Территория «НЕФТЕГАЗ». 2018; : 64-68
О цифровизации конструирования ступеней электроприводных лопастных насосов
Аннотация
К конструированию лопастных насосов, являющихся основных видом оборудования для добычи нефти, применяются различные подходы. Основной задачей при этом остается создание оптимального сочетания конструкторских решений, способных обеспечить соответствие различным требованиям, предъявляемым к многочисленным параметрам насоса. При этом производитель, как правило, стремится снизить стоимость и сократить время создания нового насоса. Это может быть обеспечено за счет того, что дорогостоящий трудо- и времязатратный натурный эксперимент полностью или частично заменяется на эксперимент компьютерный. Однако это возможно лишь в случае создания «цифровых двойников», обеспечивающих тождественность результатов компьютерных и физических (натурных) экспериментов. В то же время, несмотря на стремительно развивающиеся вычислительные технологии, методика определения гидродинамических параметров некоторых типов лопастных насосов для добычи нефти, по мнению авторов статьи, требует серьезных доработок. В подтверждение этого тезиса в статье представлены результаты компьютерных и физических (натурных) экспериментов в целях получения комплексной характеристики некоторых ступеней лопастных насосов для добычи нефти, имеющих разные коэффициенты быстроходности ns.
Анализ показал, что применительно к ступеням электроцентробежных насосов с низкой и нормальной быстроходностью (ns ≤ 150–180) можно говорить о возможности использования «цифровых двойников», поскольку в рабочем диапазоне подач была получена хорошая сходимость результатов компьютерных и физических (натурных) экспериментов. Однако в случае быстроходных, диагональных и осевых ступеней (ns > 200) применение современных программных комплексов и пакетов CFD пока не дает положительных результатов, и для создания «цифровых двойников» данных ступеней в математические модели необходимо вводить поправочные коэффициенты, учитывающие конструктивные особенности разрабатываемой машины.
Список литературы
1. Ляпков П.Д. Анализ некоторых особенностей конструирования и эксплуатации погружных центробежных электронасосов для добычи нефти и методика расчета их рабочих органов: дисс. ... канд. техн. наук. М.: ВНИИнефть, 1955. 211 с.
2. Чичеров Л.Г., Молчанов Г.В., Рабинович А.М. и др. Расчет и конструирование нефтепромыслового оборудования: Учеб. пособие для вузов. М.: Недра, 1987. 422 с.
3. Каталажнова И.Н. Моделирование и оптимизация энергетических параметров малоразмерных центробежных насосов авиакосмического назначения: дисс. ... канд. техн. наук. Комсомольск-на-Амуре, 2005. 187 с.
4. Сазонов Ю.А. Разработка методологических основ конструирования насосно-эжекторных установок для условий нефтегазовой промышленности: дисс. ... докт. техн. наук. М.: РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2010. 394 с.
5. Ивановский В.Н., Сабиров А.А., Кузьмин А.В. К вопросу о выборе рабочей области характеристики центробежных насосов // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2015. No 3. С. 88–92.
6. Ивановский В.Н., Сабиров А.А., Кузьмин А.В. Современные инженерные подходы к проектированию оборудования для добычи нефти и газа // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2014. No 11. С. 17–20.
7. Ивановский В.Н., Сабиров А.А., Деговцов А.В. и др. Проектирование и исследование ступеней динамических насосов: учеб. пособие. М.: РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2015. 124 с.
8. Кузьмин А.В. Исследование характеристик лопастного насоса для добычи нефти при изменении геометрии проточной части его ступени: дисс. ... канд. техн. наук. М., 2018. 257 с.
9. ГОСТ 6134–87. Насосы динамические. Методы испытаний (с изм. No 1, 2) [Электронный источник]. Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/1200004546 (дата обращения 18.12.2018).
10. Деговцов А.В., Соколов Н.Н., Ивановский А.В. К вопросу о выборе материала ступеней электроцентробежного насоса для осложненных условий эксплуатации // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2016. No 11. С. 88–91.
