Методика инженерного расчета параметров УЭЦН для нефтяной скважины.

1. Определяется плотность водогазонефтяной смеси на участке “забой – прием насоса”. Для этого задается допустимое для данного региона и данного типа насосов значение объемно-расходного газосодержания у входа в насос (принимается).

(В.1)

2. Определяется забойное давление, при котором обеспечивается заданный дебит скважины

(В.2)

где пластовое давление;заданный дебит скважины;

коэффициент продуктивности скважины.

3.Определяется глубина расположения динамического уровня при заданном дебите скважины

(В.3)

глубина расположения пласта.

4. Определяется давление на приеме насоса, при котором значение газосодержания на входе в насос не превышает заданного значения

(В.4)

давление насыщения нефти.

5. Определяется глубина подвески насоса по вертикали

6. Вычисляется глубина спуска насоса по оси скважины

7. Определяется температура пластовой жидкости на приеме насоса

(В.5)

- температурный градиент.

8. Вычисляется необходимый напор, который должен иметь насос при работе на воде

(В.6)

где диаметр насосно-компрессорных труб;

коэффициент, учитывающий влияние на напор насоса попутного газа и вязкости нефти. Принимается и определяется напор, который должен иметь насос при работе на воде, чтобы дебит

в системе скважина-установка электроцентробежного насоса (УЭЦН) соответствовал заданному значению

9. Определяется подача, которую должен иметь насос при работе на воде

(В.7)

коэффициент изменения подачи при работе на нефтегазовой смеси относительно водяной характеристики. Принимается и вычисляется подача насоса

10. По величине и внутреннему диаметру обсадной колонны выбирается из каталога типоразмер погружного центробежного электронасоса и определяются величины, характеризующие работу этого насоса. Такой установкой является ЭЦНА5-125-1615 (оптимальная подача насоса номинальный напор 1615м общее количество ступеней z=358 диаметр корпуса (пятая группа) , номинальная частота вращения номинальная мощность номинальный к.п.д. 43%.

Рисунок 2.1 − Характеристики насоса ЭЦНМ5-125. Количество ступеней

100 шт.

11. Определяется, используя законы подобия, скорость вращения ЭЦН для получения необходимой подачи на воде

(В.8)

12. Определяется величина напора насоса при работе на частоте

используя напорно-расходную характеристику (рис.2.4)

(В.9)

где значение напора для стандартного количества ступеней при

13. Определяется величина на которую необходимо переместить по вертикали сверху вниз параллельно самой себе паспортную кривую насоса, чтобы получить желаемую напорно-расходную характеристику работы на воде

(В.10)

14. Для корректировки напора насоса определяется число ступеней , которое надо удалить из насоса, чтобы напор насоса с меньшим числом ступеней стал равным напору, требуемому скважиной

(В.11)

15. Определяется скорректированное число ступеней насоса:

(В.11а)

16. Строится напорно-расходная характеристика насоса (рис. 2.1.а) с числом ступеней на номинальной частоте вращения , для чего значения напора определяются через значения на характеристике (рис. 2.1) по выражению:

(В.11б)

Рисунок 2.1а - Эксплуатационные характеристики насоса ЭЦНМ 5–50 с частотным преобразователем и скорректированным числом ступеней .

17. Строится семейство напорно-расходных характеристик насоса с частотным преобразователем скорости вращения вала ЦН для диапазона частот от до с интервалом в 5 или 10 Гц выше и ниже номинальной частоты . На рисунке 2.1а построены характеристики для частот и . Точки этих характеристик получаются в результате пересчета по законам подобия и лежат на квадратичных параболах , при этом значение подач насоса на частоте выражаются через подачи на номинальной частоте следующим образом:

(В.11в)

Результаты проведенных расчетов сведены в таблицу 2.1(а)

Таблица 2.1(а)– пересчет напорно-расходных характеристик насоса ЭЦНМ 5–50 для частот и

, м3/сут
, м
,сут/м2
1,8512	0,7231	0,2805	0,7155	0,10078
, м3/сут
27,5
,м
1399,9	1399,9	1222,1	1040,5	780,4
, м3/сут
22,5
,м
933,17	937,13	817,93	696,55	522,4

18. Для получения фактических значений напора и подачи насоса в системе УЭЦН – скважина строиться рабочая характеристика скважинной магистрали, которую можно представить следующим выражением:

, (В.11г)

где – статическая составляющая напора скважины, соответствующая режиму ; – коэффициент гидравлического сопротивления насосно-компрессорных труб, зависит от глубины скважины, шероховатости внутренней поверхности НКТ, вязкости нефти и д.р. Кривая работы скважины построена на рисунок 2.1а в соответствии с выражением 2.11г по двум точкам, из которых одна точка соответствует номинальному режиму работы на воде ( м3/сут; м), а другая вычислена для производительности м3/сут. Для данного режима скважины выполнены расчеты по формулам (2 – 6) и последовательно определены:

