Кавитация в двигателях[править | править вики-текст]

Некоторые большие по размеру дизельные двигатели страдают от кавитации из-за высокого сжатия и малогабаритных стенок цилиндра. В результате в стенках цилиндра образовываются отверстия, которые приводят к тому, что охлаждающая жидкость начинает попадать в цилиндры двигателя. Предотвратить нежелательные явления возможно при помощи химических добавок в охлаждающую жидкость, которые образуют защитный слой на стенках цилиндра. Этот слой будет подвержен той же кавитации, но он может самостоятельно восстанавливаться.

Предотвращение последствий[править | править вики-текст]

Наилучшим методом предотвращения вредных последствий кавитации для деталей машин считается изменение их конструкции таким образом, чтобы предотвратить образование полостей либо предотвратить разрушение этих полостей возле поверхности детали. При невозможности изменения конструкции могут применяться защитные покрытия, например, газотермическое напыление сплавов на основе кобальта.

В системах гидропривода часто используют системы подпитки. Они, упрощённо говоря, представляют собой дополнительный насос, жидкость от которого начинает поступать через специальный клапан в гидросистему, когда в последней давление падает ниже допустимого значения. Если давление в гидросистеме не опускается ниже допустимого, жидкость от дополнительного насоса идёт на слив в бак. Системы подпитки установлены, например, во многих экскаваторах.

Другие области применения[править | править вики-текст]

Кавитация применяется для стабилизации игольчатых пуль подводных боеприпасов (например, боеприпасы автомата АПС или патроны 5.54x39 ПСП для автомата АДС), для увеличения скорости торпед (Шквал и Барракуда).

Кавитация может быть использована для измельчения разных материалов (в том числе руд). Для этих процессов выпускается промышленное оборудование^[5], в котором кавитацию получают при помощи силового ультразвука.

Число кавитации[править | править вики-текст]

Кавитационное течение характеризуют безразмерным параметром (числом кавитации):

, где

 — гидростатическое давление набегающего потока, Па;  — давление насыщенных паров жидкости при определенной температуре окружающей среды, Па;  — плотность среды, кг/м³;  — скорость потока на входе в систему, м/с.

Известно, что кавитация возникает при достижении потоком граничной скорости  , когда давление в потоке становится равным давлению парообразования (насыщенных паров). Этой скорости соответствует граничное значение критерия кавитации.

В зависимости от величины   можно различать четыре вида потоков:

• докавитационный — сплошной (однофазный) поток при  ,

• кавитационный — (двухфазный) поток при  ,

• пленочный — с устойчивым отделением кавитационной полости от остального сплошного потока (пленочная кавитация) при  ,

• суперкавитационный — при  .

Изобретения относятся к способам регулирования производительности установок электроцентробежных насосов (УЭЦН), используемых в нефтяной промышленности для добычи нефти, в частности для добычи нефти из малодебитных скважин. Обеспечивает повышение КПД УЭЦН, используемых в малодебитных скважинах, повышение долговечности наземного оборудования, увеличение межремонтного периода для ЭЦН и погружного электродвигателя и увеличение нефтеотдачи. Сущность изобретения: по способу регулирования производительности установки электроцентробежного насоса при добыче нефти осуществляют периодическое включение и отключение электроцентробежного насоса - ЭЦН. При этом при включенном ЭЦН часть пластовой жидкости подают к наземному оборудованию. Оставшуюся часть пластовой жидкости накапливают в погружной части установки ЭЦН и подают ее к наземному оборудованию при отключенном ЭЦН с помощью гидравлического аккумулятора. Устройство включает колонну насосно-компрессорных труб, установку электроцентробежного насоса - ЭЦН с собственно ЭЦН и станцией управления. Станция управления имеет программное устройство автоматического повторного включения ЭЦН. При этом на выходе из ЭЦН размещен гидравлический аккумулятор. На выходе установки ЭЦН размещен регулируемый дроссель. 2 н. и 4 з.п. ф

Изобретения относятся к способу регулирования производительности установок электроцентробежных насосов (УЭЦН), используемых в нефтяной промышленности для добычи нефти, в частности для добычи нефти из малодебитных скважин.

