Дипломная (вкр): Методика подбора УЭЦН к скважине в условиях Приобского нефтяного месторождения

 (Па*с);

. Вычисляем значение коэффициента К_Q для учета влияния вязкости на подачу по формуле (97):

и напор по формуле (98):

. Вычисляем значения подачи и напора, которые должны иметь насос при работе на воде, чтобы расход ГЖС был 0,0019 м³/с, а напор 972 м:

,

,

. Выбираем по Q_в, Н_вс, D_эк и каталогу [3] типоразмер УЭЦН (шифр установки), насос который удовлетворял бы условия (2), (3) [1]. Такой установкой является УЭЦН5А-250-1700 (оптимальная подача насоса 250 м³/сут, номинальный напор 1700 м), так как

 и

Н_вс = 1270,5 £ 1460 - 133,5 =1326,5,

где 133,5 = DН - величина, на которую необходимо переместить по вертикали сверху вниз параллельно самой себе паспортную кривую Н - Q насоса, чтобы получить вероятную напорно-расходную характеристику работы на воде (4).

В комплект выбранной установки, кроме насоса, входят электродвигатель ПЭД90- 117АВ5 номинальной мощностью 90 кВт и допустимой температурой охлаждающей жидкости 70 ⁰С, кабель КПБК 3х16, трансформатор ТМПН-160/3-73У1 и станция управления ШГС5804-49АЗУ1.

. Определяем вероятное значение КПД насоса при работе на воде с подачей 245,1 м³/сут:

. Находим КПД выбранного насоса при работе в скважине.

Предварительно оцениваем значение коэффициента К_h, учитывающего влияние вязкости проходящей через насос продукции на КПД насоса, по формуле:

Так как согласно (73):

то

Поэтому КПД насоса, работающего в скважине, будет:

h_н.см = 0,385 * 0,544 = 0,209;

. Вычисляем мощность, которую будет потреблять насос при откачке скважинной продукции, по формуле (99):

где N_гс - мощность, потребляемая газосепаратором т.к. его в УЭЦН нет, то надо принять N_гс = 0.

. Сопоставляем значение N_н из п.1.25 со значением номинальной мощности штатного двигателя N_дш установки, выбранной в п.1.22. Если N_дш > N_н и разность DN= N_дш - N_н не больше одного шага в ряду номинальных мощностей погружных электродвигателей типа ПЭД, которые могут быть спущены в скважину вместе с выбранным насосом, оставляем штатный. В противном случае берем такой ближайший типоразмер ПЭД, номинальная мощность которого, при прочих равных условиях, не меньше 1,3N_н, где 1,3 - коэффициент запаса мощности двигателя в расчете на увеличение его ресурса, выработанный практикой эксплуатации УЭЦН:

DN = N_дш - N_н = 90 - 65,5 = 24,5 (кВт).

. Определяем по табл. 6 [1 стр.58] минимально допустимую скорость w_охл (м/с) потока в зазоре между стенкой эксплуатационной колонны скважины и корпусом двигателя и вычисляем по формуле (100):

Q_охл - минимально допустимый отбор жидкости из скважины (м³/сут) с точки зрения необходимой интенсивности охлаждения ПЭД. Согласно табл.6 [1 стр.58] для ПЭД90 -117АВ5 w_охл = 0,75 м/с.

. Вычисляем глубину спуска насоса, исходя из возможности освоения скважины (в частности, после ее промывки или глушения технологической жидкостью) по формуле (101):

,

где Н_погр - минимально допустимое погружение (по вертикали) приемной сетки насоса под уровень жидкости в период освоения скважины, м (по рекомендации [1. стр59] принимаем = 100 м). Р_мтр - давление в устьевом сечении межтрубного пространства скважины, которое можно принять равным давлению Р_л в выкидной линии скважины, увеличенному на 0,1 МПа, т.е.

Р_мтр » Р_л + 0,1 = 1,5 + 0,1 = 1,6 МПа;

К - коэффициент продуктивности скважины м³/(сут.МПа);

c - поправка на уменьшение К вследствие загрязнения призабойной части пласта попавшей в нее технологической жидкостью при промывке или глушении скважины.

