Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«тюменский государственный нефтегазовый университет»
Эксплуатация нефтяных и газовых скважин
Программа, методические указания и контрольные задания
для студентов специальности
130503.51 Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений
заочного отделения
2 курс, 4 семестр
Тюмень, 2011
Правила выполнения и оформления контрольных работ
При выполнении контрольных работ необходимо строго придерживаться указанных ниже правил. Работы, выполненные без соблюдений этих правил, не зачитываются и возвращаются студенту для переработки.
КРАТКАЯ ТЕОРИЯ
ВЫБОР МАШИН И ОБОРУДОВАНИЯ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИН
ЭЛЕКТРОЦЕНТРОБЕЖНЫМИ НАСОСАМИ (ЭЦН)
1. Установки погружных электроцентробежных насосов
Установки ЭЦН являются основным видом нефтедобывающего оборудования. Если в 1960 г. ими добывалось 9,3 млн. т нефти, то уже в 1980 г. около 200 млн. т при 19% фонда скважин.
Основным фактором широкого применения УЭЦН является установка привода в скважине около насоса, что ликвидировало длинный узел связи между ними и позволило снять ограничение на передачу полезной мощности насосу.
В настоящее время полезная мощность ЭЦН составляет от 14 до 120 кВт против 40 кВт у штанговых насосов. Промышленностью выпускаются насосы для отбора до 1000 м3/сут жидкости при напоре 900 м (табл. 3.1 и 3.2). Содержание в добываемой жидкости сероводорода до 0,01 г/л, для установок коррозионно-стойкого исполнения - 1,25 г/л; максимальное содержание попутной воды - 99%, свободного газа на входе в насос не более 25% (по объему), а для установок с модулями-газосепараторами - 55%. Максимальное содержание твердых частиц - 0,1 г/л, а для насосов в износостойком исполнении-до 5 г/л.
Шифр: ЭЦН-5А-360-600 - электроцентробежный насос для обсадной колонны 5" (диаметром 146 мм) подача 360 м3/сут, напор - 600 м водяного столба (р=1000 кг/м3). Диаметры эксплуатационных колонн в обозначении группы ЭЦН соответствуют:
5 - обсадная колонна диаметром 140 мм с внутренним диаметром 121,7 мм;
5А - обсадная колонна диаметром 146 мм с внутренним диаметром 130 мм;
6 и 6А - обсадная колонна диаметром 168 мм с внутренним диаметром 144,3 мм и 148,3 мм соответственно.
В соответствии с группами ЭЦН диаметры корпусов насосов составляют 92 мм, 103 мм, 114 мм и 137 мм. Внутренний диаметр корпусов насосов соответственно равен 80 мм, 90 мм, 100 мм и 120 мм.
В последнее время промышленностью освоен выпуск насосов в модульном исполнении, что позволяет более точно подобрать насос для широкого диапазона параметров скважин. В этом случае в обозначение насоса вводится буква «М». Предусмотрено изготовление 55 типоразмеров ЭЦНМ (табл. 3.2)
Для привода погружных центробежных электронасосов применяется маслозаполненный погружной трехфазный асинхронный электродвигатель переменного тока с короткозамкнутым ротором и синхронной частотой оборотов 3066 в мин. Электродвигатели изготавливаются диаметрами 103, 117, 123 и 138 мм, что позволяет компоновать их с соответствующей группой насосов 5, 5А, б, 6А и опускать в соответствующую эксплуатационную колонну с зазором 10 - 20 мм..
