Методология и математическое обеспечение автоматизированной системы стабилизации режимов для установок электроцентробежных насосов в условиях одновременно-раздельной эксплуатации
Тотанов А.С.
Уфимский государственный нефтяной технический университет, Уфа
Ключевые слова: одновременно-раздельная эксплуатация, установка электроцентробежного насоса, система стабилизации динамического уровня, математическое моделирование, гидродинамический режим, перепускной клапан.
Аннотация. В работе решена актуальная научно-техническая задача повышения надежности эксплуатации скважинных установок для одновременно-раздельной добычи нефти из многопластовых месторождений. Разработаны методические и математические основы для создания автоматизированной системы стабилизации динамического уровня и гидродинамических параметров пластовой системы. Предложена новая конструкция системы стабилизации с перепускным электроклапаном, интегрируемой в состав стандартной установки электроцентробежного насоса без существенной модификации погружного оборудования. На основе законов гидромеханики создана оригинальная математическая модель нестационарных процессов в системе «клапан насосно-компрессорных труб–затрубное пространство», позволяющая анализировать динамику восстановления давления при различных конструктивных параметрах устройства и режимах эксплуатации. Путем численного моделирования обоснованы оптимальные параметры перепускного устройства (диаметр канала 15 мм, длина 50 мм, глубина установки 50 м) для типовых условий эксплуатации. Показана возможность автоматического удержания системы в рабочей зоне при дисбалансе подачи до 40 м³/сут без вмешательства оператора. Разработана методика расчета технологического режима последовательной работы двух электроцентробежных насосов, учитывающая взаимное влияние напорных характеристик насосов при совместной работе. Верификация на промысловых данных подтвердила адекватность модели с погрешностью 5-6%. Практической реализацией результатов исследования является запатентованное устройство стабилизации, внедрение которого позволяет предотвращать аварийные остановки и увеличивать межремонтный период скважинного оборудования.
Methodology and mathematical support of an automated mode stabilization system for electric submersible pump units under simultaneous-separate operation conditions
Totanov A.S.
Ufa State Petroleum Technological University, Ufa
Keywords: simultaneous separate operation, electric centrifugal pump installation, dynamic level stabilization system, mathematical modeling, hydrodynamic regime, bypass valve.
Abstract. The paper solves the urgent scientific and technical problem of improving the reliability of well installations for simultaneous separate oil production from multi-layer deposits. Methodological and mathematical foundations for creating an automated system for stabilizing the dynamic level and hydrodynamic parameters of the reservoir system have been developed. A new design of a stabilization system with a bypass solenoid valve integrated into a standard electric centrifugal pump installation without significant modification of submersible equipment is proposed. Based on the laws of hydromechanics, an original mathematical model of unsteady processes in the «tubing-valve-annular space» system has been created, which allows analyzing the dynamics of pressure recovery at various design parameters of the device and operating modes. Through numerical modeling, the optimal parameters of the bypass device (channel diameter 15 mm, length 50 mm, installation depth 50 m) for typical operating conditions have been substantiated. The possibility of automatic retention of the system in the operating zone with a supply imbalance of up to 40 m³/day without operator intervention has been shown. A methodology for calculating the technological mode of the «dual electrical submersible pump» system, taking into account the mutual influence of the head characteristics of the pumps during joint operation, has been developed. Verification on field data confirmed the adequacy of the model with an error of 5-6%. The practical implementation of the research results is a patented stabilization device, the introduction of which can prevent emergency shutdowns and increase the overhaul period of well equipment.