Основной проблемой при добыче нефти из малодебитных скважин является значительное снижение динамического уровня в скважине в случае превышения производительности УЭЦН дебита скважины. Это требует использования электроцентробежных насосов (ЭЦН) малой производительности, которые имеют небольшой КПД. Но даже в этом случае для поддержания заданного динамического уровня в скважине требуется регулирование производительности УЭЦН.

Известен способ регулирования производительности УЭЦН путем регулирования частоты вращения центробежного насоса с помощью станций управления. С установленной в УЭЦН системой телеметрии такой способ позволяет поддерживать заданный динамический уровень в скважине (см. Международный транслятор "Установки погружных центробежных насосов для добычи нефти", МФ "Технонефтегаз", Москва, 1999 г., стр.519).

Недостатком этого способа регулирования производительности УЭЦН является то, что для поддержания заданного динамического уровня в малодебитной скважине требуется снижение частоты вращения ЭЦН. Это приводит как к снижению КПД центробежного насоса, так и к снижению создаваемого им напора, что может привести к срыву подачи.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ регулирования производительности УЭЦН путем периодического включения и отключения ЭЦН. Устройство, реализующее такой способ, состоит из ЭЦН и станции управления, имеющей программное устройство автоматического повторного включения (см. Международный транслятор "Установки погружных центробежных насосов для добычи нефти", МФ "Технонефтегаз", Москва, 1999 г., стр.485-490).

Недостатком такого способа регулирования производительности УЭЦН является то, что при отключенном состоянии ЭЦН прерывается подача пластовой жидкости к наземному оборудованию. Время отключенного состояния ЭЦН определяется, исходя из соотношения производительности ЭЦН и дебета скважины, и может достигать 15 и более часов, что отрицательно сказывается на работе наземного оборудования, особенно в зимнее время. В условиях низких температур отсутствие подачи пластовой жидкости к наземному оборудованию в течение длительного времени может привести к выходу его из строя. Кроме того, длительное отсутствие отбора пластовой жидкости приводит к значительному повышению динамического уровня, что отрицательно сказывается на работе нефтяного пласта.

Задача, на решение которой направлено данное изобретение, заключается в создании способа регулирования производительности УЭЦН, для поддержания заданного динамического уровня в скважине, при котором обеспечивается непрерывная подача пластовой жидкости к наземному оборудованию без снижения КПД УЭЦН.

Технический результат, который может быть получен при использовании изобретения, заключается в повышении КПД УЭЦН, используемых в малодебитных скважинах, повышении долговечности наземного оборудования, увеличении межремонтного периода для ЭЦН и погружного электродвигателя и увеличении нефтеотдачи пласта.

Сущность изобретения в части способа состоит в том, что регулирование производительности УЭЦН осуществляется путем периодического включения и отключения ЭЦН, при этом при включенном ЭЦН часть пластовой жидкости подается к наземному оборудованию, а часть пластовой жидкости накапливается в УЭЦН и подается к наземному оборудованию при отключенном ЭЦН.

В частном случае реализации способа расход пластовой жидкости, подаваемой к наземному оборудованию, устанавливается равным дебету скважины путем изменения гидравлического сопротивления на выходе из ЭЦН. В конкретных условиях использования способа момент включения и отключения ЭЦН определяется в зависимости от объема пластовой жидкости, накопленной в УЭЦН, или в зависимости от изменения динамического уровня в скважине.

Сущность изобретения в части устройства состоит в том, что для осуществления заявляемого способа установка, содержащая ЭЦН и станцию управления, имеющую программное устройство автоматического повторного включения, снабжена гидравлическим аккумулятором, размещенным на выходе из ЭЦН, и регулируемым дросселем, размещенным на выходе из установки.

В частном случае реализации устройства гидравлический аккумулятор снабжен датчиком, определяющим степень его наполнения, а установка снабжена системой телеметрии, определяющей динамический уровень в скважине.

В конкретных условиях использования, в частности при большом содержании в пластовой жидкости газа, в устройстве в качестве гидравлического аккумулятора может быть использована колонна НКТ.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная схема установки для осуществления заявляемого способа регулирования производительности.

