО «Новомет-Пермь»; № 2017133195; заявл. 22.09.2017; опубл. 11.07.2018. Бюл. № 20. 6 с.

23. Вихревой газосепаратор: пат. RU 161892 U1; МПК E21B 43/38 / Мусинский А.Н., Пещеренко М.П., Пещеренко С.Н.; патентообладатель АО «Новомет-Пермь»; № 2015100464/03; заявл. 12.01.2015; опубл. 10.05.2016; Бюл. № 13. 7 с.

24. ГОСТ Р 56624-2015. Энергетическая эффективность. Погружные лопастные насосы и электродвигатели для добычи нефти. Классы энергоэффективности [Электронный источник]. Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/1200126001 (дата обращения: 25.09.2019).

25. Директива Европейского Парламента и Совета Европейского Союза 2010/30/ЕС от 19.05.2010 относительно указания в маркировке продукции, связанной с энергопотреблением, информации о потреблении энергии и других ресурсов (в новой редакции) [Электронный источник]. Режим доступа: https://gisee.ru/law/international/47522/ (дата обращения: 25.09.2019).

Territorija “NEFTEGAS” [Oil and Gas Territory]. 2019; : 38-49

Prospects for the Development of Vortex Gas Separators in Terms of Energy Efficiency

Musinskii A. N., Ostrovskii V. G., Peshcherenko P. N.

Abstract

The article presents the results of the analysis of the design and characteristics of gas separators used as upstream devices in the installation of electric centrifugal pumps to protect the pumps from gas, in terms of compliance with industry requirements. It is noted that first generation gas separators (Lyapkov gas separators) have low separation efficiency and are subject to abrasion. In addition, the power consumption of these gas separators is 2–3 times higher than the required, reaching 1.4 kW. Second generation gas separators (called abrasion-resistant) have improved separation characteristics and higher resistance to mechanical impurities in comparison with the first generation gas separators, but do not meet industry requirements for power consumption and separation efficiency. Third generation gas separators (vortex) are superior to previous generation gas separators in terms of separation characteristics and abrasion resistance, while consuming less electricity. The presence of a vortex chamber in the composition of gas separators of the third generation allows the development of devices designed for both small and high flowrate. In addition, the vortex gas separator can work with all pumps in one dimension. Thus, it was found that third generation gas separators satisfy
the industry requirements considered.

In order to improve the quality of energy efficiency assessment of gas separators, the authors of the article developed an energy efficiency criterion by analogy with the energy efficiency classes for vane pumps and submersible motors. This criterion takes into account not only the ratio of power consumption to the maximum volume, but also the ratio of the operating speed to the base speed. Using the proposed criterion allows you to determine which class of energy efficiency the device belongs to. In particular, it was found that vortex gas separators belong to the energy efficiency class e3.
References

1. Anufriev S.N., Kaplan A.L. Pogorelov S.V. Opyt ekspluatatsii UETsN v usloviyakh povyshennogo soderzhaniya mekhprimesei // Inzhenernaya praktika. 2011. № 2 [Elektronnyi istochnik]. Rezhim dostupa: https://glavteh.ru/opyt-ekspluatatsii-uetsn-v-oslozhnennykh/ (data obrashcheniya: 25.09.2019).

2. Bolovin E.V., Glazyrin A.S. Metod identifikatsii parametrov pogruzhnykh asinkhronnykh elektrodvigatelei ustanovok elektroprivodnykh tsentrobezhnykh nasosov dlya dobychi nefti // Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta. Inzhiniring georesursov. 2017. T. 328. № 1. S. 123–131.

3. Bukreev V.G., Sipailova N.Yu., Sipailov V.A. Strategiya upravleniya elektrotekhnicheskim kompleksom mekhanizirovannoi dobychi nefti na osnove ekonomicheskogo kriteriya // Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta. Inzhiniring georesursov. 2017. T. 328. № 3. S. 75–84.

4. Gulich J.F. Centrifugal Pumps. 2nd edition. Berlin – Heidelberg: Springer-Verlag, 2010. 964 p.

5. Marquez R. Modeling Downhole Natural Separation. A thesis for a Doctor of Philosophy degree in the Petroleum Engineering. Tulsa: The University

6. of Tulsa, 2004.

7. Cirilo R. Air-Water Flow through Electric Submersible Pumps. Master of Science thesis. Tulsa: The University of Tulsa, 1998.

8. Den'gaev A.V. Povyshenie effektivnosti ekspluatatsii skvazhin pogruzhnymi tsentrobezhnymi nasosami pri otkachke gazozhidkostnykh smesei: dis. … kand. tekhn. nauk. M., 2005. 168 s.

