Файл: 1. Эксплуатация скважин центробежными погружными насосами 4.docx

Глубина подвески насоса и условия работы ЭЦЭН как на приеме, так и на его выкиде довольно просто определяется с помощью кривых распределения давления вдоль ствола скважины и НКТ. Предполагается, что методы построения кривых распределения давления Р(х) уже известны из общей теории движения газожидкостных смесей в НКТ.

Если дебит задан, то из формулы (или по индикаторной линии) определяется забойное давление Р_с, соответствующее этому дебиту. От точки Р = Р_с строится график распределения давления (по шагам) Р(х) по схеме «снизу вверх». Кривая Р(х) строится для заданного дебита Q, газового фактора Г_о и прочих данных, таких как плотность жидкости, газа, растворимость газа, температура, вязкость жидкости и др., учитывая при этом, что от забоя газожидкостная смесь движется по всему сечению обсадной колонны.


Рисунок 12. Определение глубины подвески ПЦЭН и условий его работы с помощью построения кривых распределения давления: 1 - Р(х) - построенная от точки Рс; 2 - р(х) - кривая распределения газосодержания; 3 - Р(х), построенная от точки Ру; ΔР - перепад давлений, развиваемый ПЦЭН
На рисунке 12 показана линия распределения давления Р(х) (линия 7), построенная снизу вверх от точки с координатами Р_с, Н.

В процессе вычисления по шагам значений Р и х в качестве промежуточной величины для каждого шага получаются значения расходной газонасыщенности р. По этим данным, начиная с забоя, можно построить новую кривую р(х) (рисунок 12, кривая 2). При забойном давлении, превышающем давление насыщения Р_с > Р_нас, линия β(х) будет иметь своим началом точку, лежащую на оси ординат выше забоя, т. е. на той глубине, где давление в стволе скважины будет равно или меньше Р_нас.

При Р_с < Р_нас свободный газ будет присутствовать на забое и поэтому функция β(х) при х = Н уже будет иметь некоторое положительное значение. Абсцисса точки А будет соответствовать начальной газонасыщенности β на забое (х = Н).

При уменьшении х β будет возрастать в результате уменьшения давления.

Построение кривой Р(х) должно быть продолжено до пересечения этой линии 1 с осью ординат (точка б).

Выполнив описанные построения, т. е. построив линии 1 и 2 от забоя скважины, приступают к построению кривой распределения давления Р(х) в НКТ от устья скважины, начиная от точки х = 0 Р = Р_у, по схеме «сверху вниз» по шагам по любой методике и в частности по методике, описанной в общей теории движения газожидкостных смесей в трубах (глава 7) Вычисление производится для заданного дебита Q, того же газового фактора Г

---

_о и других данных, необходимых для расчета.

Однако в этом случае кривая Р(х) рассчитывается для движения ГЖС по НКТ, а не по обсадной колонне, как и предыдущем случае.

На рисунке 12 функция Р(х) для НКТ, построенная сверху вниз, показана линией 3. Линия 3 должна быть продолжена вниз либо до забоя, либо до таких значений х, при которых газонасыщенность β становится достаточно малой (4 - 5%) или даже равной нулю.

Поле, лежащее между линиями 1 и 3 и ограниченное горизонтальными линиями I - I и II - II, определяет область возможных условий работы ПЦЭН и глубины его подвески. Расстояние по горизонтали между линиями 1 и 3 в определенное масштабе определяет перепад давлений ΔР, который должен сообщить потоку насос, чтобы скважина работала с заданным дебитом Q, забойным давлением Р_с и устьевым давлением Р_у.

Кривые на рисунке 12 могут быть дополнены кривыми распределения температур t(x) от забоя до глубины подвески насоса и от устья также до насоса с учетом скачка температуры (расстояние в - е) на глубине подвески ПЦЭН, происходящего от тепловой энергии, выделяемой двигателем и насосом. Этот температурный скачок можно определить, приравнивая потери механической энергии в насосе и электродвигателе к приращению тепловой энергии потока. Полагая, что переход механической энергии в тепловую совершается без потерь в окружающую среду, можно определить приращение температуры жидкости в насосном агрегате.
(14)
Здесь с - удельная массовая теплоемкость жидкости, Дж/кг-°С; η_н и η_д - к. п .д. насоса и двигателя соответственно. Тогда температура жидкости, покидающей насос, будет равна
t = t_пр + ΔР (15)
где t_пр - температура жидкости на приеме насоса.

При отклонении режима работы ПЦЭН от оптимального к. п. д. будет уменьшаться и нагрев жидкости будет увеличиваться.

Для того чтобы выбрать типоразмер ПЦЭН, необходимо знать дебит и напор.

При построении кривых Р(х) (рисунок ) дебит должен быть задан. Перепад давлений на выкиде и приеме насоса при любой глубине его спуска определяется как расстояние по горизонтали от линии 1 до линии 3. Этот перепад давлений необходимо перевести в напор, зная среднюю плотность жидкости ρ в насосе. Тогда напор будет

---

(16)
Плотность жидкости ρ при обводненной продукции скважины определяется как средневзвешенная с учетом плотностей нефти и воды при термодинамических условиях насоса.

По данным испытаний ПЦЭН при работе на газированной жидкости установлено, что при газосодержании на приеме насоса 0 < β_пр < 5 - 7% напорная характеристика практически не изменяется. При β_пр > 5 - 7 % напорные характеристики ухудшаются и в расчетный напор необходимо вносить поправки. При β_пр , доходящих до 25 - 30%, происходит срыв подачи насоса. Вспомогательная кривая Р(х) (рисунок 12, линия 2) позволяет сразу определять газосодержание на приеме насоса при различной глубине его спуска.

