Experimental study of electrical submersible pump ESP operating with ultraviscous oil

Autor: Cristhian Porcel Estrada
Přispěvatelé: Bannwart, Antonio Carlos, 1955, Biazussi, Jorge Luiz, 1984, Morales, Rigoberto Eleazar Melgarejo, Estevam, Valdir, Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Mecânica, Universidade Estadual de Campinas. Instituto de Geociências, Programa de Pós-Graduação em Ciências e Engenharia de Petróleo, UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2019
Předmět:
Zdroj: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
instacron:UNICAMP
ISSN: 0041-2015
Popis: Orientadores: Antonio Carlos Bannwart, Jorge Luiz Biazussi Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: O Bombeio Centrífugo Submerso é um método de elevação artificial eficiente e confiável, que tem ampla aplicação em produção de poços petrolíferos com altas vazões de líquido, por conta de sua flexibilidade na sua instalação e operação. Sem embargo, o uso deste sistema de elevação artificial continua a se expandir em ambientes mais agressivos. Esses ambientes adversos incluem presença de gás livre na entrada da bomba e produção de líquidos ultraviscosos. Esta dissertação apresenta a pesquisa experimental do desempenho de uma Bomba Centrífuga Submersa de 10 estágios com geometria mista, utilizada normalmente na indústria de petróleo, quando opera com escoamento monofásico e bifásico de petróleo ultraviscoso. Para atingir esta meta, foi construído um circuito de testes, que permitiu testar a BCS HC 20000L com: Petróleo cru viscoso e gás nitrogênio como fluidos de trabalho, rotações entre 1200 a 3500 rpm, vazões entre zero e 210 m³/h e viscosidades de 8 cP até 1000 cP. Os resultados monofásicos foram representados graficamente no formato de curvas de desempenho refletindo o ganho de pressão e a potência de eixo para diferentes vazões de líquido. Os resultados bifásicos foram representados em formato de curvas de surging, que basicamente mostram o ganho de pressão à vazão de líquido constante para diferentes vazões de gás injetado. Neste trabalho, também é realizada uma análise comparativa dos resultados experimentais de desempenho monofásico viscoso da bomba, com os principais métodos de correção disponíveis na literatura. Os parâmetros de desempenho da BCS foram calculados com um modelo unidimensional baseado na análise de perdas existente na literatura, e posteriormente foi proposta uma metodologia para calcular o aquecimento do fluido através dos estágios da bomba. Em relação aos resultados experimentais bifásico viscoso, também foi realizada uma análise comparativa entre: a fração volumétrica de gás experimental (em condição de surging), a calculada por modelos existentes na literatura e a calculada pelos mesmos modelos modificados em função de ajustes nas correlações com os dados experimentais deste trabalho. Afinal, é proposta a modificação de uma abordagem disponível na literatura, para cálculo de fração de gás em condição de surging, que permite calcular este efeito para fluidos viscosos Abstract: The Electrical Submersible Pump is an efficient and reliable artificial lift method that has wide application in the production of oil wells with high liquid flow rates, due to the flexibility in its installation and operation. However, the use of this artificial lift system continues to expand in harsh environments. These adverse environments include the presence of free gas at the pump inlet and the production of ultra-viscous liquids. This dissertation presents the experimental research of the performance of a 10 stage Electrical Submersible Pump with mixed geometry, normally used in the petroleum industry, when it operates with single phase and two-phase flow of ultra-viscous petroleum. To achieve this goal, a test circuit was built to test the BCS HC 20000L with: Viscous crude oil and nitrogen gas as working fluids, rotations between 1200 and 3500 rpm, rates between zero and 210 m³ / h and viscosities of 8 cP to 1000 cP. The single-phase results were plotted in the configuration of performance curves reflecting the pressure gain and the shaft power for different liquid rates. The two-phase results were represented in the form of surging curves, which basically show the pressure gain at the constant liquid flow rate for different injected gas flows. In this work, a comparative analysis of the experimental results of single-phase viscous performance of the pump with the main correction methods available in the literature, is also performed. The performance parameters of the BCS were calculated using a one-dimensional model based on the analysis of losses in the literature, and later a methodology was proposed to calculate the heating of the fluid through the stages of the pump. In relation to the two-phase viscous experimental results, a comparative analysis was also carried out between: the volumetric fraction of experimental gas (under surging condition), calculated by models in the literature and calculated by the same modified models as a function of adjustments in the correlations with the experimental data of this work. Afterwards, it is proposed to modify an approach available in the literature to calculate gas fraction in surging condition, which allows to calculate this effect for viscous fluids Mestrado Explotação Mestre em Ciências e Engenharia de Petróleo Funcamp 01P20041-2015
Databáze: OpenAIRE
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