Файл: Кубанский государственный технологический университет.doc

Кафедра оборудования нефтяных и газовых промысловПодбор погружного центробежного насосаМетодические указания к практическим занятиям по дисциплине нефтегазопромысловое оборудование для студентов дневной формы обучения специальности 130602 «Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов»

Краснодар 2008 г.

Pacчет и подбор оборудования для погружного центробежного электронасосаПодобрать, пользуясь расчетном методом, оборудование для эксплуатации скважины центробежным погружным электронасосом и определить удельный расход электроэнергии при работе этого насоса.Исходные данные: наружный диаметр эксплуатационной колонны D мм; глубина скважины H м; дебит нефти Q м³/сут; статический уровень h м; коэффициент продуктивности скважины нефть безпарафинистая, относительная плотность нефти.р=0,85; кине-матическая вязкость жидкости =0,02 см²/с; газовый фактор G₀= 20 м³/м³; расстояние от устья скважины до сепаратораl = 30 м; превышение уровня жидкости в сепараторе над устьем скважинки h_r = 2,5 м; избыточное давление в сепараторе р= 1,0 кгс/см² (0,1 МПа)1 Выбор диаметра насосных труб. Диаметр насосных труб определяется ихпропускной способностью и возможностью размещения труб в скважине (с учетом соединительных муфт) вместе с кабелем и агрегатом.Пропускная способность труб связана с коэффициентом полезного действия их (η_тр). К. п. д. труб колеблется в пределах. η _тр = 0,92-0,99 и зависит в основном от диаметра и длины их». К. п. д. труб, как правило, не следует брать ниже 0,94.Так как очень часто центробежные электронасосе применяют для форсированного отбора жидкости из сильно обводненных скважинвязкостю, близкой к вязкости воды (v = 0,01 см²/с при t = 20⁰ С), то в целях облегчения расчета для этих условие построены кривые потерь напора на длине 100 м (Рисунок 1)Для определения диаметра труб из точки дебита провести вертикаль вверх, пересекая кривые потерь напора в трубах разного диаметра; затем, исходя из величины предварительно принятого к. п. д. (0,94), найти в пересечении указанной вертикали с линией 0,94 необходимый диаметр труб. При пересечении кривых для труб нескольких

диаметров предпочтение надо отдать тому диаметру, который дает более высокий к. п. д., учитывая при этом также прочность труб и возможность размещения их в скважине.

Из рисунка 1 видно, что при к. п. д. насосных труб η _тр=0,94 (пунктирная линия) пропускная способность 48-мм труб примерно равна 150 м³/сут. Принимаем трубы d= 48 мм.

2. Определение необходимого напора центробежного электронасоса. Необходимый напор определяется из уравнения условной характеристики скважины:

H _н= h_ст + Δh + h_тр+ h_r+ h_с

где h_ст= 500 м статический уровень; Δh=10•Q/К м— депрессия (при показателе степени уравнения притока,

Рисунок 1 – Кривые потерь напора в насосных трубах на длине 100 м

равном единице); h_д= h_ст + Δh— расстояние от устья до динамического уровня (высота подъема жидкости); h_тр — напор, теряемый на трение и местные сопротивления при движении жидкости в трубах от насоса до сепаратора;

h_тр = (L — глубина спуска насоса в м. d— диаметр насосных труб в мм); h_c— потери напора в сепараторе.

Коэффициент гидравлического сопротивления при движении в трубах однофазной жидкости определяется и зависимости от числа Рейнольдса Rе и относительной гладкости труб к_s

Re =

где d м — внутренний диаметр труб; v = 0,02 см²/с вязкость жидкости; Qм³/сут — дебит скважины;

Режим движения жидкости турбулентный, а потому

Относительная гладкость труб

k_s=

где d в мм; Δ — шероховатость стенок труб в мм (принимаем Δ = 0,1 мм).

Рсунок 2 . Зависимость коэффициента трения от числа Рейнольдса и относительной гладкости труб

По полученным значениям Re и k_s, находим из графика (рисунок. 2) коэффициент трения:

Для определения h_тр необходимо найти общую глубину спуска насоса L:L=h_д+ hгде h= 50 м — глубина погружения насоса под динамический уровень, которая зависит от газового фактора и определяется приближенным расчетом.Рисунок 2 – Зависимость коэффициента трения от числа Рейнольдса. Находим потери напора на трение и местные сопротивления h_трИзбыточный напор в сепаратореh_с= м ст. жидк.Необходимый напор насоса в заданных условиях будет Н_п3. Подбор насоса. Существующий нормальный ряд погружных центробежных электронасосов предусматривает в зависимости от диаметра эксплуатационной колонны и производительности скважин 15 разных типов насосов, а с учетом возможных напоров — 105 типоразмеров.Насос для скважины подбирается в соответствии с характеристикой скважины, ее дебитом, необходимым напором и диаметром эксплуатационной колонны на основании характеристики погружных центробежных насосов.Для получения дебита Q = 120 м³/сут и напора Н _с = 706 м ст. жпдк. наиболее подходит центробежный насос 1ЭЦН-6-100-900 с числом ступеней z — 125Рисунок 3 – Рабочая характеристика насоса 1ЭЦН-6-100-900Согласно кривым рабочей характеристики, этот насос (рисунок 3) при ( к. п. д. η=0,5 п в пределах устойчивой зоны его работы может давать производительность Q = 110—140 м³/сут и напор соответственно Н_н = 800—600 м. При получении заданного дебита Q= 120 м³/сут насос будет создавать напор Н_п — 740 м.Характеристику насоса можно приблизить к условной характеристике скважины двумя способами: 1) уменьшением подачи насоса при помощи штуцера пли задвижки, установленных на выкидной линии; 2) уменьшением числа ступеней насоса.

