Electrical Submersible Pumps Manual: Design, Operations, and Maintenance (Gulf Equipment Guides)

Cover Page
......Page 1
Copyright Page......Page 2
Preface......Page 3
Artificial Lifting......Page 5
Pumping......Page 6
Comparison of Lift Methods......Page 8
Short History of ESP Applications......Page 9
Applications......Page 10
Advantages, Limitations......Page 11
References......Page 12
Introduction......Page 13
The Productivity Index Concept......Page 14
Introduction......Page 16
Vogel's IPR Correlation......Page 17
Solution......Page 18
The Composite IPR Curve......Page 19
Solution......Page 23
Tubing Flow Calculations......Page 25
Solution......Page 26
Operational Basics of Centrifugal Pumps......Page 27
Specific Speed......Page 30
Pump Performance......Page 31
Cavitation......Page 34
Axial Thrust Forces......Page 35
Affinity Laws......Page 38
Alternating Current......Page 40
AC Circuits, AC Power......Page 41
Transformers......Page 44
Induction Motors......Page 45
Solution......Page 47
Introduction......Page 48
The Production System......Page 49
Basic Principles......Page 51
References......Page 52
ESP Components and their Operational Features......Page 54
Introduction......Page 55
Basic Features......Page 56
Solution......Page 59
Pump Performance Curves......Page 60
Floating versus Fixed Impeller Pumps......Page 64
Pump Temperature......Page 65
Motor Construction......Page 67
Operational Features......Page 71
Motor Performance......Page 73
Motor Testing......Page 74
Performance Curves......Page 75
Startup Conditions......Page 77
Motor Temperature......Page 79
Heat Transfer Calculations......Page 80
Solution......Page 85
Allowed Motor Temperature......Page 86
Main Functions......Page 87
Basic Operation......Page 89
The Thrust Bearing......Page 91
Labyrinth-type Chambers......Page 94
Blocking Fluids......Page 96
Bag-type Chambers......Page 98
Shaft Seals......Page 99
Other Features......Page 100
The Gas Separator......Page 102
The ESP Cable......Page 104
Insulator Materials......Page 105
Jackets......Page 106
Cable Construction......Page 107
Operational Features......Page 109
Solution......Page 112
Miscellaneous Downhole Equipment......Page 113
Wellhead......Page 116
Junction Box......Page 117
Switchboard......Page 119
References......Page 120
Introduction......Page 122
Introduction......Page 123
The Hydraulic Institute Model......Page 124
Solution......Page 127
Other Models......Page 128
Solution......Page 130
Introduction......Page 131
Free Gas Volume Calculations......Page 133
Solution......Page 137
Gas Interference in Centrifugal Pumps......Page 139
Performance Criteria......Page 141
Solution......Page 142
Pump Set below the Perforations......Page 143
Use of Motor Shrouds......Page 144
Available Types......Page 148
Separation Efficiencies......Page 151
Tapered Pumps......Page 154
Stage Recirculation......Page 155
Gas Handlers......Page 156
Conclusions......Page 157
Introduction......Page 158
Characteristics of Abrasive Materials......Page 159
Pump Erosion......Page 161
Abrasion in Thrust Washers......Page 162
Solutions......Page 163
Reduction of Radial Wear......Page 164
Conclusions......Page 167
High Well Temperatures......Page 169
Introduction......Page 170
Variable Speed Drives......Page 173
The Rectifier......Page 174
The Inverter......Page 175
Pulsed Width Modulation......Page 176
Sine Wave Generators......Page 178
Operational Characteristics......Page 179
Variable Frequency Generators......Page 180
Interaction of VSD/VFG and ESP Units......Page 181
Solution......Page 184
Benefits of Using VSD/VFG Units......Page 186
References......Page 187
Introduction......Page 190
Data Requirements......Page 191
Well Inflow Calculations......Page 192
TDH Calculations......Page 194
Pump Series......Page 196
Number of Stages......Page 197
Checking the Pump's Mechanical Strength......Page 198
Selection of the Protector......Page 199
Motor Selection......Page 201
Cable Size......Page 203
Switchboard and Transformer Selection......Page 206
Downhole Equipment......Page 207
Fluid properties......Page 208
Well inflow calculations......Page 209
Selection of the pump......Page 211
Motor selection......Page 212
Selection of the power cable......Page 213
Interaction of the ESP Motor and the Pump......Page 214