Territorija “NEFTEGAS” [Oil and Gas Territory]. 2018; : 64-68
About Electric Submersible Pump Stages Design Engineering Digitalization
Abstract
There are different approaches and techniques for designing vane pumps. The main task is to create a combination of design solutions that can meet the different requirements for the numerous parameters of the pump.
At the same time, the manufacturer seeks to reduce the cost and time of creating a new pump. This leads to the fact that for this purpose, an expensive labor- and time-consuming natural experiment is tried to replace on computer experiment. In this case it is told about the possibility of creating “digital twins” providing the identity of the results of computer and physical (natural) experiments.
Despite of rapidly developing computational technologies, in order to determine the hydrodynamic parameters of some types of electric submersible pump stages for oil production, according to the authors of this article, serious improvements are still required.
As confirmation, the results of computer and physical (natural) experiments in order to obtain an integrated characteristic of some stages with different specific speed are presented.
The result of the experiments showed that for the ESP low-speed and normal-speed stages it can be said about the possibility of using “digital twins”, because in operating performance of pump a good convergence of the results of computer and physical (natural) experiments was obtained. However, for high-speed, Francis-type and axial steps, the use of modern software systems does not yet give a similar result, therefore to create "digital twins" of these steps, a mathematical model still need to be improved with correction factors taking into account the design features of the developed hydraulic machine.
References
1. Lyapkov P.D. Analiz nekotorykh osobennostei konstruirovaniya i ekspluatatsii pogruzhnykh tsentrobezhnykh elektronasosov dlya dobychi nefti i metodika rascheta ikh rabochikh organov: diss. ... kand. tekhn. nauk. M.: VNIIneft', 1955. 211 s.
2. Chicherov L.G., Molchanov G.V., Rabinovich A.M. i dr. Raschet i konstruirovanie neftepromyslovogo oborudovaniya: Ucheb. posobie dlya vuzov. M.: Nedra, 1987. 422 s.
3. Katalazhnova I.N. Modelirovanie i optimizatsiya energeticheskikh parametrov malorazmernykh tsentrobezhnykh nasosov aviakosmicheskogo naznacheniya: diss. ... kand. tekhn. nauk. Komsomol'sk-na-Amure, 2005. 187 s.
4. Sazonov Yu.A. Razrabotka metodologicheskikh osnov konstruirovaniya nasosno-ezhektornykh ustanovok dlya uslovii neftegazovoi promyshlennosti: diss. ... dokt. tekhn. nauk. M.: RGU nefti i gaza imeni I.M. Gubkina, 2010. 394 s.
5. Ivanovskii V.N., Sabirov A.A., Kuz'min A.V. K voprosu o vybore rabochei oblasti kharakteristiki tsentrobezhnykh nasosov // Territoriya «NEFTEGAZ». 2015. No 3. S. 88–92.
6. Ivanovskii V.N., Sabirov A.A., Kuz'min A.V. Sovremennye inzhenernye podkhody k proektirovaniyu oborudovaniya dlya dobychi nefti i gaza // Territoriya «NEFTEGAZ». 2014. No 11. S. 17–20.
7. Ivanovskii V.N., Sabirov A.A., Degovtsov A.V. i dr. Proektirovanie i issledovanie stupenei dinamicheskikh nasosov: ucheb. posobie. M.: RGU nefti i gaza imeni I.M. Gubkina, 2015. 124 s.
8. Kuz'min A.V. Issledovanie kharakteristik lopastnogo nasosa dlya dobychi nefti pri izmenenii geometrii protochnoi chasti ego stupeni: diss. ... kand. tekhn. nauk. M., 2018. 257 s.
9. GOST 6134–87. Nasosy dinamicheskie. Metody ispytanii (s izm. No 1, 2) [Elektronnyi istochnik]. Rezhim dostupa: http://docs.cntd.ru/document/1200004546 (data obrashcheniya 18.12.2018).
10. Degovtsov A.V., Sokolov N.N., Ivanovskii A.V. K voprosu o vybore materiala stupenei elektrotsentrobezhnogo nasosa dlya oslozhnennykh uslovii ekspluatatsii // Territoriya «NEFTEGAZ». 2016. No 11. S. 88–91.