Таблица 3.1
Характеристики погружных центробежных насосов
Шифр насоса |
Номинальные |
Рабочая область |
КПД, % |
Число ступеней |
Масса, кг |
||
подача, м3/сут |
напор, м |
подача, м3/сут |
напор, м |
||||
ЭЦНИ5 - 40 - 850 |
40 |
940 |
25- 70 |
960 - 690 |
37,8 |
191 |
185 |
ЭЦН5 - 40 - 1400 |
1475 |
1510 - 1100 |
38,0 |
229 |
313 |
||
ЭЦНИ5 - 40 - 950 |
860 |
890 - 650 |
38,0 |
174 |
170 |
||
ЭЦН5 - 80 - 850 |
80 |
850 |
60 - 115 |
910 - 490 |
49,8 |
195 |
205 |
ЭЦН5 - 80 - 1200 |
1195 |
1280 - 695 |
273 |
286 |
|||
ЭЦНИ5 - 80 - 1550 |
1500 |
1520 - 1100 |
48,0 |
332 |
312 |
||
ЭЦН5 - 130 - 600 |
130 |
675 |
85 - 160 |
765 - 500 |
164 |
190 |
|
ЭЦН5 - 130 - 1200 |
1160 |
1320 - 860 |
282 |
318 |
|||
ЭЦНИ5 - 130 - 1200 |
1165 |
1300 - 830 |
40,0 |
260 |
280 |
||
ЭЦНИ5А-100 - 1350 |
100 |
1300 |
80 - 180 |
1360 - 800 |
49,0 |
248 |
288 |
ЭЦН5А- 160 - 1100 |
160 |
1080 |
125-205 |
1225 - 710 |
57,5 |
226 |
313 |
ЗЦН5А- 160 - 1400 |
1400 |
1520 - 1000 |
50,0 |
275 |
355 |
Шифр насоса |
Номинальные |
Рабочая область |
КПД, % |
Число ступеней |
Масса, кг |
||
подача, м3/сут |
напор, м |
подача, м3/сут |
напор, м |
||||
ЭЦН5А-250 - 800 |
250 |
800 |
190 - 330 |
900 - 490 |
59,5 |
160 |
375 |
ЭЦН5А-250 - 1000 |
1010 |
190 - 350 |
1110 - 625 |
187 |
432 |
||
ЭЦН5А-360 - 600 |
360 |
570 |
290 - 430 |
670 - 440 |
59,3 |
150 |
360 |
ЭЦН5А-360 - 700 |
660 |
760 - 500 |
162 |
386 |
|||
ЭЦН5А-360 - 850 |
850 |
950 - : 680 |
186 |
456 |
|||
ЭЦН6 - 100 - 900 |
100 |
865 |
75 - 145 |
940 - 560 |
48,0 |
125 |
220 |
ЭЦНИ6 - 100 - 900 |
900 |
75 - 140 |
995 - 610 |
51,2 |
123 |
195 |
|
ЭЦН6 - 100 - 1500 |
1480 |
80 - 165 |
1580 - 780 |
41,1 |
212 |
335 |
|
ЭЦНИ6 - 100 - 150 |
1460 |
75 - 140 |
1560 - 950 |
51,3 |
192 |
300 |
|
ЭЦН6 - 160 - 850 |
160 |
855 |
130 - 185 |
930 - 750 |
56,5 |
125 |
198 |
ЭЦНИ6 - 160 - 750 |
740 |
830 - 605 |
57,0 |
109 |
182 |
||
ЭЦН6-160 - 1100 |
1150 |
1260 - 980 |
56,5 |
177 |
275 |
||
ЭЦНИ6 - 160 - 11 (И |
1060 |
1195 - 875 |
57,0 |
158 |
242 |
||
ЭЦН6 - 160 - 1450 |
1580 |
1740 - 1380 |
56,5 |
247 |
382 |
||
ЭЦНИ6 - 160 - 145 |
1385 |
1550 - 1140 |
57,8 |
222 |
338 |
||
ЭЦН6 - 250 - 800 |
250 |
785 |
200 - 330 |
850 - 550 |
62,0 |
125 |
240 |
ЭЦНИ6 - 250 - 800 |
850 |
190 - 320 |
920 - 615 |
61,0 |
133 |
238 |
|
ЭЦН6 - 250 - 1050 |
1140 |
200 - 330 |
1230 - 820 |
62,0 |
183 |
386 |
|
ЭЦНИ6 - 250 - 1050 |
1080 |
190 - 320 |
1175 - 815 |
61,0 |
170 |
333 |
|
ЭЦН6 - 250 - 1400 |
1385 |
200 - 330 |
1490 - 960 |
62,0 |
229 |
424 |
|
ЭЦН6 - 350 - 650 |
350 |
620 |
280 - 440 |
685 - 400 |
64,0 |
90 |
280 |
ЭЦНИ6 - 350 - 650 |
690 |
230 - 430 |
700 - 470 |
51,8 |
106 |
261 |
|
ЭЦН6 - 350 - 850 |
840 |
280 - 440 |
925 - 510 |
64,0 |
125 |
390 |
|
ЭЦНИ6 - 350 - 850 |
850 |
230 - 430 |
1000 - 530 |
49,6 |
149 |
371 |
|
ЭЦНИ6 - 350 - 1100 |
1000 |
260 - 430 |
1170 - 710 |
61,5 |
154 |
455 |
|
ЭЦН6 - 500 - 450 |
500 |
445 |
350 - 680 |
530 - 260 |
62,5 |
84 |
286 |
ЭЦНИ6 - 500 - 450 |
415 |
300 - 600 |
558 - 328 |
.50,0 |
93 |
250 |
|
ЭЦН6-500 - 750 |
775 |
350 - 680 |
905 - 455 |
62,5 |
143 |
477 |
|
ЗЦНИ6 - 500 - 750 |
750 |
420 - 650 |
860 - 480 |
60,0 |
