К вопросу определения потерь мощности на дисковое трения для ньютоновской и неньютоновской жидкости погружных насосов

Abstract

Продукция нефтяных скважин состоит из нефти, газа и пластовой воды и образует водонефтяную эмульсию с нелинейными вязкостными свойствами. Повышение эффективности эксплуатации центробежных насосов при механизированной добычи нефти путем совершенствования математических моделей, учитывающих особенности физических свойств водонефтяной продукции, является актуальной задачей. Целью статьи является исследование влияния потерь мощности на дисковое трение в общем балансе потерь энергии в погружных центробежных насосах, перекачивающих водонефтяную продукцию. Установлено, что потери мощности на дисковое трение при перекачивании водонефтяных эмульсий играют существенную роль, особенно при повышении вязкости продукции. В работе проведен анализ теоретических и экспериментальных исследований дискового трения рабочих колес центробежного насоса, намечены тенденции дальнейших исследований. Выполнена оценка потерь мощности дискового трения по полуэмпирическим зависимостям на примере ступени насоса ЭЦН5-80 для ньютоновской жидкости. В работе представлены результаты обработки реологических характеристик водонефтяной продукции. Анализ показал, что водонефтяная продукция при объемном содержании воды в ней от 40-80 % относится к жидкости типа Гершеля-Балкли с нелинейными вязкостными свойствами и пределом текучести, которые изменяются. Предложено использовать обобщенную модель ньютоновской жидкости для прогнозирования энергетических характеристик погружных центробежных насосов, перекачивающих реальные водонефтяную продукцию. Рассмотрена формула определения эффективной вязкости для обобщенной модели. Представлены результаты расчета потерь мощности и механического коэффициента полезного действия для ступени насоса типа ЭЦН5-80.

The production of oil wells consists of oil, gas and formation water and forms a water-oil emulsion with nonlinear viscosity properties. Improving the efficiency of operation of centrifugal pumps for mechanized oil production by improving mathematical models that take into account the characteristics of the physical properties of oil-water production is an important task. The aim of the article is to research the effect of power losses on disk friction in the overall balance of energy losses in submersible centrifugal pumps pumping oil-water products. It has been established that disk friction power losses during pumping of oil-water emulsions play a significant role, especially with increasing the product viscosity. The paper analyzes the published theoretical and experimental researches of disk friction of the impellers of a centrifugal pump, the trend for further research is outlined. The estimation of the power loss of disk friction is performed on semi-empirical dependences by the example of the pump stage ECP5-80 for Newtonian fluid. The paper presents the results of processing the rheological characteristics of water-oil products. The analysis showed that water-oil production with a volumetric water content of 40-80 % in it belongs to a Herschel-Balkley type liquid with nonlinear viscosity properties and yield strengths that change. It is proposed to use a generalized model of Newtonian fluid to predict the energy characteristics of submersible centrifugal pumps pumping oil-water emulsions. The formula for determining the effective viscosity for a generalized model is considered. The results of the calculation of power losses and mechanical efficiency for a pump stage of the ECP5-80 type are presented.