Н_у.осв - расстояние в м (по вертикали) от устья скважины до уровня жидкости в ней в период освоения, определяемое по формуле (102):

тогда

. Сопоставляем значения предварительно принятой в п.1.4 глубины спуска L_н насоса и длины L_осв из п.1.28. т.к. L_н / L_осв = 1050 / 1991,3 = 0,52 < 1, то необходимо увеличить глубину спуска насоса до L_н = (1+0,02)* L_осв = 1991,3 - 2031,1. Выбираем L_н = 2000 м.

(L_н / L_осв = 2000 / 1991,3 = 1,004 > 1).

. Вычисляем напор, который должен располагать подбираемый к скважине насос в период ее освоения при работе с дебитом Q_охл из п.1.27 по формуле (103):

где Н_сопр - потеря напора в м на преодоление трения и местных сопротивлений на пути движения жидкости от напорного патрубка насоса до выкидной линии скважины, определяемые по формуле:

,

где

где m_тж = 0,0015 Па*с - вязкость технологической жидкости.

Подставляя соответствующие величины в (103), получаем:

Определяем по паспортной характеристике насоса его напор Н_Qохл при подаче Q_охл и проверяем, выполняется ли условие (104):

где DН - поправка к паспортному напору из п.38.

По паспортной характеристике насоса ЭЦН5А-250-1700 находим Н_Qохл =1950 м, при Q_охл = 172,4 м³/сут.

Подставив соответствующие значения в (104), получаем:

то есть типоразмер насоса, выбранный в п.28 удовлетворяет неравенству (104).

. Определяем для новой глубины спуска насоса L_н из п.35 новые значения:

Р_вх и b_гвх по L_осв и кривым 1 и 2 рисунка 1;

b_ввх, как п.4;

b_гвх, как в п.5;

К_с, как в п.6;

Р_д.нас, как в п.7; рассчитываем и строим новую кривую Р(L_нкт), как в п.8;

находим Р_вых и Р_с, как в п.9;

Т_н.ср., как в п.10, но с учетом уточненного r_н.ср из п.15;

Q_жср, как в п.11;

Q_г.ср, как в п.12;

Q_ср, как п.13; m, как в п.17;

m_см, как в п.18

Выполнив соответствующие операции, находим:

Р_вх = 14,3 МПа;

b_ввх = 0,269;

b_гвх = 0,324;

К_с = 0,197;

Р_д.нас = 12,2 МПа;

Р_вых = 22 МПа;

Р_с = 7,7 МПа;

Т_н.ср. = 327,7 К;

r_н.ср = 849,2 кг/м³;

H_С =1110,3 м;

Q_жср = 0,0020 м³/с;

Q_г.ср = 0,000043 м³/с;

Q_ср = 0,002043 м³/с;

m = 1,438;

m_см = 0,0376 Па*с.

. Уточняем значения подачи Q_в и напора Н_вс выбранного ранее насоса при работе его на воде в режиме, соответствующем значению Q_ср и Н_с из п.26. Для этого:

.1 Определяем значение коэффициента быстроходности рабочей ступени выбранного насоса по табл.6* [1 стр.62].

Для насоса ЭЦН5А - 250 - 1700 n_S = 167.

.2 Вычисляем значение модифицированного числа Рейнольдса потока в каналах ступеней центробежного насоса по формуле (105):

,

где - подача насоса (м³/с) в оптимальном режим работы на воде по паспортной характеристике;

Подставив соответствующие величины, получаем:

.3 Определяем относительную подачу насоса , где Q_в берем из п.27., а  с паспортной характеристик насоса.

.4 Вычисляем значение К_H-Q для найденных выше Re_ц и  по формулам (106) и (107):

Из полученных двух значений берем наименьшее, а именно К_H-Q = 0,909.

.5 Определяем уточненное значение подачи Q_в и напора Н_вс при работе насоса на воде, соответствующее Q_ср:

.6 Проверяем, удовлетворяют ли найденные в п.3.33.5. значения Q_в и Н_вс неравенствам (2) и (3):

; 1222 £ 1700 - 162 = 1538.

Так как упомянутые неравенства удовлетворяются, переходим к п.40

. Вычисляем значения коэффициента К_h для найденных выше Re_ц и  по формулам (108) и (109):

и берем наименьшее: К_h = 0,618.