145 |
462 |
Тa6лица 3.2
Параметры ЭЦН в модульном исполнении
Обозначение насоса |
Номинальные |
Рабочая область |
КПД, % |
Число ступе-ней |
Мощность, кВт |
||
подача, м3/сут |
напор, м |
подача, м3/сут |
напор, м |
||||
ЭЦНМ5 - 50 - 1300 |
50 |
1360 |
25 - 70 |
1400 - 1005 |
43 |
264 |
23 |
ЭЦНМК5 - 50 - 1300 |
1360 |
1400 - 1005 |
264 |
23 |
|||
ЭЦНМ5 - 50 - 1700 |
1725 |
1780 - 1275 |
336 |
28,8 |
|||
ЭЦНМК5 - 50 - 1700 |
1725 |
1780 - 1275 |
336 |
28,8 |
|||
ЭЦНМ5 - 80 - 1200 |
80 |
1235Т |
70 - 115 |
1290 - 075 |
51,5 |
269 |
26,7 |
ЭЦНМК5 - 80 - 1200 |
1235 |
1290 - 675 |
269 |
26,7 |
|||
ЭЦНМ5 - 80 - 1400 |
1425 |
1490 - 1155 |
310 |
30,4 |
|||
ЭЦНМК5 - 80 - 1400 |
1425 |
1490 - 1155 |
310 |
30,4 |
|||
ЭЦНМ5 - 80 - 1550 |
1575 |
1640 - 855 |
342 |
33,1 |
|||
ЭЦНМК5 - 80 - 1550 |
1575 |
1640 - 855 |
342 |
33,1 |
|||
ЭЦНМ5 - 80 - 1800 |
1800 |
1880 - 980 |
392 |
38,4 |
|||
ЭЦНМК5 - 80 - 1800 |
1800 |
1880 - 980 |
392 |
38,4 |
|||
ЭЦНМК5 - 125 - 1000 |
125 |
1025 |
105 - 165 |
1135 - 455 |
58,5 |
227 |
29,1 |
ЭЦНМ5 - 125-1000 |
1025 |
1135 - 455 |
227 |
29,1 |
|||
ЭЦНМК5- 125 - 1200 |
1175 |
1305 - 525 |
261 |
34,7 |
|||
ЭЦНМ5 - 125 - 1200 |
1175 |
1305 - 525 |
261 |
34,7 |
|||
ЭЦНМК5 - 125 - 1300 |
1290 |
1440 - 575 |
288 |
38,1 |
|||
ЭЦНМ5 - 125 - 1300 |
1290 |
1440 - 575 |
288 |
38,1 |
|||
ЭЦНМК5 - 125-1800 |
1770 |
1960 - 785 |
392 |
51,7 |
|||
ЭЦНМК5 - 125 - 1800 |
1770 |
I960- 785 |
392 |
51,7 |
|||
ЭЦНМ5 - 200 - 800 |
200 |
810 |
150 - 265 |
970 - 455 |
50 |
228 |
46 |
ЭЦНМ5 - 200 - 1000 |
1010 |
1205 - 565 |
283 |
54,5 |
|||
ЭЦНМ5 - 200 - 1400 |
1410 |
1670 - 785 |
393 |
76,2 |
|||
ЭЦНМ5А- 160 - 1450 |
160 |
1440 |
125 - 205 |
1535 - 805 |
61 |
279 |
51,3 |
ЭЦНМК5А- 160 - 1450 |
1440 |
1535 - 905 |
279 |
51,3 |
|||
ЭЦНМ5А- 160 - 1600 |
1580 |
1760 - 1040 |
320 |
56,2 |
|||
ЭЦНМК5А- 160 - 1600 |
1580 |
1760 - 1040 |
320 |
56,2 |
|||
ЭЦНМ5А- 160 - 1750 |
1750 |
1905 - 1125 |
346 |
62,3 |
|||
ЭЦНМК5А-160 - 1750 |
1750 |
1905 - 1125 |
346 |
62,3 |
Обозначение насоса |
Номинальные |
Рабочая область |
КПД, % |
Число ступе-ней |
Мощность, кВт |
||
подача, м3/сут |
напор,м |
подача, м3/сут |
напор, м |
||||
ЭЦНМ5А-250 - 1000 |
250 |
1000 |
195 - 340 |
1140 - 600 |
61,5 |
184 |
55,1 |
ЭЦНМК5А-250 - 1000 |
1000 |
1140 - 600 |
184 |
55,1 |
|||
ЭЦНМ5А-250 - 1100 |
1090 |
1240 - 650 |
200 |
60,1 |
|||
ЭЦНМК5А-250 - 1100 |
1090 |
1240 - 650 |
200 |
60,1 |
|||
ЭЦНМ5А-250 - 1400 |
1385 |
1575 - 825 |
254 |
76,3 |
|||
ЭЦНМК5А-250 - 1400 |
1385 |
1575 - 825 |
254 |
76,3 |
|||
ЭЦНМ5А-250 - 1700 |
1685 |
1920 - 1010 |
310 |
92,8 |
|||
ЭЦНМК5А-250 - 1700 |
1685 |
1920 - 1010 |
310 |
92,8 |
|||
ЭЦНМ5А-400 - 950 |
400 |
965 |
300 - 440 |
1180 - 826 |
59,5 |
236 |
84,2 |
ЭЦНМК5А-400 - 950 |
965 |
1180 - 826 |
236 |
84,2- |
|||
ЭЦНМ5А-400 - 1250 |
1255 |
1540 - 1080 |
308 |
113,9 |
|||
ЭЦНМК5А-400 - 1250 |
1255 |
1540 - 1080 |
308 |
113,9 |
|||
ЭЦНМ5А-500 - 800 |
500 |
815 |
430 - 570 |
845 - 765 |
54,5 |
201 |
100,5 |
ЭЦНМК5А-500 - 800 |
815 |
845 - 765 |
201 |
100,5 |
|||
ЭЦНМ5А-500 - 1000 |
1000 |
1035 - 935 |
246 |
123,3 |
|||
ЭЦНМК5А-500 - 1000 |
1000 |
1035- 935 |
