Федеральное агентство по образованию РФ

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

(КубГТУ)

Кафедра оборудования нефтяных и газовых промыслов

Подбор погружного центробежного насоса

Методические 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 электронасоса

Подобрать, 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 сепаратора l = 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 их пропускной 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 скважин

вязкостю, 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; Q м³/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 + h

где 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_тр

Избыточный напор в сепараторе

h_с= м ст. жидк.

Необходимый напор насоса в заданных условиях будет Н_п

3. 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 — 125

Рисунок 3 – Рабочая характеристика насоса 1ЭЦН-6-100-900

Согласно 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 равно

Δz=

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 длиной 100 м определяются по формуле

R= 3

где 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 формуле

R = р

где р_t — удельное сопротивление кабеля при температуре t_к ⁰С в Ом • мм²/м q ⁼ 25 мм² — сечение жилы кабеля.

Удельное сопротивление кабеля при t= 40° С будет

где р= 0,0175 Ом мм²/м — удельное сопротивление меди при t₂₀ , = 0,004 — температурный коэффициент для меди. При величине сопротивления

R= Ом

имеем

Δр_к = 3-70²-0,076-10^-3 =1,117 кВт.

Общая длина кабеля будет равна сумме глубины спуска насоса L м 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.