Коректування паспортної характеристики ЕВН

Характеристикою відцентрового насоса, називають сукупність графічних залежностей напору Н, споживної потужності і коефіцієнта корисної дії (ККД) від подачі Q. Паспор­тну (заводську) характеристику одержують усередненням результатів випробувань

декількох насосів установної серії (партії) на прісній воді. Ймовірна (можлива реальна) ха­рактеристика роботи насоса в конкретній свердловині може значно відрізнятися від паспор­тної внаслідок різної якості виготовлення насоса, відмінності в'язкостей відкачуваної рідини і прісної води та наявності у продукції вільного газу.

Вплив якості виготовлення даного насоса (відхилення геометрії протічних каналів робо­чих коліс і скеровуючих апаратів, шорсткості) на його характеристику доцільно встановлю­вати стендовими випробуваннями на прісній воді (стендова характеристика) за стандарт­них умов. Характеристику насоса при роботі на воді розраховують перебудовою зменшених напору і ККД для ряду довільно вибраних подач за формулами:

Н =

(13.12)

де - відповідно паспортні значення напору, м і ККД (безрозмірна величина); - напір, м і подача насоса в оптимальному режимі роботи (при максималь­ному значенні ККД) за паспортною характеристикою, м³/добу, а споживну потужність залишають незмінною.

Вплив збільшення в'язкості відкачуваної рідини виражається у погіршенні робочих ха­рактеристик насоса. Параметри Н і приблизно зберігають свою форму і зміщуються вниз і вліво в міру збільшення в'язкості, а потужність - вверх і вліво .Залежність водної характе­ристики ЕВН від в'язкості встановлюють за методикою Ляпкова так.

1. Визначають середню температуру потоку у насосі, наприклад, з використанням фор­мул (12.3) і (13.6), тобто з врахуванням її збільшення за рахунок тепла, що виділяють дви­гун і насос при роботі.

2. Високов'язкими бувають нафта і водонафтова емульсія. Встановлюють тип водонаф-тової емульсії (див. гл. 9.3).

3. Знаходять кінематичну в'язкість продукції при тиску і температуру у насосі, м²/с, де - динамічна в'язкість продукції (суміші), Па·с; — середня густина про­дукції , кг/м³.

Середню динамічну в'язкість продукції у насосі обчислюють за однією з формул: для нафти

(13.13)

для газонафтової суміші

(13.14)

(13.15)

для водонафтової емульсії типу Н/В І

(13.16)

для водонафтової емульсії типу Н/В

(13.17)

(13.18)

для водонафтогазової суміші

(13.19)

де -динамічна в'язкість відповідно нафти, газонафтової суміші, водонафтової емульсії, води, водонафтогазової суміші, Па·с; - тиск насичення нафти газом, Па; - тиск на вході в насос, Па; р - тиск в насосі, Па; - експериментальні константи, що характеризують залежність в'язкості газонасиченої нафти (без вільного газу) від тиску при пластовій температурі; - густина нафти при тиску р і пластовій температурі кг/м³; е - основа натуральних логарифмів; - дійсна об'ємна газонасиченість потоку; -об'ємно-витратна газонасиченість потоку в свердловині перед входом продукції у насос; -коефіцієнт сепарації газу на вході у насос; - об'ємно-витратна обводненість продукції при стандартних умовах; - густина пластової води при стандартних умовах, кг/м³.

Експериментальні коефіцієнти і можна наближено оцінити обробкою розрахун­кові залежності одержаної попередньо за формулами

= 1 + 0,0129 - 0,0364 (13.20)

= 1 + 0,0017 - 0,0228

де - кількість газу, розчиненого у нафті, що зведена до стандартних умов, м³/м³; -в'язкість дегазованої при стандартних умовах нафти при температурі Т, мПа • с. Середня густина продукції у насосі, кг/м³,

(13.21)

де - густина відповідно нафти, води і вільного газу при тиску р і температурі Т у насосі, кг/м³; — об'ємно-витратні частки фаз у потоці

; (13.22)

(13.23)

- об'ємна витрата нафти, води і вільного газу при тиску і температурі у насосі, м³/с.