246 |
123,3 |
|||
ЭЦНМ6 - 250 - 1400 |
250 |
1470 |
200 - 340 |
540 - 935 |
63 |
233 |
78,7 |
ЭЦНМК6 - 250 - 1400 |
1470 |
540 - 935 |
233 |
78,7 |
|||
ЭЦНМ6 - 250 - 1600 |
1635 |
1705 - 1035 |
258 |
87,5 |
|||
ЭЦНМКб - 250 - 1600 |
1635 |
1705 - 1035 |
258 |
87,5 |
|||
ЭЦНМ6 - 500 - 1150 |
500 |
1150 |
380 - 650 |
1325 - 650 |
60 |
217 |
127,9 |
ЭЦНМКб - 500 - 1150 |
1150 |
1325 - 650 |
217 |
127,9 |
|||
ЭЦНМ6А-800 - 1000 |
800 |
970 |
550 - 925 |
1185 - 720 |
60 |
206 |
172,7 |
ЭЦНМК6А-800 - 1000 |
970 |
1185 - 720 |
206 |
172,7 |
|||
ЭЦНМ6А- 1000 - 900 |
1000 |
900 |
850 - 1200 |
1040 - 625 |
60 |
208 |
202,2 |
ЭЦНМК6А- 1000 - 900 |
900 |
1040 - 625 |
208 |
202,2 |
Всего предусмотренно 15 типоразмеров погружных электродвигателей [7] мощностью от 14 до 125 кВт (табл. 3.3). Большие мощности и малые диаметры вызывают необходимость иметь большую длину электродвигателя до 8,2 м.
Для предотвращения попадания пластовой жидкости из скважины корпус электродвигателя выполняется герметичным и его заполняют трансформаторным маслом с высоким пробивным напряжением. Масло служит одновременно смазкой для подшипников скольжения электродвигателя.
Трансформаторное масло для лучшего охлаждения и смазки опор циркулирует. Оно поднимается по пустотелому валу к турбинке и нагнетается ею в полость над статором двигателя. Отсюда оно идет по зазорам между статором и ротором и по пазам в статорном железе, отводя тепло от перегретых деталей и вынося продукты износа из подшипников.
Обозначения: ПЭД-20-103 - погружной электродвигатель; 20 - номинальная мощность, кВт; 103 - наружный диаметр, мм.
Таблица 3.3
Характеристики погружных электродвигателей
Электродвигатель |
Номинальные |
кпд,% |
cosα |
Скорость охлаждения жидкости, м/с |
Темпера-тура окружаю-щей среды, ºС |
Длина, м |
Масса, кг |
||
Мощ-ность, кВт |
напряжения, В |
ток, А |
|||||||
ПЭД14 - 103 |
14 |
350 |
40 |
72 |
0,80 |
0,06 |
70 |
4,20 |
200 |
ПЭД20 - 103 |
20 |
700 |
29 |
73 |
0,78 |
0,06 |
70 |
5,17 |
275 |
ПЭД28 - 103 |
28 |
850 |
34,7 |
73 |
0,75 |
0,085 |
70 |
5,5 |
295 |
ПЭД40 - 103 |
40 |
1000 |
40 |
72 |
0.80 |
0,12 |
55 |
6,2 |
335 |
ПЭДС55 - 103 |
55 |
850 |
69 |
73 |
0,75 |
0,37 |
70 |
5,21 |
500 |
ПЭД45 - 117 |
45 |
1400 |
27,3 |
81 |
0,84 |
0,27 |
50 |
5,60 |
382 |
ПЭД65 - 117 |
65 |
2000 |
27,5 |
81 |
0,84 |
0,27 |
50 |
7,5 |
525 |
ПЭД90 - 117 |
90 |
2000 |
38,7 |
81 |
0,83 |
0,4 |
60 |
10,76 |
750 |
ПЭД17 - 123 |
17 |
400 |
39,5 |
78 |
0,80 |
0,1 |
80 |
4,6 |
348 |
ПЭД35 - 123 |
35 |
550 |
55,5 |
79 |
0,84 |
0,12 |
70 |
5,45 |
425 |
ПЭД46-123 |
46 |
700 |
56,5 |
79 |
0,85 |
0,2 |
80 |
6,73 |
528 |
ПЭД55 - 123 |
55 |
800 |
61,5 |
78 |
0,83 |
0,2 |
70 |
7,2 |
568 |
ПЭД 75 - 123 |
75 |
915 |
73,5 |
76 |
0,85 |
0,3 |
55 |
8,02 |
638 |
ПЭД100 - 123 |
100 |
950 |
89,5 |
80 |
0,85 |
0,35 |
60 |
8,02 |
638 |
ПЭД125 - 138 |
125 |
2000 |
50,5 |
84 |
0,85 |
0,9 |
50 |
8,21 |
800 |
Теплостойкость изоляции проводов обмотки электродвигателей ограничена 130 - 160°С, поэтому температура добываемой жидкости в скважине не должна превышать 50 - 80°С в зависимости от конструкции двигателя и применяемых материалов (табл. 3.3).
