Experimental study and empirical modeling of the performance of eletric submersible pumps (ESPs) operating with viscous fluids
| Autor: | Kindermann, Ellen, 1994 |
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| Přispěvatelé: | Bannwart, Antonio Carlos, 1955, Monte Verde, William, 1987, Estevam, Valdir, Foresti, Bernardo Pereira, 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: | 2022 |
| Předmět: | |
| Zdroj: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) instacron:UNICAMP |
| Popis: | Orientadores: Antonio Carlos Bannwart, William Monte Verde Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica e Instituto de Geociências Resumo: O bombeio centrífugo submerso (BCS) é o método de elevação artificial com maior volume de produção no mundo, sendo um dos únicos métodos viáveis para desenvolver alguns campos marítimos de óleo pesado. Na operação com fluidos de alta viscosidade, a bomba sofre uma degradação de seu desempenho impactando a elevação fornecida, vazão e eficiência em relação à sua operação com água. A degradação do desempenho da BCS em função da viscosidade deve ser prevista durante o projeto do sistema de bombeamento para que seja possível contornar a degradação e operar na vazão desejada de projeto. Adicionalmente, a garantia de uma operação eficiente e confiável do BCS tem implicações econômicas importantes devido aos altos custos envolvidos em falhas. Dessa forma, se torna evidente a necessidade de metodologias adequadas para corrigir o desempenho da bomba. No entanto, ainda não há um método universalmente válido para prever o desempenho de BCSs na operação com fluido viscoso. A principal limitação observada na literatura é a falta de dados experimentais de desempenho de BCSs operando com escoamento viscoso, uma vez que a grande maioria dos trabalhos são baseados em bombas centrifugas convencionais. A primeira parte desse trabalho visa à obtenção um grande banco de dados experimental composto por seis modelos de BCSs operando com escoamento monofásico viscoso. Os testes experimentais foram realizados com glicerina e solução de água em glicerina em diferentes velocidades de rotação e 11 viscosidades diferentes, variando de 24 a 1273 cP. A segunda parte consistiu em utilizar esse banco de dados experimental para avaliar os principais modelos empíricos disponíveis na literatura que estimam o desempenho de bombas centrífugas sob escoamento viscoso. Os resultados mostraram desvios consideráveis. Esses modelos foram modificados com base nos dados obtidos experimentalmente, fornecendo melhorias significativas em suas precisões. Finalmente, a terceira parte do presente trabalho, é fornecer um novo modelo empírico dedicado a prever o desempenho de BCSs operando com fluido viscoso. Este novo modelo foi baseado no grande conjunto de dados experimentais de BCSs obtido, um grande diferencial dos modelos disponíveis na literatura. O modelo proposto foi validado para diferentes BCSs e forneceu bons resultados, permitindo sua implementação em ferramentas de seleção de BCSs, ou mesmo em softwares 1D utilizados para simular o sistema de produção Abstract: Among the different artificial lift technologies, the Electric Submersible Pumps (ESP) system is the fastest growing and largest revenue segment. The heavy oil production in deepwater is a typical application that highlights ESP from other methods. When ESP handles high viscosity fluids as oil, the pump suffers a performance degradation that impairs head, flow rate, and efficiency regarding to the usual design operation with water. The degradation of ESP performance as a function of viscosity must be anticipated during the pumping system design so that it is possible to overcome the degradation and operate at the desired design flow rate. In addition, the assurance of efficient and reliable operation of ESPs has important economic implications due to the high costs involved in failures. Thus, the need for proper methodologies to estimate pump performance becomes evident. However, there is still no universally valid method for predicting ESP performance under viscous flow. The main limitation observed in the literature is the lack of experimental data on the ESPs performance operating with high viscosity fluids, since most works are based on volute centrifugal pumps. Therefore, the first part of this work aims to obtain a large experimental database of six ESPs models pumping viscous fluids. The experimental tests used double-distilled glycerin and a water in glycerin solution at different rotational speeds and 11 different viscosities, ranging from 24 to 1273 cP. The second part consists of using this experimental database to evaluate the main empirical models available in the literature that estimate centrifugal pump performance under viscous flow. The results showed considerable deviations. These models were modified using the experimental data obtained, providing significant improvements in their accuracy. Finally, the third part of the present work, is to provide a new empirical model dedicated to predicting the ESP performance operating with viscous fluid. This new model was essentially based on the large set of ESP experimental data, since there is no such thing available in the literature. The proposed model was validated for ESPs that are not part of the original database and provided good results, allowing its implementation in ESP selection tools, or even in 1D software used to simulate the production system Mestrado Explotação Mestra em Ciências e Engenharia de Petróleo CNPQ 134590/2018-0 |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
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