. Определяем разность между давлением, которое может создать насос с номинальным числом ступений при работе в скважине на установившемся режиме с дебитом Q_жсу, то есть при среднеинтегральном расходе скважинной продукции через насос Q_ср из п.38 и давлением, достаточным для работы системы скважина - УЭЦН на этом режиме, (МПа), по формуле:

,

где Н_вн = 1700 - 162 = 1538 м; Н_вс = 1222 м.

. Вычисляем значение отношения , Р_с из п.38.:

Т.к. 0,163>0,05, давление, которое насос способен развивать при работе со среднеинтегральной подачей 193,5 м³/сут в скважине, намного превышает требуемое, благодаря чему действительный дебит жидкости из скважины, если не принять необходимых мер, может оказаться существенно больше заданного.

. Выбираем один из двух возможных способов уменьшения подачи жидкости из скважины подобранным выше насосом до значения Q_ЖСУ:

) уменьшение числа ступеней в насосе,

) установку в начале выкидной линии скважины устьевого штуцера.

. Принимаем решение использовать первый способ. Определяем число ступеней по формуле,

которое надо из насоса удалить, чтобы напор насоса с меньшим числом ступеней стал равным напору, требуемому скважиной.

Z_Н - номинальное число ступеней в насосе. (Z_Н = 300).

Примечание: При корректировке напора насоса уменьшением числа ступеней, необходимо следить за тем, чтобы напор насоса с уменьшенным числом ступеней, соответствующий подаче Q_ОХЛ = 172,4 м³/сут, по его паспортной характеристике, удовлетворял неравенству после подстановки в него вместо H_QОХЛ - DH величины:

где H_QОХЛ - напор насоса с номинальным числом ступеней по паспортной характеристике при Q_ОХЛ = 172,4 м³/сут;

DH - разница между паспортным и вероятными напорами насоса при номинальном числе ступеней Z_Н = 300;

Z_Н - номинальное число ступеней в насосе.

Подставив соответствующие величины, получаем:

Подставляя H^/_QОХЛ, находим:

то есть неравенство удовлетворяется.

. Определяем мощность на валу насоса при его работе на установившемся режиме системы скважина - УЭЦН для проверки соответствия выбранного в п.28. или п.32 погружного электродвигателя уточненным значениям потребляемой насосом мощности.

.1 Вычисляем мощность, потребляемую насосом при работе системы скважина - УЭЦН в установившемся режиме по формуле (113):

,

где h_н - КПД насоса при работе с подачей Q_в из п.1.33.5 по вероятной водяной характеристике, определяемый по формуле (114):

.2 Сопоставляем значение N_н из п.3.40.1. со значением номинальной мощности штатного двигателя N_дш:

Таким образом, штатный двигатель ПЭДС - 90-117АВ5, может быть использован для привода насоса 5А - ЭЦН5А - 250.

5.2 Подбор УЭЦН на ЭВМ, направленный на оптимизацию работы УЭЦН на исследуемом объекте

Расчеты были проведены с использованием программы подбора оборудования - «Насос». Проведение расчетов заключалось в нахождении оптимального варианта компоновки УЭЦН для 4 характерных скважин, определения необходимых технологических показателей работы выбранных насосов, таких как: типоразмер насоса, глубина спуска, давление на приеме и на выходе из насоса и др.

Проведенные расчеты показали, что все подбираемые насосы, обеспечивающие заданный среднесуточный дебит жидкости, характеризуются большими величинами буферного давления, причем с течением времени оно возрастает. Это обстоятельство объясняется тем, что насосы, обеспечивающие заданный дебит, обладают высокими (для нашего случая) напорами. В целях корректировки и, соответственно, уменьшения напора, на выкидных линиях скважин необходимо установить штуцера.

Помимо установки штуцеров или уменьшения напора насосов за счет изменения числа ступеней, нормализация буферного давления возможна в том случае, если известен максимальный дебит скважины. Эта задача решается следующим образом: определяется величина забойного давления с тем расчетом, чтобы буферное давление было максимально приближено к устьевому давлению (здесь устьевое давление - 0,95 МПа). С другой стороны, для бесперебойной работы скважин необходимо обеспечить достаточное погружение насоса под динамический уровень (по опытным данным это 250-300 м).