В настоящее время разработаны и начинают широко внедряться погружные электродвигатели для привода насосов в модульном исполнении. Двигатели предназначены для работы в среде пластовой жидкости с температурой до 110°С и гидродинамическим давлением до 20 МПа.
Обозначения: ПЭДУСК-90-117В5 - погружной электродвигатель унифицированный. С - секционный, К - коррозионно-стойкий (отсутствующие буквы - нормальный); 90 - полезная (номинальная) мощность, кВт; 117 - диаметр корпуса, мм; В5 - климатическое исполнение и категория размещения [17].
В табл. 3.4 представлены основные характеристики 16 типоразмеров секционных погружных электродвигателей. Каждый типоразмер имеет нормальное и коррозионное исполнение, буквы после размера двигателя обозначают; В - верхняя секция; Н - нижняя; С - средняя.
Таблица 3.4
Характеристики погружных электродвигателей
Электродвигатель |
Номинальные |
кпд, % |
cosα |
Скорость охлаждения жидкости, м/с |
||||
мощность, кВт |
напряжения, В |
Ток, А |
||||||
секция |
в сборе |
секция |
в сборе |
|||||
ПЭД14 - 103 |
16 |
- |
530 |
- |
26 |
80 |
0,83 |
0,06 |
ПЭД 22 - 103 |
22 |
- |
700 |
- |
27 |
80 |
- |
- |
ПЭД32 - 103 |
32 |
- |
1000 |
- |
27,5 |
- |
- |
- |
ПЭД 45 - 103 |
45 |
- |
1050 |
- |
37,0 |
79 |
0,84 |
0,08 |
ПЭД32 - 103В |
31,5 |
63 |
750 |
1500 |
36,5 |
80 |
0,83 |
0,12 |
ПЭД32 - 103Н |
31,5 |
750 |
||||||
ПЭД45 - 103В |
45 |
90 |
1050 |
2100 |
37 |
79 |
0,84 |
0,3 |
ПЭД45 - 103Н |
45 |
1050 |
||||||
ПЭД 45-117 |
45 |
- |
1000 |
- |
36 |
84 |
0,86 |
0,08 |
ПЭД45 - 117В |
45 |
90 |
975 |
1950 |
37 |
» |
» |
0,3 |
ПЭД45 - 117Н |
45 |
975 |
||||||
ПЭД63 - 117 |
63 |
- |
1400 |
- |
36 |
» |
» |
0,12 |
ПЭД90 - 123 |
90 |
- |
2200 |
- |
32,5 |
85 |
0,86 |
0,3 |
ПЭД90 - 123В |
90 |
150 |
1075 |
2150 |
66 |
85 |
0,86 |
0,6 |
ПЭД90 - 123Н |
90 |
1075 |
||||||
ПЭД83 - 123В |
83,5 |
250 |
750 |
2250 |
88 |
85 |
0,86 |
0,8 |
ПЭД83 - 123С |
83,5 |
750 |
||||||
ПЭД83 - 123Н |
83,5 |
750 |
||||||
ПЭД90 - 130В |
90,0 |
180 |
1150 |
2300 |
61 |
85 |
0,87 |
0,6 |
ПЭД90 - 130Н |
90,0 |
1150 |
||||||
ПЭД125 - 130В |
125 |
250 |
1150 |
2300 |
85 |
85 |
0,87 |
0,8 |
ПЭД125 - 130Н |
125 |
1150 |
||||||
ПЭД120 - 130В |
120 |
360 |
767 |
2300 |
22 |
85 |
0,87 |
1,0 |
ПЭД120 - 130С |
120 |
767 |
||||||
ПЭД120 - 130Н |
1 20 |
767 |
К погружному электродвигателю от трансформатора по кабельной линии подводится электроэнергия. Кабельная линия состоит из основного кабеля круглого сечения и срощенного с ним плоского кабеля с муфтой кабельного ввода, обеспечивающей герметичное соединение кабельной линии с электродвигателем.
