Document

Rotordynamic analysis of electric submersible pumps

Publisher
Sultan Qaboos University
Gregorian
2005
Language
English
English abstract
Electrical submersible pumps (ESPs) are used in oil production as effective means of artificial lift. The design of ESP components is very special because of its long and slender shape and the stringent operational requirement within the oil well borehole. The requirement of high power ESPs for high capacity wells is pushing the design process even further requiring careful consideration of all major components like the electric motor, the seal, the gas separator and the pump. A rotordynamic model for an entire electric submersible pump (ESP) typically used in an oil well consisting of the motor, the seal, the intake and the pump sections has been developed using finite element method (FEM) taking into consideration the lateral and torsional dynamics. The stiffness and damping coefficients of the bearings and seals have been estimated based on the dimensions and the operating conditions. The model has been used to study the existing configuration of the ESP and to validate its dynamic behavior under the current operating conditions. The model is next used to simulate the ESP rotor-dynamic behavior under various speeds within the operating range. Critical speed maps, stability analysis, unbalance responses and transients of the system are investigated for evaluating the suitability of the ESP for the intended operation. The effects of different design parameters on the system performance are also examined. The study helps in identifying the operation envelope of the ESP.
Arabic abstract
بمجرد أن تكتمل بئر النفط يتولى مسؤوليتها مهندسو الإنتاج، ويتم ربط البئر بالبنية الأساسية ثم يتدفق النفط إما عن طريق اندفاعه الذاتي أو بدفعه بالغاز أو الماء. وفي بعض الأحيان تحقن البئر بالغاز لتخفيف وزن عمود النفط كما يمكن حقن الماء داخل الصخور الحاملة للنفط من اجل دفع النفط إلى داخل البئر المنتجة.
وفي حالة عدم فعالية الرفع بواسطة الغاز أو بواسطة الغمر بالماء يكون البديل هو ضخ النفط من باطن الأرض . ومن أنواع المضخات التي اكتسبت شهرة في الآونة الأخيرة ما يطلق عليه المضخة الكهربائية الانغمارية يتم تركيبها داخل البئر مما يعني أن كل ما تراه على السطح لا يتعدي رأس بتر صغير و ربما عمودا يحمل جهازا يعمل بالطاقة الشمسية يرصد ما يجري داخل البئر و يبث البيانات إلى غرفة التحكم المركزية. وهذا النوع من التقنية اثبت فعالية كبيرة. ويمكن بالمراقبة الدقيقة لكل ما يحدث في كل بئر أن تتخذ الإجراءات الفورية لضمان كفاءة جميع الآبار. إن تصميم مكونات المضخة الكهربائية الانغمارية خاصة جدا بسبب الشكل الطويل والمحدود ومتطلب العمل الصارم ض من حفرة بئر النفط. كذلك فإن الحاجة إلى مضخة كهربائية إنغمارية ذات مستوى عال لأبار القدرة العالية تدفع عملية التصميم حتى تتطلب اعتبار حذر أكثر لجميع المكونات الرئيسية لهذه المضخة مثل المحرك الكهربائي، الختم، فاصلة الغاز والمضخة. لهذا وبناء على المعطيات و المعلومات الهندسية المتوفرة فقد صمم نموذج ديناميكي محوري لمضخة كهربائية إنغمارية، تستعمل بطريقة نموذجية في بئر نفط، يشتمل على جميع مكونات المضخة الكهربائية الانغمارية مثل المحرك، الختم، الساحب وأقسام المضخة باستعمال طريقة العنصر المحدودة (FEM) باخذ بنظر الاعتبار ديناميكا الفرع (Lateral) و الي (Torsional) . التصلب (Stiffness) والتثبيط ( Damping) لمعاملات الصلات (Bearings) خمنتا مستندة على الأبعاد وحالة التشغيل.
وقد استخدم النموذج المحاكاة الأوضاع الديناميكية تحت ظروف التشغيل الحالية و تحت ظروف عمل مختلفة وفي مجال السرعة المختلفة ضمن مدى التشغيل. كما أستخدم هذا النموذج لدراسة تأثير خواص الأنظمة الملحقة بالمحاور على سلوك الديناميكي العام للمضخة الكهربائية الانغمارية. بالإضافة إلى ذلك فان هذه الدراسة تساعد على تمييز ظرف عمل المضخة الكهربائية الانغمارية.
Category
Theses and Dissertations

Same Subject

Theses and Dissertations
0
0
Al-Hasani, Majid Ahmed Said.
Sultan Qaboos University
2007
Theses and Dissertations
0
0
Al-Shereiqi, Yahya Said Salim.
Sultan Qaboos University
2013
Theses and Dissertations
0
0
Al-Abduwaniyah, Widad Maqbool.
Sultan Qaboos University
2012
Theses and Dissertations
0
0
Al-Farsi, .Saif Hamed
Sultan Qaboos University
2008
Theses and Dissertations
0
0
Shuwa, Suleiman Mohammed.
Sultan Qaboos University
2015