تحلیل هیدرولیکی پمپ غوطه‌ور الکتریکی درون چاهی چند مرحله‌ای (multi-stage esp) و بررسی اثرات زبری سطح بر عملکرد آن

با توجه به اهمیت افزایش ظرفیت تولید نفت، روش‌های فرازآوری مصنوعی جایگاه ویژه‌ای در صنعت نفت دارد. از بین تمامی روش‌های فرازآوری مصنوعی، پمپ‌های غوطه‌ور الکتریکی به دلیل قابلیت کارکرد در طیف وسیعی از دبی جریان و توانایی مدیریت گاز، توجه ویژه‌ای به آن در صنعت نفت می‌شود. طراحی پمپ‌های غوطه‌ور الکتریکی درون چاهی با توجه به محدودیت‌های شرایط کاری آن‌ها، نیازمند در نظر گرفتن تمهیدات ویژه‌ای می‌باشد. سیال عامل این پمپ‌ها، خورنده و چندفازی بوده و در چاهی با قطر محدود و عمق 3000 متری، ظرفیت بالایی از سیال بایستی به سطح زمین پمپاژ گردد. در این مقاله ابتدا با مرور پژوهش‌های انجام شده در زمینه تحلیل و طراحی هیدرولیکی این پمپ‌ها، فقدان بررسی و تحلیل پارامتر زبری سطح و تاثیر ردیف‌های مختلف پمپ بر یکدیگر مشخص گردید. در ادامه به منظور تحلیل و بررسی موارد مذکور با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی یک نمونه پمپ غوطه‌ور الکتریکی چند مرحله‌ای پر کاربرد در صنعت نفت (سری 2100) انتخاب و شبیه‌سازی گردید. نتایج نشان داد که با افزایش زبری سطح از ra = 8.3 μm به ra = 25 μm، هد و راندمان هیدرولیکی به ترتیب به میزان 10% و %9 کاهش پیدا می‌کند. همچنین هد تولیدی ردیف اول پمپ، حدوداً %10 بیشتر از هد سایر ردیف‌ها بوده که این پدیده به دلیل جریان کاملاً مستقیم در ورودی پروانه ردیف اول می‌باشد.

hydraulic analysis of multi-stage electrical submersible pump (multi-stage esp) and investigation of surface roughness effects on its performance

given the importance of increasing oil production capacity, artificial lift methods hold a significant position in the oil industry. among all artificial lift techniques, electrical submersible pumps (esps) receive special attention due to their ability to operate over a wide range of flow rates and efficiently manage gas. the design of esps, considering the operational constraints, requires special considerations. these pumps handle corrosive and multi-phase fluids, and they must transport a high volume of fluid to the surface from wells with limited diameters and depths of up to 3000 meters. in this paper, a review of previous studies on the hydraulic analysis and design of these pumps reveals a lack of investigation into the effect of surface roughness and the interaction between different pump stages. to analyze these factors, a commonly used multi-stage esp (series 2100) in the oil industry was selected and simulated using computational fluid dynamics (cfd). the results showed that increasing the surface roughness from ra = 8.3 ?m to ra = 25 ?m reduces the head and hydraulic efficiency by approximately 10% and 9%, respectively. additionally, the first stage of the pump generates about 10% more head than the other stages, primarily due to the fully uniform flow at the impeller inlet of the first stage.