В качестве основного кабеля могут использоваться круглые кабели КРБК, КПБК, КТЭБК, КФСБК или плоские кабели марок КПБП, КТЭП, КФСБ. В качестве удлинителя - плоские кабели КПБП или КФСБ,
Кабель марки КРБК состоит из трех жил, каждая из которых скручена из медных проволок и обжата диэлектрической резиной. Три изолированные жилы заключены в общий найритовый нефтестойкий шланг. На шланг накладываются маслостойкая ткань и оплетка из хлопчатобумажной пряжи или лавсана. На оплетку наложена стальная оцинкованная ленточная броня. Допустимая температура окружающей среды + 90°С и давление пластовой жидкости до 10 МПа.
Кабели КПБК и КПБП с полиэтиленовой изоляцией высокого давления предназначены для эксплуатации при температуре окружающей среды до +90°С и давлении до 25 МПа. Их преимуществом по сравнению с резиновыми является отсутствие насыщения изоляции кабеля попутным нефтяным газом.
Кабели марок КТЭБК и КТЭБ с изоляцией из термоэластопласта предназначены для эксплуатации при температурах окружающей среды до +110°С и давлении пластовой жидкости 35 МПа [17].
Кабели КФСБК и КФСБ с фторпластовой изоляцией предназначены для эксплуатации при температурах окружающей среды до +160°С и давлении пластовой жидкости до 35 МПа.
В промежутках между основными изолированными жилами круглых и плоских кабелей могут располагаться изолированные жилы меньшего сечения.
Плоский кабель КФСБ состоит из медных, изолированных полиамиднофторопластовой пленкой жил в изоляции из фторопласта и оболочки из свинца, а также подушки и брони. В качестве брони плоских кабелей .используется холоднокатаная отожженная медная лента. В связи с более низкой механической прочностью медной ленты по сравнению со стальной использование плоских кабелей в качестве основных оправдано только в исключительных случаях (малый зазор и др.).
Допустимая плотность тока, определяющая применяемость кабеля, составляет [17]:
для кабелей с резиновой изоляцией i = 2,5 ÷ 2,7 а/мм2;
для кабелей с полиэтиленовой и термоэластопластовой изоляцией i = 5 а/мм2;
для кабелей с фторопластовой изоляцией i = 7 а/мм2.
Основные характеристики кабелей приведены в табл. 3.5.
Таблица 3.5
Основные характеристики кабелей
Кабель |
Число X площадь сечения жил, мм2 |
Максимальные наружные размеры, мм |
Номинальная строительная длина, м |
Расчетная масса, кг/км |
Рабочее напряжение, В |
|
основное |
Контроль |
|||||
КРБК |
3 х 10 |
- |
27,5 |
1200 |
1100 |
1100 |
3 х 16 |
- |
29,3 |
1100 |
1650 |
» |
|
3 х 25 |
- |
32,1 |
950 |
2140 |
» |
|
3 х 35 |
- |
34,7 |
850 |
2680 |
» |
|
КПБК |
3 х 6 |
- |
25 |
850 - 1950 |
712 |
2500 |
3 х 10 |
- |
29 |
1200 - 1700 |
898 |
» |
|
3 х 16 |
- |
32 |
1100 - 1900 |
1125 |
3300 |
|
3 х 25 |
- |
35,6 |
1000 - 1800 |
1564 |
» |
|
3 х 35 |
- |
38,3 |
500 |
1913 |
» |
|
3 х 50 |
- |
44,0 |
500 |
2425 |
» |
|
КПБП |
3 х 6 |
- |
10,2 х 27,5 |
300 и кратн. |
796 |
2500 |
3 х 10 |
- |
13,6 х 33,8 |
1200 - 1700 |
950 |
» |
|
3 х 16 |
- |
15,0 х 37,4 |
1100 - 1700 |
1170 |
» |
|
3 х 25 |
- |
15,4 х 43,0 |
1000 - 1800 |
1615 |
3300 |
|
3 х 35 |
- |
18 х 48,2 |
500 |
2098 |
» |
|
3 х 50 |
- |
