Повышение эффективности работы УЭЦН на скважинах с высоким газовым фактором

Введение
На настоящий момент большинство нефтегазодобывающих предприятий для добычи нефти используют электроцентробежные погружные установки. На многих объектах добычи нефти возникает ряд осложнений при работе установок электроцентробежных насосов. Одной из основных проблем при насосной эксплуатации скважин является содержание свободного газа в откачиваемой продукции. Чаще всего это связано с эксплуатацией скважин с забойными давлениями, значение которых гораздо ниже значений давления насыщения нефти газом. Даже небольшое количество газа способно значительно ухудшить эффективность работы насосного оборудования, а при последующем увеличении его содержания происходит срыв подачи насоса [1]. Вследствие широкого распространения погружных электроцентробежных установок, повышение эффективности и оптимизация их работы является актуальной задачей.
Разработаны методы и технологии борьбы с вредным влиянием свободного газа: применение устройств, отделяющих газовую фазу от жидкой, применение диспергирующих ступеней,Введение

изменений в конструкции рабочих колес и направляющих аппаратов, работа насосного агрегата с переменной частотой вращения вала, добавление в перекачиваемую продукцию пенообразующих составов.
Причины высокого содержания свободного газа на приеме УЭЦН
Чаще всего высокое содержание свободного газа на входе в насос обусловлено не геологическими особенностями разрабатываемого пласта, а связано с особенностями режима эксплуатации скважин. Обычно при эксплуатации скважин электроцентробежными насосами при давлении на входе в насос значительно ниже давления насыщения нефти газом.
Активное бурение горизонтальных скважин предписывает дополнительные требования и ограничения при выборе глубины спуска насосного оборудования. Уменьшение глубины спуска по техническим причинам, также увеличивает входное газосодержание.
Характеристика насоса. Факторы, влияющие на характеристику насоса при работе на газожидкостной смеси.
Рабочая характеристика погружного электроцентробежного насоса – графические зависимости развиваемого насосом напора, потребляемой мощности и КПД насоса от подачи. В зависимости от конструкционных особенностей насосной секции, а также от параметров рабочей среды и свойств перекачиваемой жидкости, зависимость может принимать различный вид

. На рисунке 1 представлена характеристика нормального рабочего колеса УЭЦН. Рядом исследований отечественными и зарубежными исследователями были выделены основные факторы, оказывающие влияние на характеристику насосной установки [2]:
Рисунок 1 – Напорно-расходная характеристика УЭЦН для рабочих колес нормального исполнения
1. Влияние количества ступеней в насосе – вредное влияние газа на характеристику электроцентробежного насоса в случае многоступенчатой конструкции гораздо меньше, чем при малом числе ступеней;
2. Влияние давления на приеме в насос – при работе электроцентробежного насоса на нефтегазовых смесях с высокими значениями давления на приеме насоса Pпр влияние газа в действительности значительно меньше;
3. Влияние пенообразующих свойств перекачиваемой среды – при повышении стабильности границы раздела «газ-жидкость» работа электроцентробежного насоса на газожидкостной смеси улучшается;
4. Влияние дисперсности газовой фазы – предварительное диспергирование газовых пузырьков приводит к улучшению работы электроцентробежного насоса на газожидкостной смеси;
5. Влияние обводненности продукции – эффективность работы УЭЦН на ГЖС с увеличением обводненности снижается;
6. Влияние частоты вращения вала - при увеличении частоты вращения вала электроцентробежного насоса повышается эффективность его работа на ГЖС.
Работа УЭЦН на газожидкостной смеси. Деградация рабочей характеристики УЭЦН. Явление кавитации
Рабочая характеристика УЭЦН при работе на газожидкостной смеси представлена на рисунке 2.
Рисунок 2 – Напорно-расходная характеристика УЭЦН при работе на ГЖС
С увеличением количества газа на приеме насосной установки происходит деградация напорно-расходной характеристики электроцентробежного насоса. Причиной такого поведения работы насоса является эффект кавитации.
Явление кавитации происходит в зонах проточной части насосной установки, в которых локальное статическое давление снижается до некоторого критического значения, при котором происходит нарушение сплошности потока и изменение его структуры [4]