4. Методом ітерацій обчислюють подачу Q і напір Н насоса для ряду вибраних значень подачі Q_B за формулами:

(13.24)

= 1 - (3,585 - 0,821 ) (0,027 + 0,0485

(13.25)

де - модифіковане число Рейнольдса потоку в каналах відцентрового насоса; - ко­ефіцієнт швидкохідності ступеня насоса (90 ... 300); - оптимальна подача насоса за дійсною водною характеристикою, м³/с; - кінематична в'язкість продукції, м²/с; -частота обертання вала насоса (можна приймати = 295с^-1), с-¹; - прискорення вільного падіння, м/с²; - напір насоса в оптимальному режимі на воді, м; - число ступенів у насосі; - коефіцієнт відносних подач та напору (індекси "лам" і "турб" оз­начають ламінарний і турбулентний режими); — подача, м³/с і напір, м насоса при роботі на воді у заданому режимі.

Для цього приймають Q = , обчислюють із двох значень ( і ) беруть найменше шукають за формулою (13.24) перше наближення Q'. Потім за Q = Q' аналогічно знаходять уточнене значення і друге набли-жене Q". Якщо 0,02, то значення вважають досить точним, шукану подачу Q приймають рівною Q"' і за формулою (13.25) обчислюють напір Н. У протилежному випадку ітерацію продовжують далі.

5. Обчислюють коефіцієнт відносного ККД для цього ж ряду вибраних значень за формулами

приймаючи менше із них, ККД при роботі на в'язкій рідині та споживану насосом потужність (кВт) при відкачуванні в'язкої рідини у розглянутому режимі - коефіцієнти відносного ККД насоса при турбу­лентному і ламінарному режимах.

6. За обчисленими даними будують криві Н - Q (точки і Ні Q розміщаються на променях, що виходять з початку координат), - Q, - Q, тобто одержують шукану ха­рактеристику БВН при роботі на високов'язкій рідині.

Вільний газ, який надходить разом з рідиною у ЕВН, може значно погіршувати його ро­бочі характеристики, аж до зриву подачі. Зі збільшенням витратного газо вмісту на прийомі насоса робочі характеристики можуть змінюватися незначно, приблизно зберігаючи свою форму, зміщуються вниз і вліво, при цьому вигляд кривих Н і зумовле­ний в'язкістю газорідинної суміші, а кривої - в'язкістю і густиною потоку. Коли

характеристика насоса змінюється значно. Праві частини кривих стають більш крутими і розміщаються значно нижче кривих при ,= 0. У міжлопаткових каналах пер­ших робочих коліс утворюються газові каверни, які не беруть участі у русі і знижують робочі характеристики (подібно паровій чи парогазовій кавітації). Проведеними експериментами А.Н.Дроздов і П.Д.Ляпков виявили, що = де для суміші газ у воді і нафта+ газ у воді -0,01, - 0,076, а для суміші газ у нафті і вода + газ у нафті ці коефіцієнти у 2 рази більші; - відносний тиск на прийомі ЕВН (відносно атмосферного тиску).

По довжині насоса тиск і температура збільшуються, що супроводжується зміною об'ємної витрати газорідинної суміші, її в'язкості та густини. А.Н.Кезь і А.А.Бріскман ввели поняття середньої чи середньоінтегральної витрати суміші, що проходить через насос:

(13.26)

де - середньоінтегральна подача насоса, м³/с; - тиск відповідно на виході ЕВН, на прийомі та насичення нафти газом, Па; Q - об'ємна витрата газорідинної суміші при тиску р < і р м³/с.

Інтеграли у формулі (13.26) навіть при значних допущеннях дають дуже складні розв'язки. Тому замість середньоінтегральної витрати доцільно визначати середню витрату (за В.І.Щуровим)

де - об'ємна витрата газорідинної суміші при тиску м³/с; об'ємна витрата рідини відповідно при тисках і , м³/с.

Середня густина продукції, яка проходить через насос, кг/м³, де М – масова витрата продукції через насос, кг/с.