19,7 х 52,3 |
500 |
2641 |
» |
|
КФСБ |
3 х 6 |
- |
10,1 х 25,7 |
100 и кратн. |
1123 |
2500 |
3 х 10 |
- |
11,1x28,1 |
» |
1489 |
» |
|
3 х16 |
- |
12,3 х 31,7 |
» |
1900 |
3300 |
|
3 х 25 |
- |
14,5 х 38,2 |
1500 |
2440 |
» |
|
3 х 6 |
2 х 0,5 |
10,3 х 25,7 |
100 и кратн. |
1173 |
2500 |
|
3 х 10 |
2 х 0,5 |
11,1 х 28,1 |
» |
1539 |
» |
|
3 х 16 |
2 х 0,5 |
12,3 х 31,7 |
» |
1950 |
3300 |
|
3 х 25 |
2 х 0,5 |
14,5 х 38,2 |
1500 |
2490 |
» |
|
КФСБК |
3 х 6 |
- |
22,2 |
1500 |
1103 |
2500 |
3 х 10 |
- |
23,9 |
» |
1420 |
3300 |
|
3 х 16 |
- |
26,4 |
» |
1850 |
» |
|
3 х 25 |
- |
31,1 |
» |
2390 |
» |
|
3 х 6 |
3 х 0,5 |
22,2 |
1500 |
1178 |
2500 |
|
3 x 10 |
3 х 0,5 |
23,9 |
» |
1495 |
» |
|
3 х 16 |
3 х 0,5 |
26,4 |
» |
1925 |
3300 |
|
3 х 25 |
3 х 0,5 |
31,1 |
» |
2465 |
» |
|
КТЭБ |
3 х 6 |
- |
10,2X27,5 |
100 и кратн. |
502 |
2500 |
3 х 10 |
- |
13,6X33,8 |
1500 |
842 |
» |
|
3 х 16 |
- |
15,0X37,4 |
» |
1083 |
» |
|
3 х 25 |
- |
15,4X43,0 |
» |
1403 |
3300 |
|
3 х 35 |
- |
18,0X48,2 |
» |
1716 |
» |
|
3 х 6 |
2 х 0,5 |
10,2X27,5 |
100 и кратн. |
542 |
2500 |
|
3 х 10 |
2 х 0,5 |
13,6X33,8 |
1500 |
882 |
» |
|
3 х 16 |
2 х 0,5 |
15,0X37,4 |
» |
1123 |
3300 |
|
3 х 25 |
2 х 0,5 |
15,4X43,0 |
» |
1443 |
» |
|
3 х 35 |
2 х 0,5 |
18,0X48,2 |
» |
1756 |
» |
|
КФСБК |
3 х 6 |
- |
25 |
1500 |
464 |
2500 |
3 х 10 |
- |
29 |
» |
795 |
» |
|
3 х 16 |
- |
32 |
» |
1132 |
» |
|
3 х 25 |
- |
35,6 |
» |
1355 |
3300 |
|
3 х 35 |
- |
38,6 |
» |
1672 |
» |
|
3 х 6 |
2 х 0,5 |
25 |
1500 |
524 |
2500 |
|
3 х 10 |
2 х 0,5 |
29 |
» |
855 |
> |
|
3 х 16 |
2 х 0,5 |
32 |
» |
1092 |
3300 |
|
3 х 25 |
2 х 0,5 |
35,6 |
» |
1415 |
» |
|
3 х 35 |
2 х 0,5 |
38,6 |
» |
1732 |
» |
Диаметр насосно-компрессорных труб (НКТ) определяется их пропускной способностью и возможностью совместного размещения в скважине труб с муфтами, насоса и круглого кабеля. Выбирается диаметр НКТ по дебиту скважины, исходя из условия, что средняя скорость потока в трубах должна быть в пределах Vср = 1,2 ÷ 1,6 м/с, причем меньшее значение берется для малых дебитов. Исходя из этого определяют площадь внутреннего канала НКТ, м2,
, (3.1)
и внутренний диаметр, см,
, (3.2)
где Q - дебит скважины, м3/сут; Vср - выбранная величина средней скорости.
Исходя из ближайшего внутреннего диаметра выбирается стандартный диаметр НКТ. Если разница получается существенной, то корректируется Vср.
, (3.2')
где Fвн - площадь внутреннего канала выбранных стандартных НКТ.
Диаметр НКТ также может быть определен по кривым потерь в насосных трубах (рис. 63 [27]) для заданного дебита и выбранного КПД труб не ниже 0,94.
Необходимый напор определяется из уравнения условной характеристики скважины:
, (3.3)
где hст - статический уровень жидкости в скважине, м; Δh - депрессия, м; hтр - потери напора на трение в трубах; hг - разность геодезических отметок сепаратора и устья скважины; hc - потери напора в сепараторе.
Депрессия определяется при показателе степени уравнения притока, равном единице:
, (3.4)
где К - коэффициент продуктивности скважины, м3/сут·МПа; ρж - плотность жидкости, кг/м3; g = 9,81 м/с2.