При первом способе дебит и напор изменяются по кривой рабочей характеристики насоса Q = f (Н_н), при этом уменьшается к. п. д. Поэтому выгоднее применять второй способ, при котором к. п. д. насоса практически не изменяется.Число ступеней, которое надо снять с насоса для получения необходимого напора, будет равноΔz=где Н_с = 700 м — напор, необходимый для получения заданного дебита; Н_н=740 м — напор насоса, соответствующий дебиту скважины по его рабочей характеристике; z— полное число ступеней:Δz = 6 ступеней.Следовательно, насос 1ЭЦН-6-100-900 должен иметь 125-6=119 ступеней.Вместо снятых ступеней внутри корпуса насоса устанавливаются прос-тавки.4. Выбор кабеля. Характеристика применяемых при центробежных электронасосах круглых и плоских кабелей приведена в таблице приложения 21. Из этой таблицы выбираем трехжильный круглый кабель КРБКЗ X 25 сечением 25 мм² и диаметром 32,1 мм. На длине насоса и протектора (около 7 м) берем трехжильный плоский кабель КРВПЗ х 16 сечением 16 мм² и толщиной 13,1 мм. От сечения и длины кабеля зависят потери электроэнергии в нем, и к. п. д. установки.Потери электроэнергии в кабеле КРБКЗ х 25 длиной100 м определяются по формулеR= 3где J= 70А — рабочий ток в статоре электродвигателя ПЭД-Зл-123; R— сопротивление в кабеле в Ом.Сопротивление в кабеле длиной 100 м может быть определено по формулеR = ргде р_t — удельное сопротивление кабеля при температуре t_к⁰С в Ом • мм²/м q⁼ 25 мм² — сечение жилы кабеля.Удельное сопротивление кабеля при t= 40° С будетгде р=0,0175 Ом мм²/м — удельное сопротивление меди при t₂₀ , = 0,004 — температурный коэффициент для меди. При величине сопротивленияR=

Ом

имеем

Δр_к = 3-70²-0,076-10^-3 =1,117 кВт.

Общая длина кабеля будет равна сумме глубины спуска насоса Lм и расстояния от скважины до станции управления (10 м).

Примем с запасом на увеличение погружения насоса; длину кабеля 100 м. В этом кабеле сечением 25 мм² потери мощности составят 100

N=

Плоский кабель длиной 6,5 м для уменьшения габаритного диаметра агрегата берем на один размер меньше круглого, т.е.сечением 16 мм².

5. Выбор двигателя. Мощность двигателя, необходимую для работы насоса, определяем по формуле

где η_н =0,5 — к, п. д.насоса (по его рабочей характеристике).

При потере мощности в круглом кабеле потребная мощность двигателя составит

N_п= N_р + N_пот

Техническая характеристика широко применяемых электродвигателей и протекторов для погружных центробежных насосов приведена в таблице

Таблица 1 Техническая характеристика электродвигателей

Тип электродвигателя
Показатели t i i

ПЭД-10-103 ПЭД-17-119 ПЭД-З5-123 ПЭД-46-123

Моищость, кВт 10 17 35 46

Напряжепие, В 350 400 165 600

Сала тока, А 33 43 70 70

Частота вращения вала в ми
нуту 3000 3000 3000 3000

Скольжение, % ..... 5,0 4,5 4,5 6,0

^пуСК 5,75 6,45 7,15 5,7

^Мауск 2,6 2,6 2,8 2,8

•Ч^^с 3,45 3,55 3,45 3,25

К. п. д. . 72 73,5 76,0 76,0

Cos θ . 0,72 0,78 0,82 0,84

Нарунашп диаметр электро
двигателя, mi 103 119 123 123

Длпаа, мм 4276 4011 5540 6833

Наружный диаметр протек
тора, хш 92 110 110 110

Длпиа протектора, мм . . I 1560 1152 1152 1152

Общая длина электродвига- I

теля п протектора, мм . . 5836 6063 6701 7985

Температура рабочей среды, I

⁰С .......... . 70 75 70 90

Принимаем электродвигатель (выбираем из таблицы)мощностью (кВт), диаметром D длиной L мм, проекторы диаметром d мм и длиной. мм.

6 Определение габаритного диаметра агрегата. Наружный диаметр двигателя, насоса и подъемных труб выбирают с учетом размещения их вместе с кабелем в эксплуатационной колонне данного диаметра. При этом имеют в виду, что погружной агрегат и первые от агрегата трубы составляют жесткую систему и расположение их в скважине должно рассматриваться совместно.