Finding Actual Motor Speed......Page 217
Finding Pump Head including Motor Slip......Page 218
Finding the actual motor speed......Page 219
Gassy Well Design......Page 221
Inflow and Free Gas Calculations......Page 222
Calculation of Total Dynamic Head......Page 224
Solution......Page 385
Power supply data......Page 226
Well inflow calculations......Page 227
Natural gas separation calculations......Page 228
Rotary gas separation......Page 229
Selection of the pump......Page 230
Motor selection......Page 231
Selection of the power cable......Page 232
Design of a VSD Installation......Page 233
Pump Selection for VSD Service......Page 234
Driving Frequency and the Number of Stages......Page 235
Motor Selection......Page 236
Switchboard and Transformers......Page 237
Power supply data......Page 238
Well inflow calculations for the minimum rate......Page 239
Well inflow calculations for the maximum rate......Page 240
Natural gas separation calculations for the maximum rate......Page 242
Rotary gas separation for the minimum rate......Page 243
TDH calculations for the minimum rate......Page 244
Selection of the pump for the maximum rate......Page 245
Selection of the protector......Page 246
Motor selection......Page 247
Selection of the power cable......Page 248
Switchboard and transformer selection......Page 249
References......Page 250
Analysis and Optimization......Page 251
Nodal Analysis......Page 252
Single-phase Cases......Page 254
Constant Pumping Speed......Page 256
Solution......Page 257
Variable Pumping Speeds......Page 259
Solution......Page 260
Solution......Page 261
Calculation Model......Page 263
Applications......Page 266
Solution......Page 268
Single-phase Cases......Page 273
Solution......Page 275
Multiphase Cases......Page 278
The Conventional Method......Page 280
Use of VSD Drives......Page 283
Introduction......Page 286
Static Conditions......Page 287
Flowing Conditions......Page 288
Solution......Page 292
Power Flow in the ESP System......Page 293
Solution......Page 296
Tubing Losses......Page 297
Pump Losses......Page 298
Motor Losses......Page 299
Surface Electrical Losses......Page 300
Solution......Page 301
Introduction......Page 303
Basics of Economic Optimization......Page 304
Solution......Page 307
References......Page 308
Introduction......Page 310
Monitoring of ESP Operations......Page 311
Acoustic Surveys......Page 313
Instruments and Communications......Page 315
Measured Parameters and their Use......Page 316
System Failures......Page 317
Well Conditions......Page 318
Electrical Problems......Page 319
Vibrations in the ESP System......Page 320
Shafts......Page 321
ESP Motor......Page 322
Rotary Gas Separator......Page 323
Solution......Page 381
Interpretation of Ammeter Charts......Page 324
Discussion......Page 325
Remedies......Page 326
Remedies......Page 327
Remedies......Page 328
Remedies......Page 329
Remedies......Page 330
Remedies......Page 331
Remedies......Page 332
Remedies......Page 333
Remedies......Page 334
Remedies......Page 335
Remedies......Page 336
Remedies......Page 337
Remedies......Page 338
Novel Techniques......Page 339
References......Page 342
Tubing Deployed Installations......Page 343
Parallel-connected Installations......Page 344
Series-connected Installations......Page 345
Production Commingling......Page 347
Selective Production......Page 349
Cable Suspended Units......Page 350
Coiled Tubing Installations......Page 351
Inverted ESP Units......Page 353
Conclusions......Page 354
References......Page 355
Example Problem......Page 356
Solution......Page 372
Description......Page 358
Description......Page 361
Description......Page 366
Instructions......Page 374
Solution......Page 375
Solution......Page 376
Solution......Page 377
Solution......Page 379
Solution......Page 382
Solution......Page 384
Instructions......Page 391
Solution......Page 392
Solution......Page 393
Instructions......Page 400
Solution......Page 401
Instructions......Page 402
Calculations......Page 403
Instructions......Page 405
Solution......Page 406
Instructions......Page 408
Solution......Page 409
Instructions......Page 411
C......Page 412
D......Page 413
I......Page 414
M......Page 415
P......Page 416
S......Page 417
T......Page 418
W......Page 419
Z......Page 420