Автор: А.Д. Касьянов , С.Л. Макаров , Л.П. Юнаков
Использование особенностей газотурбинной силовой установки при эксплуатации оборудования для гидроразрыва нефтяныхи газовых пластов в зимний период
Рассмотрены особенности характеристик газотурбинных двигателей с точки зрения использования их отработавших газов для предпускового подогрева масла и технологического оборудования машин, предназначенных для гидравлического разрыва нефтяных и газовых пластов. Приведено теоретическое обоснование и практическое решение по обеспечению подогрева масла и оборудования на машинах, оснащённых газотурбинными двигателями.
Материалы и методы
Реалии нефтесервисного рынка в России сложились таким образом, что зарубежные компании, обладая большими финансовыми возможностями и вводя в российские нефтедобывающие компании свою технику целыми флотами, обеспечили себе доминирующие рыночные позиции. Отечественные разработчики и изготовители подобной техники могут добиться паритета на рынке машиностроительной продукции, предназначенной для работы в нефтедобывающих и нефтесервисных комплексах, только опираясь на существенные технико-экономические преимущества создаваемых машин. В статье на основании теоретического анализа, проведенных расчетов обоснована возможность использования отработавших газов газотурбинного двигателя для предварительного подогрева масла и технологического оборудования в отечественном насосном агрегате комплекса для гидроразрыва газовых и нефтяных пластов (комплекса ГРП).
Итоги
Итоговой частью проводимых исследований являлась оценка способности разогреть масло в баке от температуры -40 оС до уровня, обеспечивающего пуск насоса без повреждения трущихся пар. На основании полученных данных о распределении расхода газа по каналам и оценки термического сопротивления со стороны газа и теплопроводности стенок, было проведено исследование нестационарного процесса разогрева масла в маслобаке. Для проведения расчета были сделаны упрощающие допущения, незначительно влияющие на физическое содержание задачи. Так, газовый тракт представлен как разогретое тело с постоянной температурой. На верхней перегородке бака назначено условие постоянного статического давления для имитации компенсации расширения масла. Расчетная область задачи показана на иллюстрации. В результате расчетного исследования определены поля температур масла в маслобаке в различные моменты времени. На эпюрах показаны эпюры температуры в поперечном и продольном сечении отстоящем на 0,11 м от плоскости симметрии. Представленная картина распределения температуры сформировалась за 30 минут после начала разогрева масла. Заметны области, где разогрев масла происходит медленно, что связано недостаточно интенсивным конвективным движением масла, обладающим большей вязкостью. Видны циркуляционные зоны течения, в которых масло становится подвижным и хорошо прогревается. Масло в зоне забора насоса смазки на данный момент времени достигает +60оС, и превышает нижний порог предельных значений температур, при которых допустим запуск плунжерного насоса и работа без ограничений.
Выводы
1. Газотурбинная силовая установка позволяет использовать тепловую энергию и регулировать подачу отработавших газов для подогрева масла и технологического оборудования при подготовке к работе, а при очень низких температурах и в ходе проведения технологического процесса. Такое техническое решение не требует применения дополнительной энергетической установки, предназначенной для выработки тепловой энергии используемой при подогреве оборудования или масла и промежуточного теплоносителя, размещения теплообменника для осуществления теплообмена между теплоносителем и подогреваемым оборудованием. 2. Расчетное исследование газодинамических и тепловых процессов в сочетании с трехмерным проектированием позволяет определить наиболее приемлемые с точки зрения компоновочных требований и функциональной эффективности конструктивные решения. Разработанная конструкция газового тракта обогрева маслобака и агрегатов установки удовлетворяет требованиям по аэродинамическому совершенству и обеспечивает тепловой режим работы обогреваемых агрегатов.
Вернуться к списку статей
Материалы и методы
Реалии нефтесервисного рынка в России сложились таким образом, что зарубежные компании, обладая большими финансовыми возможностями и вводя в российские нефтедобывающие компании свою технику целыми флотами, обеспечили себе доминирующие рыночные позиции. Отечественные разработчики и изготовители подобной техники могут добиться паритета на рынке машиностроительной продукции, предназначенной для работы в нефтедобывающих и нефтесервисных комплексах, только опираясь на существенные технико-экономические преимущества создаваемых машин. В статье на основании теоретического анализа, проведенных расчетов обоснована возможность использования отработавших газов газотурбинного двигателя для предварительного подогрева масла и технологического оборудования в отечественном насосном агрегате комплекса для гидроразрыва газовых и нефтяных пластов (комплекса ГРП).
Итоги
Итоговой частью проводимых исследований являлась оценка способности разогреть масло в баке от температуры -40 оС до уровня, обеспечивающего пуск насоса без повреждения трущихся пар. На основании полученных данных о распределении расхода газа по каналам и оценки термического сопротивления со стороны газа и теплопроводности стенок, было проведено исследование нестационарного процесса разогрева масла в маслобаке. Для проведения расчета были сделаны упрощающие допущения, незначительно влияющие на физическое содержание задачи. Так, газовый тракт представлен как разогретое тело с постоянной температурой. На верхней перегородке бака назначено условие постоянного статического давления для имитации компенсации расширения масла. Расчетная область задачи показана на иллюстрации. В результате расчетного исследования определены поля температур масла в маслобаке в различные моменты времени. На эпюрах показаны эпюры температуры в поперечном и продольном сечении отстоящем на 0,11 м от плоскости симметрии. Представленная картина распределения температуры сформировалась за 30 минут после начала разогрева масла. Заметны области, где разогрев масла происходит медленно, что связано недостаточно интенсивным конвективным движением масла, обладающим большей вязкостью. Видны циркуляционные зоны течения, в которых масло становится подвижным и хорошо прогревается. Масло в зоне забора насоса смазки на данный момент времени достигает +60оС, и превышает нижний порог предельных значений температур, при которых допустим запуск плунжерного насоса и работа без ограничений.
Выводы
1. Газотурбинная силовая установка позволяет использовать тепловую энергию и регулировать подачу отработавших газов для подогрева масла и технологического оборудования при подготовке к работе, а при очень низких температурах и в ходе проведения технологического процесса. Такое техническое решение не требует применения дополнительной энергетической установки, предназначенной для выработки тепловой энергии используемой при подогреве оборудования или масла и промежуточного теплоносителя, размещения теплообменника для осуществления теплообмена между теплоносителем и подогреваемым оборудованием. 2. Расчетное исследование газодинамических и тепловых процессов в сочетании с трехмерным проектированием позволяет определить наиболее приемлемые с точки зрения компоновочных требований и функциональной эффективности конструктивные решения. Разработанная конструкция газового тракта обогрева маслобака и агрегатов установки удовлетворяет требованиям по аэродинамическому совершенству и обеспечивает тепловой режим работы обогреваемых агрегатов.