Установка состоит из ЭЦН 1, погружного электродвигателя 2 и станции управления 3. На выходе из ЭЦН 1 размещен гидравлический аккумулятор 4, а на выходе из установки размещены регулируемый дроссель 5 и расходомер 6. Гидравлический аккумулятор 4 снабжен датчиком 7, определяющим степень его наполнения. Установка снабжена системой телеметрии 8, определяющей динамический уровень А в скважине. Сигналы от датчика 7 и системы телеметрии 8 передаются на станцию управления 3. В зависимости от характеристики скважины в качестве ЭЦН 1 могут выбираться стандартные ЭЦН, но с производительностью, заведомо превышающей дебет скважины, а следовательно, имеющие более высокий КПД. В качестве погружного электродвигателя 2 могут использоваться вентильные двигатели, позволяющие производить повторный пуск установки с достаточно большой частотой. Гидравлический аккумулятор 4 может иметь конструкцию, аналогичную конструкции гидравлической защиты погружного электродвигателя, с использованием в качестве упругого элемента сжатый газ.

Заявляемый способ осуществляется при работе установки следующим образом. После пуска установки, с помощью регулируемого дросселя 5 ограничивают расход жидкости, подаваемой к наземному оборудованию. По расходомеру 6 можно проконтролировать этот расход и сделать его равным дебету скважины. С помощью станции управления поддерживается оптимальный с точки зрения КПД режим работы данного ЭЦН. Так как производительность ЭЦН 1 превышает расход жидкости, подаваемой к наземному оборудованию, то излишек пластовой жидкости накапливается в гидравлическом аккумуляторе 4. При наполнении гидравлического аккумулятора до определенной степени по сигналу датчика 7 станция управления 3 отключает погружной электродвигатель 2 и откачка пластовой жидкости из скважины прекращается. При этом подача пластовой жидкости к наземному оборудованию продолжается, так как к нему начинает поступать пластовая жидкость, накопленная в гидравлическом аккумуляторе 4. Таким образом, обеспечивается непрерывная работа наземного оборудования. После того как объем жидкости, оставшейся в гидравлическом аккумуляторе 4, достигнет определенного предела, по сигналу датчика 7 станция управления 3 вновь включает погружной электродвигатель 2 и цикл повторяется.

Производительность ЭЦН 1 и рабочий объем гидравлического аккумулятора 4 выбирается, исходя из оптимальной цикличности включения и отключения погружного электродвигателя 2 и изменения динамического уровня при работе установки в заданных пределах. Если в процессе эксплуатации скважины ее дебет измениться и при работе установки с прежней цикличностью изменение динамического уровня выйдет за установленные пределы, включение и отключение погружного электродвигателя 2 будет производиться станцией управления 3 по сигналам системы телеметрии 8, определяющей динамический уровень в скважине.

Использование заявленного способа регулирования производительности УЭЦН, реализованного в заявленном устройстве, позволяет значительно повысить КПД УЭЦН, используемых в малодебитных скважинах, за счет применения более производительных насосов и эксплуатации их в оптимальных режимах; повысить долговечность наземного оборудования за счет обеспечения его работы в постоянном режиме; увеличить межремонтный период для ЭЦН и погружного электродвигателя за счет значительного сокращения времени их включенного состояния.

1. Способ регулирования производительности установки электроцентробежного насоса при добыче нефти, заключающийся в том, что при добыче нефти осуществляют периодическое включение и отключение электроцентробежного насоса - ЭЦН, при этом при включенном ЭЦН часть пластовой жидкости подают к наземному оборудованию, а часть пластовой жидкости накапливают в погружной части установки ЭЦН и подают ее к наземному оборудованию при отключенном ЭЦН с помощью гидравлического аккумулятора.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что расход пластовой жидкости, подаваемой к наземному оборудованию, устанавливают равным дебиту скважины путем изменения гидравлического сопротивления на выходе из установки ЭЦН.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что момент включения и отключения ЭЦН определяют в зависимости от объема пластовой жидкости, накопленной в установке ЭЦН или в зависимости от изменения динамического уровня в скважине.

4. Устройство регулирования производительности установки электроцентробежного насоса для добычи нефти, включающее колонну насосно-компрессорных труб, установку электроцентробежного насоса - ЭЦН с собственно ЭЦН, и станцией управления, имеющей программное устройство автоматического повторного включения ЭЦН, при этом на выходе из ЭЦН размещен гидравлический аккумулятор, а на выходе установки ЭЦН - регулируемый дроссель.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что аккумулятор снабжен датчиком для определения степени его наполнения, а установка снабжена системой телеметрии для определения динамического уровня в скважине.

6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что в качестве гидравлического аккумулятора использована колонна НКТ.