СПОСОБ ИСПЫТАНИЙ ПОГРУЖНЫХ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ
TEST METHOD FOR SUBMERSIBLE CENTRIFUGAL PUMPS

Изобретение относится к области нефтяной промышленности и может быть использовано при стендовых испытаниях погружных центробежных насосов для добычи нефти.
Известен способ исследований характеристик погружных центробежных насосов на вязких жидкостях, включающий откачку рабочей жидкости из бака, нагнетание ее насосом, поступление жидкости обратно в бак, измерение подач, давлений, мощностей, КПД, изменение вязкости жидкости и плавное регулирование режимов работы с достижением заданного температурного режима при компенсации нагрева жидкости от перекачки через насос охлаждением в теплообменнике (RU 2075654, 1995).
При практической реализации данного способа для снятия характеристики насоса необходимо поддерживать заданные значения температуры и вязкости на входе в насос, что повышает трудоемкость процесса, затраты времени и позволяет получать ограниченное количество характеристик при различных значениях вязкости.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является способ испытаний погружных центробежных насосов, включающий откачку жидкости из бака, нагнетание ее насосом, поступление жидкости обратно в бак, изменение вязкости жидкости, регулирование режимов работы и измерение параметров насоса, причем нагрев потока осуществляют исследуемым насосом, а для регулирования температуры жидкости в баке применяют теплообменник, куда подают холодную воду из водопровода с различными значениями расхода, при этом добиваются установления стационарных режимов работы с постоянными значениями температуры на входе в насос, и замеры параметров насоса проводят на стационарных режимах (Дроздов А.Н. Технология и техника добычи нефти погружными насосами в осложненных условиях. М.: МАКС пресс, 2008, с. 53-67).
Недостатком известного способа является то, что в процессе испытаний требуется значительное время на достижение установившегося значения температуры на входе в насос, соответствующего требуемому в эксперименте значению вязкости жидкости. В результате увеличиваются и затраты, и время на проведение испытаний.
Технической проблемой, на решение которой направлено настоящее решение, является упрощение процесса исследования и, соответственно, сокращение времени и трудоемкости испытаний.
Указанная проблема решается тем, что в способе испытаний погружных центробежных насосов, включающем осуществление замкнутого цикла циркуляции модельной вязкой жидкости через исследуемый насос и регулирование режимов работы насоса с одновременным контролем параметров насоса, согласно изобретению предварительно измеряют плотность и вязкость модельной жидкости при различных значениях температуры и строят зависимости изменения вязкости и плотности модельной рабочей жидкости от температуры, затем в процессе замкнутого цикла циркуляции модельной вязкой жидкости через исследуемый насос производят регулирование режимов работы насоса путем изменения давления на выходе насоса и изменения частоты вращения вала, при этом одновременно в непрерывном режиме производят замеры параметров работы насоса на неустановившихся режимах при изменяющейся во времени температуре, по результатам замеров строят зависимости подачи, напора, потребляемой мощности и КПД насоса от температуры на приеме, по зафиксированным значениям температуры модельной жидкости, используя предварительно полученные зависимости вязкости и плотности модельной рабочей жидкости от температуры, определяют ее плотность и вязкость, после чего по полученным зависимостям подачи, напора, потребляемой мощности и КПД насоса от вязкости на различных режимах строят напорно-расходные и энергетические характеристики насоса при различных значениях вязкости.
Достигаемый технический результат заключается в обеспечении проведения исследований при переменной температуре на входе в насос и в увеличении объема информативности, а именно расширении спектра исследуемых характеристик насоса.
Сущность способа поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлены зависимости плотности и вязкости рабочей жидкости от температуры, на фиг. 2 показана схема стенда для исследования характеристик насосов, на фиг. 3 - зависимость подачи насоса от температуры жидкости на входе в насос, на фиг. 4 - напорные характеристики погружного центробежного насоса при разных значениях вязкости жидкости.
Стенд содержит информационно-измерительную систему 1 (в ее состав входят различные контрольно-измерительные приборы - датчики давления, температуры и расхода, частотный преобразователь, программируемый логический контроллер и компьютер), электродвигатель 2, бак 3, насос 4 с всасывающей линией 5 и выкидной линией 6, а также задвижки 7 и 8.
Способ исследования характеристик погружных центробежных насосов на вязких жидкостях согласно настоящему изобретению осуществляют следующим образом.
Предварительно измеряют плотность и вязкость модельной жидкости при различных значениях температуры и строят зависимости изменения вязкости и плотности модельной рабочей жидкости от температуры.
В зависимости от целей и задач исследований в качестве рабочих вязких жидкостей могут использоваться индустриальные, веретенные, трансформаторные масла, водные растворы глицерина, дизельное топливо и смеси его с мазутом, эмульсии и др. В качестве примера на фиг. 1 приведены зависимости плотности и динамической вязкости рабочей жидкости - индустриального масла И-8А от температуры.
При проведении исследований сначала открывают задвижку 7, а затем запускают насос 4. Вязкая рабочая жидкость поступает из бака 3 по всасывающей линии 5 в приводимый в действие от электродвигателя 2 насос 4, который нагнетает жидкость по выкидной линии 6 обратно в бак 3. Различные режимы работы насоса 4 создают путем изменения давления на выходе из насоса с помощью задвижки 8, а также изменения частоты вращения вала насоса 4 с помощью частотного преобразователя информационно-измерительной системы 1.
В процессе замкнутого цикла циркуляции модельной вязкой жидкости через исследуемый насос она постепенно нагревается. За счет нагрева рабочей жидкости уменьшается ее вязкость. Замеры параметров работы насоса 4 с помощью информационно-измерительной системы 1 осуществляют в непрерывном режиме при изменяющейся во времени температуре. По результатам замеров строят зависимости подачи, напора, потребляемой мощности и КПД насоса от температуры на приеме. В качестве примера на фиг. 3 приведена зависимость подачи насоса от температуры жидкости у входа в насос на одном из исследуемых режимов.
3
Как видно из данного графика, для каждого конкретного значения температуры можно найти соответствующее значение подачи (например, для температуры 30°C подача составит 57,6 м/сут). Зная температуру рабочей жидкости, по полученным предварительно зависимостям (см. фиг. 1) определяют ее плотность и вязкость.
1
2
3
Затем полученные зависимости параметров насоса 4 от температуры перестраивают в зависимости характеристик насоса от вязкости. В качестве примера на фиг. 4 показаны напорные характеристики погружного центробежного насоса ЭЦН при различных значениях вязкости жидкости μ, μ и μ.
Имея набор снятых напорно-энергетических характеристик в условиях изменения температуры рабочей жидкости, можно осуществить пересчет на различные значения вязкости.
При необходимости исследования нескольких различных насосов после завершения испытаний одного из них закрывают задвижки 7 и 8, снимают один, ставят другой насос и проводят исследования его характеристик.
Таким образом, предложенный способ позволяет проводить достоверные испытания на более высоком уровне в широком диапазоне изменения параметров при существенном сокращении времени проведения и трудоемкости экспериментов при исследованиях погружных центробежных насосов для добычи нефти.