В Пермском политехнического университета разработали отказоустойчивое устройство для добычи нефти в осложненных условиях. Они создали газосепаратор с более высокой гидроабразивной стойкостью, чем существующие аналоги. Об этом Информагентство «Девон» узнало из сообщения ПНИПУ.

Отмечается, что добыча нефти на высокодебитных скважинах часто осложняется выносом газа вместе с абразивными частицами породы. Данное явление наблюдается после гидроразрыва пласта (ГРП).

Серийные насосы не рассчитаны на перекачку газожидкостных смесей. При сильной концентрации свободного газа в них происходит срыв подачи. Поэтому нефтедобывающее оборудование комплектуется газосепараторами. В них газ отделяется от жидкости.

При этом частицы породы отбрасываются центробежными силами к стенкам корпуса и накапливаются там. Это может привести к разрушению устройства и авариям. В скважинах с высоким дебитом через газосепаратор за сутки вместе с газожидкостной смесью проходит до тонны абразивных частиц.

Чем лучше центробежная сепарация (отделение) газа внутри него, тем сильнее эффект концентрации абразива у стенок оборудования. Поэтому важно сохранить высокие сепарационные характеристики устройства и избежать повреждений корпуса.

Ученые ПНИПУ выяснили, что втекающая в газосепаратор жидкость приобретает вращательное движение еще до входа внутрь. Создаваемые этим вращением центробежные силы перемещают частицы на периферию потока, т.е. к поверхности корпуса.

Кроме того, осевая скорость жидкости на входе в газосепаратор меньше средней. Поэтому частицы абразива здесь накапливаются, а их концентрация становится существенно выше средней. При этом наблюдается парадоксальное явление: корпус изнашивается еще до входа нефти внутрь устройства.

Для решения этой проблемы политехники сделали проточный канал в форме сужающегося конуса на входе в газосепаратор. Втекающий поток создает силы, противоположные центробежным. Они уменьшают нежелательное отделение абразивных частиц.

Ученые также изменили форму входных кромок лопастей рабочего колеса, чтобы уменьшить силу их взаимодействия с элементами породы. Теперь газ от жидкости отделяется в вихревой камере. Она расположена ниже по течению жидкости, после рабочего колеса.

«Мы оптимизировали газосепаратор с помощью математического моделирования, – объясняет профессор кафедры горной электромеханики ПНИПУ Сергей ПЕЩЕРЕНКО. - Меняли геометрические размеры входного блока устройства и вычисляли его гидроабразивный износ. Для проверки расчетов провели стендовые испытания лучшей конструкции в условиях, близких к пластовым. Скорость износа уменьшилась примерно в 3-5 раз по сравнению с серийной конструкцией».

Это повысит эффективность добычи нефти из высокодебитных скважин, осложненных выносом газа и разрушающих частиц. Сократятся затраты на ремонт и замену оборудования. Сейчас заканчивается разработка конструкторской документации для серийного производства новых устройств.