Определенные по графикам подача и необходимый напор должны соответствовать выбранному типоразмеру ПЦЭН при работе его на оптимальном или рекомендованных режимах.

---

3. Подбор погружного центробежного насоса

Подобрать погружной центробежный насос для форсированного отбора жидкости.

Глубина скважины Н_скв = 450 м.

Статический уровень считается от устья h^s = 195 м.

Допустимый период давления ΔР = 15 атм.

Коэффициент продуктивности К = 80 м²/сут атм.

Жидкость состоит из воды с 27 % нефти γ_ж = 1.

Показатель степени в уравнение притока жидкости n = 1.

Диаметр обводной колонны 300 мм.

Свободного газа в откачиваемой скважине нет, так как он отбирается из межтрубного пространства вакуумом.

Решение:

Определим расстояние от устья скважины до динамического уровня. Перепад давления, выраженный в метрах столба жидкости

ΔР = 15 атм = 15 х 10 = 150 м.

Расстояние динамического уровня:
h^α = h^s + ΔР = 195 + 150 = 345 м (17)
Найдём требующуюся производительность насоса из давления притока:
Q = КΔР = 80 х 15 – 1200 м³/сут (18)
Для лучшей работы насоса будем эксплуатировать его с некоторым периодом подбора насоса на 20 м под динамический уровень жидкости.

Ввиду значительного дебита принимаем диаметр подъёмных труб и выкидной линии равным 100 мм (4'').

Напор насоса в рабочей области характеристики должен обеспечить следующее условие:
Н_Н ≥ Н_О + h_T + h'_Т (19)
где: Н_Н – требующийся напор насоса в м;

Н_О – расстояние от устья скважины до динамического уровня, т.е. высота подъёма жидкости в м;

h_T - потери напора на трение в насосных трубах, в м;

h'_Т – напор, требуемый на преодоление сопротивлений в выкидной линии на поверхности, в м.

Вывод диаметра трубопровода считается правильным, если напора по всей его длине от насоса до приёмного резервуара не превышает 6-8 % от общего напора. Общая длина трубопровода
L = H₀+1=345 + 55 = 400 м (20)
Потерю напора для трубопровода рассчитывается по формуле:
h_T + h'_Т = λ /d v²/2g (21)
где: λ ≈ 0,035 – коэффициент сопротивления

g = 9,81 м/сек - ускорение силы тяжести

V = Q/F = 1200 х 4/86400 х 3,14 х 0,105² = 1,61 м/сек скорость движения жидкости

F = π/4 х d² = 3,14/4 х 0,105² – площадь сечения 100 мм трубы.

Отсюда:
h_T + h'_Т = 0,035 х 400/0,105 х 1,61/2 х 9,8 = 17,6 м. (22)
Потребный напор насоса

---

Н_Н = Н_О + h_T + h'_Т = 345 + 17,6 = 363 м (23)
Проверим правильность выбора 100 мм (4'') труб.
h_T + h'_Т/ Н_Н х 100 = 17,6 х 100/363 = 48 % < 6 % (24)
Условие относительно диаметра трубопровода соблюдается, следовательно, 100 мм трубы выбраны правильно.

По напору и производительности подбираем подходящий насос. Наиболее удовлетворяющим является агрегат под маркой 18-К-10, что означает: насос состоит из 18 ступеней, мотор его имеет мощность 10х20 = 200 л.с. = 135,4 кВт.

При питании током (60 периодов в секунду) ротор мотора на стенде даёт n₁ = 3600 об/мин и насос развивает производительность до Q = 1420 м³/сут.

Пересчитываем параметры выбранного агрегата 18-К-10 на нестандартную частоту переменного тока – 50 периодов в минуту: n = 3600 х 50/60 = 300 об/мин.

Для центробежных насосов производительности относятся как числа оборотов Q = n/n₁, Q = 3000/3600 х 1420 = 1183 м³/сут.

Далее выбираем номера агрегата 18-К-10, обеспечивающий напор Н = 427 м.

Так как напоры относятся как квадраты чисел оборотов, то при n = 3000 об/мин насос обеспечит напор.
Н'_Н = n²/n₁ х 427 = 3000/3600 х 427 = 297 м (25)
Чтобы получить требуемый номер Н_Н = 363 м, надо увеличить число ступеней насоса.

Напор, развиваемый одной ступенью насоса равен n = 297/18 = 16,5 м. Чтобы иметь напор Н_Н = 363 м, требуется ступеней х = 363/16,5 = 22 ступеней. С небольшим запасом возьмём 23 ступеней, тогда марка нашего насоса будет 23-К-10.

Напор приспособления насосов к индивидуальным условиям в каждой скважине рекомендуется инструкцией.

Рабочая мочка с производительностью 1200 м³/сутки находится на пересечении наружной кривой и кривой характеристики трубопровода. Продолжив перпендикуляр вверх, найдём значение КПД агрегата η = 0,44 : cosφ = 0,83 электромотора. По этим значениям проверим мощность, потребляемую электродвигателем агрегата из сети переменного тока N = Q НН х 1000/86400 х 102 η х cosφ = 1200 х 363 х 1000/86400 х 102 х 0,44 х 0,83 = 135,4 кВт. Иначе говоря, электродвигатель агрегата будет мощностью загружен.

4. Охрана труда

На предприятиях составляется и утверждается главным инженером график проведения проверки герметичности фланцевых соединений, арматуры и других источников возможных выделений сероводорода.

Для перекачки сероводородсодержащих сред должны использоваться насосы с двойным торцовым уплотнением или с электромагнитными муфтами.

Сточные воды установок подготовки нефти, газа и газоконденсата должны подвергаться очистке, а при содержании сероводорода и других вредных веществ выше ПДК – нейтрализации.

---