- забойное давление:

МПа (В.11д)

- динамический уровень при данном дебите скважины:

м (В.11е)

- давление на приеме насоса при значении газосодержания Г = 0,15

МПа (В.11ж)

- глубина подвески насоса по вертикали:

м (В.11з)

- глубина спуска насоса по оси скважины:

м (В.11и)

- необходимый напор насоса при работе на воде:

(В.11к)

м

19. Вычислены значения коэффициента сопротивления R и коэффициенты статического напора НСТ:

сут²/м⁵ (В.11л)

м

Построена на рис.2.1а рабочая характеристика скважинной магистрали по результатам ее расчетов, которые сведены в таблицу 2.1б

Таблица 2.1б – Данные расчета кривой скважины

,м3/сут		5,89
,м	97,26	106,4		202,6	334,3	518,7	755,8	1045,6	1388,1	1783,2

Пересечения этой характеристики с семейством напорно-расходных характеристик в точках A, D, C дает фактические значения напора и дебита, которые обеспечивает насос ЭЦНМ 5–50 с частотным преобразователем в системе УЭЦН – скважина на воде в следующем диапазоне частот вращения ротора ЭЦНМ 5–5 0:

об/мин,

об/мин

При этом производительность (или дебит) скважины изменяется от м3/сут до м3/сут путем снижения напора насоса соответственно от м до м. Из рис. 2.1а видно также, что при дроссельном регулировании дебита скважины насос при дебите работает в точке В, что приводит к возрастанию напора до м и соответственно повышению мощности и энергопотребления УЭЦН, в сравнении с частотным регулированием на коэффициенте равный отношению:

(В.11м)

20. Находится к.п.д. выбранного насоса при работе в скважине. Предварительно оценивается значение коэффициента , учитывающего влияние вязкости проходящей через насос нефти по формуле

(В.12)

Таким образом, к.п.д. насоса, работающего в скважине, будет

(В.13)

21. Определяется мощность, которую будет потреблять насос при его работе на установившемся режиме системы скважина- УЭЦН при номинальной и

максимальной частоте:

кВт (В.14)

22. Определяется необходимая мощность на валу приводного двигателя при номинальной и максимальной частоте вращения его ротора:

кВт

(2.15)

где к.п.д. передаточного устройства, принимается равным 0,95 учитывая наличие протектора между насосом и погружным двигателем;

коэффициент, уточняющий мощность электродвигателя в регулируемых системах электроприводов (для нерегулируемого электропривода ).

Значения приведены в табл. 2.1 ; коэффициент запаса (рис.2.5), учитывающий неточности расчета При коэффициент равен 1,1; для значения приведены [2] на графике рисунок 2.2.

Таблица 2.1– Пределы регулирования скорости и значения регулируемых систем ЭП

Система ЭП	Пределы регулирования скорости
АД с частотным управлением
АД с регулированием напряжения

Рисунок 2.2 - Коэффициент запаса для центробежных насосов

23. Выбирается типоразмер погружного электродвигателя, номинальная мощность которого при прочих равных условиях должна быть не менее где 1,3 – коэффициент запаса мощности двигателя в расчете на увеличение его ресурса, выработанный практикой эксплуатации установок ЭЦН. Диаметр погружного электродвигателя выбирается на 8…20 мм меньше внутреннего диаметра обсадной колонны нефтяной скважины. Например, для скважины с обсадной колонной 168 мм (внутренний диаметр DВН = 144 мм) применяемые электродвигатели имеют наружный диаметр 123 мм; для скважины с колонной 146 мм (DВН = 122 мм) электродвигатели имеют наружный диаметр 103 мм и 117 мм.

Выбирается штатный двигатель ЭД45-103 с номинальной мощностью Определяется отношение

Это отношение должно быть не менее 1,3 , что выполняется.

Проверяется разность

Величина не должна превышать одного шага в ряду номинальных мощностей погружных электродвигателей, что выполняется.

Параметры штатного электродвигателя ЭД45 – 103 серии ПЭД ТУ 3381-027-00220440-97

Мощность 45 кВт

Номинальное напряжение 1300В

Рабочий ток 29,7А

К.п.д. 81%

Коэффициент мощности 0,84

Синхронная скорость вращения 3000 об/мин

Скольжение 6,0%

Допустимая температура

окружающей среды 900С

Диаметр корпуса 103мм

Минимальная скорость

охлаждающей жидкости 0,08 мс

Приложение г

(справочное)