НЕФТЕМАШ
УШГН — расчёт при стойкой эмульсии
Инженерный расчёт УШГН
Стойкие эмульсии · ШГН/УШГН

Рост вязкости продукции и гидравлических сопротивлений

Сравнительный инженерный расчёт работы установки штангового глубинного насоса для базовой жидкости и стойкой нефтеводяной эмульсии: подача, гидравлические потери, нагрузка на полированный шток, вязкостное сопротивление штанг и ориентировочная мощность привода.

Почему эмульсия опасна для УШГНВысокая кажущаяся вязкость снижает Re, повышает потери давления, увеличивает сопротивление движению штанг и может ухудшить наполнение насоса.
Критический параметр μэфф при фактической температуре и сдвиге
Контроль динамограмма + уровень + давление + проба/реология
Цель оптимизации снизить μэфф и SPM, сохранив требуемую подачу

Итог сравнения

Подача при эмульсии
—
—
Потери в НКТ
—
—
Пиковая нагрузка
—
—
Расчётная мощность
—
—
Удельная энергия
—
—

Расчётные параметры

ПараметрБазовая жидкостьСтойкая эмульсияИзменение

Инженерная диагностика

Чувствительность гидропотерь к вязкости

Кривая строится при геометрии, SPM и коэффициенте подачи режима «эмульсия». В ламинарной области потери практически пропорциональны вязкости.

Какие проблемы возникают при стойкой эмульсии

1Рост гидравлических потерь

При повышении μэфф число Reynolds падает; поток в кольцевом сечении НКТ–штанга часто становится ламинарным. Для ламинарного режима коэффициент сопротивления f = 64/Re, поэтому потери резко зависят от вязкости.

2Вязкостное сопротивление штанг

Сдвиг эмульсии в зазоре между штангами и НКТ создаёт дополнительную циклическую силу. Она растёт с вязкостью и скоростью движения штанг и расширяет диапазон нагрузок.

3Ухудшение наполнения насоса

Высокая вязкость повышает потери на клапанах и замедляет приток в цилиндр. В эксплуатации это проявляется снижением коэффициента подачи, запаздыванием клапанов и изменением динамограммы.

4Рост потребной мощности

Привод должен покрывать гидравлическую работу подъёма жидкости и дополнительные вязкостные потери. Одновременно возможен рост пиковых нагрузок на полированный шток.

5Риск самоподдержания эмульсии

Интенсивный сдвиг, высокая частота качаний и локальные зоны турбулизации могут дополнительно диспергировать воду в нефти. Для конкретной нефти эффект следует подтверждать пробами и реологией.

Рекомендации по повышению эффективности

Границы применимости модели

Что учитывается: геометрия НКТ/штанг/плунжера, гидростатика, динамический уровень, средние потери в кольцевом канале, вязкостное сопротивление штанг, первая гармоника инерционной нагрузки, коэффициент подачи и КПД.
Что не заменяет модель: полноценный API 11L/волновой расчёт штанговой колонны, реальную динамограмму, многосекционную колонну штанг, девиацию/трение о НКТ, свободный газ, утечки плунжер–цилиндр, реологию неньютоновской эмульсии и локальные потери конкретных клапанов.
Практическое применение: Для окончательной настройки режима сверяйте расчёт с динамометрированием, эхометрией, фактическим дебитом и пробой эмульсии.
Источники и нормативный контекст
  1. API SC11: стандарты по sucker rods, subsurface pumps, pumping units и TR 11L — API SC11.
  2. API TR 11L описывает расчёты обычных штанговых насосных установок и отдельно предупреждает, что необычные условия могут давать отклонения от расчётной производительности — API catalog / TR 11L.
  3. Plasencia et al., Journal of Petroleum Science and Engineering: эффективная вязкость W/O‑эмульсий возрастает с обводнённостью к области инверсии, а большие потери давления могут ограничивать транспорт — статья.
  4. Dan & Gong: кажущаяся вязкость нефтеводяных эмульсий зависит не только от доли воды, но также от сдвига и свойств системы; возможна неньютоновская реология — статья.
  5. SLB, Defining Rod Pumps: эксплуатационные нагрузки передаются через polished rod; контакт штанг/муфт с НКТ и направляющие важны для износа — SLB.
Инженерный калькулятор для предварительной оценки. Не является сертифицированным проектным ПО и не заменяет требования производителя станка‑качалки, насоса, штанг и действующих нормативных документов.