9. Ostrovskii V.G., Perel'man M.O., Peshcherenko S.N. Mekhanizm gidroabrazivnogo razrusheniya pogruzhnykh gazoseparatorov // Neftyanoe khozyaistvo. 2013. № 5. S. 100–102.

10. Musinskii A.N., Perel'man M.O., Peshcherenko S.N. i dr. Issledovanie kharakteristik abrazivostoikikh gazoseparatorov v promyslovykh i stendovykh usloviyakh // Ekspozitsiya Neft' Gaz. 2017. № 3 (56). S. 56–59.

11. Den'gaev A.V., Drozdov A.N., Verbitskii V.S. Issledovanie prichin poletov gazoseparatorov v sostave UETsN // Territoriya «NEFTEGAZ». 2005.

12. № 11. S. 50–53.

13. Den'gaev A.V., Drozdov A.N., Verbitskii V.S. i dr. Analiz raboty tsentrobezhnykh gazoseparatorov v OAO «Yugansk-neftegaz» // Neftyanoe khozyaistvo. 2006. № 2. S. 86–88.

14. Musinskii A.N. Separatsionnaya kharakteristika sovremennykh tsentrobezhnykh pogruzhnykh gazoseparatorov // Aktual'nye problemy povysheniya effektivnosti i bezopasnosti ekspluatatsii gornoshakhtnogo i neftepromyslovogo oborudovaniya. 2018. T. 1. S. 282–287.

15. Ivanovskii V.N., Sabirov A.A., Degovtsov A.V. i dr. Voprosy energoeffektivnosti ustanovok elektroprivodnykh tsentrobezhnykh nasosov // Oborudovanie i tekhnologii dlya neftegazovogo kompleksa. 2016. № 4. S. 25–30.

16. Lyapkov P.D. Opyt sozdaniya gazoseparatora dlya pogruzhnogo tsentrobezhnogo nasosa // Trudy VNII. 1959. Vyp. 22. S. 39–58.

17. Dunbar C.E. Determination of Proper Type of Gas Separator. Presented at the Microcomputer Applications in Artificial Lift Workshop, SPE Los Angeles Basin Section. Los Angeles, 1989.

18. Khalikov R.S. Matematicheskoe modelirovanie raboty ustanovok elektrotsentrobezhnykh nasosov v dobyvayushchei skvazhine s vysokim gazovym faktorom na osnove dannykh promyslovykh issledovanii // Territoriya «NEFTEGAZ». 2017. № 3. S. 54–62.

19. Wilson B.L. Gas Separation: a New Generation, a New Twist. 2005 ESP Workshop. Texas, 2005.

20. Vysokooborotnye lopatochnye nasosy / Pod red. B.V. Ovsyannikova, V.F. Chebaevskogo. M.: Mashinostroenie, 1975. 336 s.

21. Abrazivostoikii tsentrobezhnyi gazoseparator: pat. RU 2379500 S2; MPK E21B 43/38 / S.N. Peshcherenko, M.P. Peshcherenko, A.I. Rabinovich i dr.; patentoobladatel' ZAO «Novomet-Perm'»; № 2008108374/03; zayavl. 03.03.2008; opubl. 10.09.2009; Byul. № 2. 7 s.

22. Vikhrevoi gazoseparator: pat. RU 2660972 C1; MPK E21B 43/38 / A.N. Musinskii, M.P. Peshcherenko, S.N. Peshcherenko; patentoobladatel' – AO «Novomet-Perm'»; № 2017133195; zayavl. 22.09.2017; opubl. 11.07.2018. Byul. № 20. 6 s.

23. Vikhrevoi gazoseparator: pat. RU 161892 U1; MPK E21B 43/38 / Musinskii A.N., Peshcherenko M.P., Peshcherenko S.N.; patentoobladatel' AO «Novomet-Perm'»; № 2015100464/03; zayavl. 12.01.2015; opubl. 10.05.2016; Byul. № 13. 7 s.

24. GOST R 56624-2015. Energeticheskaya effektivnost'. Pogruzhnye lopastnye nasosy i elektrodvigateli dlya dobychi nefti. Klassy energoeffektivnosti [Elektronnyi istochnik]. Rezhim dostupa: http://docs.cntd.ru/document/1200126001 (data obrashcheniya: 25.09.2019).

25. Direktiva Evropeiskogo Parlamenta i Soveta Evropeiskogo Soyuza 2010/30/ES ot 19.05.2010 otnositel'no ukazaniya v markirovke produktsii, svyazannoi s energopotrebleniem, informatsii o potreblenii energii i drugikh resursov (v novoi redaktsii) [Elektronnyi istochnik]. Rezhim dostupa: https://gisee.ru/law/international/47522/ (data obrashcheniya: 25.09.2019).