مناقشة رسالة ماجستير

جرى في كليتنا / قسم الهندسة الميكانيكية مناقشة طالب الدراسات العليا / ماجستير (وسام ناظم عبد) الموسومة..

(دراسة عددية لتأثير خصائص المائع على أداء المضخة الغاطسة الكهربائية المستخدمة في آبار النفط).

والمختصة بالهندسة الميكانيكية..

حيث تبين الدراسة ان المضخة الغاطسة الكهربائية (ESP)هي مضخة طرد مركزي متعددة المراحل تستخدم في صناعة البترول، نظرا للكفاءة العالية والقدرة على التكيف يتم استخدام المضخة الغاطسة على نطاق واسع في ابار النفط البرية، ويمكن ان يؤدي ضخ السوائل اللزجة الى تدهور اداء المضخة الغاطسة، حيث تخضع عمليات المرسب الكهرو ستاتيكي في ابار النفط لتدهور الاداء بسبب تأثير لزوجة النفط ،حيث استخدم في هذا العمل طريقة ال CFD لدراسة سلوكيات التدفق داخل ESP وتم اعتماد البرنامج التجاري Ansys CFX لمحاكاة مجال التدفق داخل ESP وتم تصميم مرحله واحده من مضخةGN7000  والتحقيق فيها، واجريت الدراسة العددية لمحاكاة التدفق الطور الاحادي في مرحلة واحدة لمعرفة اداء المضخة ،وتم اجراء الاختبار على سائلين بلزوجة وكثافة مختلفين وفي ظل ظروف تشغيل مختلفة ، حيث تم في هذه الدراسة استخدام لزوجة الماء 1cp والنفط 24.98cp والمأخوذة خصائصه من احد ابار شركة نفط ذي قار واجري الاختبار على المائعين كلا على حده ، وكذلك لمعرفة تأثير السرعة على الاداء تم استخدام سرعات دورانية مختلفة (3500-3000-2500 )دوره في الدقيقة. تم التحقق من صحة نموذج المضخة المستخدم في هذه الدراسة من خلال مطابقة منحنيات فرق الضغط للماء بين النتائج العددية للبحث المدروس مع نتائج مأخوذة من بحث Stel et al، عند لزوجة الماء وسرعات الدوران المتاحة لنفس المرساب الكهرو ستاتيكي للنموذج المستخدم في هذه الدراسة حيث وجد توافقا جيدا. تم تقييم تدهور الاداء من خلال تحليل تأثير اللزوجة على الراس ومعدل التدفق وتحليل الكفاءة بالإضافة الى تحليل مجال التدفق، تم تنفيذ سلوك التدفق عندما تعمل المضخة بدرجات لزوجة مختلفة وكذلك سرع دورانية مختلفة ومعرفة اداء المضخة وكذلك تم اجراء تحليل بدون ابعاد، اثبت ال CFD انه مفيد لاستكشاف هذا النوع من الميزات وهي مهمة الانجاز عن طريق الاساليب التجريبية ليس بالأمر الهين، مثل هذا التحليل يساعد على الفهم نمط التدفق وتأثير رقم رينولد ونتائج هذا العمل مفيدة لأنها توفر اساسا لتقدير تدهور الاداء للسيناريوهات العامة.

ومن اهم الاستنتاجات..

في هذا العمل تمت دراسة التدفق في مرحلة مضخة طرد مركزي غاطسة (دوار وناشر) تعمل في ثلاث دورات (3500-3000-2500 دورة في الدقيقة)، معدلات تدفق مختلفة من الماء والنفط، تم اختيار ظروف التشغيل بناءً على البيانات التي تم الحصول عليها من شركة نفط ذي قار فيما يتعلق بلزوجة النفط لأحد الآبار، وكذلك على العمل التجريبي لبحث Amaral 2007))، تم اعتبار التدفق أحادي الطور وغير قابل للضغط ومتساوي الحرارة، وأجريت الدراسة على المنهج التحليلي.

• تم استخدام CFD لمحاكاة التدفق داخل مضخة كهربائية غاطسة أحادية المرحلة للتحقق من تأثير اللزوجة على مجال التدفق وعلى تدهور الأداء.

• للتحقق من صحة نموذج الأعمال، يبدو أن أدبيات CFD الخاصة بالمحاكاة الحالية لها اتفاق جيد عند مقارنتها بالبحث السابق.

• يحدث تدهور منحنيات الرأس عندما تزداد لزوجة السائل وتقل سرعة الدوران، ترتبط هذه المشكلة برقم رينولدز وبمعدلات تدفق أعلى.

• الخدمة مع الماء تظهر بأعداد رينولدز عالية جدا حيث إنها أقل تأثرا بفقدان الاحتكاك ولزوجتها أقل.

• تمت دراسة تغير الضغط في المكره والناشر بشكل منفصل. تم الكشف عن أنه عند ضخ السوائل عالية اللزوجة بمعدل تدفق مرتفع، يمكن أن يتسبب الناشر في فقد الضغط بدلاً من توفير رأس هيدروليكي موجب.

• تم اختيار ثلاث حالات مختلفة للتحقق من سلوك التدفق داخل قنوات المضخة. بالنسبة للسائل ذو اللزوجة المنخفضة في ظل ظروف التحميل الجزئي، يتم ملاحظة مناطق إعادة تدوير كبيرة تكون واضحة في قنوات الناشر. تم التحقق من أن مناطق إعادة التدوير هذه غير مستقرة وتتغير في الشكل والحجم مع دوران المكره. عندما يتم ضخ مائع عالي اللزوجة بنفس معدل تدفق التحميل الجزئي، يتم تقليل مناطق إعادة التدوير. بينما في حالة الفائض، لا توجد مناطق إعادة تدوير لكل من السوائل منخفضة اللزوجة والسوائل عالية اللزوجة، لقد ثبت أن أداء المضخة أكثر حساسية للزوجة العالية عند معدلات التدفق الأعلى من معدلات التدفق المنخفضة.

• يتم تحليل كفاءة المضخة حيث يلاحظ انخفاض الكفاءة باستخدام سائل عالي اللزوجة. علاوة على ذلك، ينخفض معدل التدفق عند أفضل نقطة كفاءة مع زيادة لزوجة المائع وبالتالي الحفاظ على عمل المضخة في أفضل نقطة كفاءة للعمل مع سائل عالي اللزوجة، تخفيض معدل التدفق، وبالتالي معدل الانتاج.