Установки погружных центробежных насосов для добычи нефти из скважин (стр. 7 из 8)
Разница ВС = ΔН есть избыточный напор. В этом случае можно повысить давление на устье скважины на ΔР = ΔH · p · g установкой штуцера или снять часть рабочих ступеней насоса и заменить их вкладышами. Число снимаемых ступеней насоса определяется из простого соотношения:
(13)Здесь Zo - общее число ступеней в насосе; Но - напор, развиваемый насосом при полном числе ступеней.
С энергетической точки зрения штудирование на устье для согласования характеристик невыгодно, так как приводит к пропорциональному снижению к. п. д. установки. Снятие ступеней позволяет сохранить к. п. д. на прежнем уровне или даже несколько повысить его. Однако разобрать насос и заменить рабочие ступени вкладышами можно лишь в специализированных цехах.
При описанном выше согласовании характеристик скважины насоса необходимо, чтобы H(Q) характеристика ПЦЭН соответствовала действительной характеристике при его работе на скважинной жидкости определенной вязкости и при определенном газосодержании на приеме. Паспортная характеристика H(Q) определяется при работе насоса на воде и, как правило, является завышенной. Поэтому важно иметь действительную характеристику ПЦЭН, прежде чем согласовывать её с характеристикой скважины. Наиболее надежный метод получения действительной характеристики насоса - это его стендовые испытания на скважинной жидкости при заданном проценте обводненности.
Определение глубины подвески ПЦЭН с помощью кривых распределения давления.
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 Рс, соответствующее этому дебиту. От точки Р = Рс строится график распределения давления (по шагам) Р(х) по схеме «снизу вверх». Кривая Р(х) строится для заданного дебита Q, газового фактора Го 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 Рс, 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 Рс > Рнас, 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 Рнас.
При Рс < Рнас 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 = Ру, 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 Го 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 Рс и устьевым давлением Ру.
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; ηн и ηд - к. п .д. насоса и двигателя соответственно. Тогда температура жидкости, покидающей насос, будет равна
t = tпр + ΔР (15)
где tпр - 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 < βпр < 5 - 7% напорная характеристика практически не изменяется. При βпр > 5 - 7 % напорные характеристики ухудшаются и в расчетный напор необходимо вносить поправки. При βпр , 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 Нскв = 450 м.
Статический уровень считается от устья hs = 195 м.
Допустимый период давления ΔР = 15 атм.
Коэффициент продуктивности К = 80 м2/сут атм.
Жидкость состоит из воды с 27 % нефти γж = 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:
hα = hs+ 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:
НН ≥ НО + hT + h'Т (19)
где: НН – требующийся напор насоса в м;
НО – расстояние от устья скважины до динамического уровня, т.е. высота подъёма жидкости в м;
hT - 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:
hT + h'Т = λ
/dv2/2g (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:
hT + h'Т = 0,035 х 400/0,105 х 1,61/2 х 9,8 = 17,6 м. (22)