Потери напора на трение в трубах, м, определяются по формуле
, (3.5)
где L глубина спуска насоса, м,
; (3.6)
h - глубина погружения насоса под динамический уровень; l - расстояние от скважины до сепаратора, м; λ - коэффициент гидравлического сопротивления,
Коэффициент λ определяют в зависимости от числа Re и относительной гладкости труб Ks:
, (3.7)
где ν - кинематическая вязкость жидкости, м2/с;
, (3.8)
где Δ - шероховатость стенок труб, принимаемая для незагрязненных отложениями солей и парафина труб равной 0,1 мм. По графику (рис. 64 [27]) находят значение λ.
Другим способом определения λ является вычисление ее по числу Рейнольдса, независимо от шероховатости:
, если Re < 2300 (3.9)
, если Re > 2300 (3.10)
Потери напора на преодоление давления в сепараторе
, (3.11)
где Pc - избыточное давление в сепараторе.
Подставляя вычисленные значения Δh, hтр и hc и наперед заданные hст и hг в формулу (3.3), найдем величину необходимого напора для данной скважины.
Подбор насоса для заданной подачи, необходимого напора и диаметра эксплуатационной колонны скважины производят по характеристикам погружных центробежных насосов (табл. 3.1). При этом необходимо иметь в виду, что в соответствии с характеристикой ЭЦН напор насоса увеличивается при уменьшении подачи, а КПД имеет ярко выраженный максимум.
Поскольку характеристики на конкретные типоразмеры ЭЦН часто отсутствуют, то целесообразно по заданным трем точкам рабочей области (табл. 3.1, 3.2) построить участок характеристики для точного определения напора ЭЦН.
Учитывая, что табличные характеристики построены для воды, следует изменить табличные значения напора в соответствии с плотностью реальной жидкости по соотношению
, (3.12)
где Нв - табличное значение напора ЭЦН; ρв - плотность пресной воды; ρж - плотность реальной жидкости,
Для учета вязкости реальной жидкости (более 0,03 - 0,04 см2/с) и пересчета характеристики ЭЦН следует воспользоваться известными методиками пересчета, например [12].
Для совмещения характеристик скважины и насоса применяют два способа.
1. На выкиде из скважины устанавливают штуцер, на преодоление дополнительного сопротивления которого расходуют избыточный напор насоса ΔH = H - Нc. Однако, этот способ прост, но не экономичен, так как снижает КПД насоса и установки в целом.
2. Второй способ предусматривает разборку насоса и снятие лишних ступеней. Этот способ трудоемкий, но наиболее экономичный, так как КПД насоса не изменяется.
Число ступеней, которое нужно снять с насоса для получения необходимого напора, равно [27]
, (3.12a)
где Н - напор насоса по его характеристике, соответствующий дебиту скважины; Нс - необходимый напор скважины; z - число ступеней насоса.
Необходимую (полезную) мощность двигателя, кВт, определяют по формуле
, (3.13)
где ηн - КПД насоса по его рабочей характеристике, ρж - наибольшая плотность откачиваемой жидкости.
Учитывая, что КПД передачи от двигателя до насоса (через протектор) составляет 0,92 ÷ 0,95 (подшипники скольжения), определим необходимую мощность двигателя:
. (3.14)
Ближайший больший по мощности типоразмер электродвигателя выбираем по табл. 3.3 и 3.4 с учетом диаметра эксплуатационной колонны. Запас мощности необходим для преодоления высоких пусковых моментов УЭЦН.
Задача 20. (ОБРАЗЕЦ) Рассчитать необходимый напор ЭЦН, выбрать насос и электродвигатель для заданных условий скважины.
Дано: наружный диаметр эксплуатационной колонны - 140 мм;
глубина скважины - 2000 м;
дебит жидкости Q = 120 м3/сут;
статический уровень hст = 850 м;
коэффициент продуктивности скважины К = 60 м3/(сут · МПа);
глубина погружения под динамический уровень h = 40 м;
кинематическая вязкость жидкости ν = 2·10-6 м2/с;
превышение уровня жидкости в сепараторе над устьем скважины hг = 15 м;
избыточное давление в сепараторе Рс = 0,2 МПа;
расстояние от устья до сепаратора l = 60 м;
плотность добываемой жидкости ρж = 880 кг/м3.
Решение. Определяем площадь внутреннего канала НКТ по формуле (3.1) при Vср = 1,3 м/с:
.
Внутренний диаметр по формуле (3.2)
.
Ближайший больший dвн имеют НКТ диаметром 48 мм (dвн = 40 мм).
Скорректируем выбранное значение Vср = 130 см/с:
.
При выборе НКТ по графику [27, рис. 63] при дебите 120 м3/сут и КПД = 0,96 также получим НКТ диаметром 48 мм. Депрессия по формуле (3.4) будет равна
.
Число Рейнольдса по формуле (3.7)
.
Относительная гладкость труб по формуле (3.8)
.
По графику [27, рис. 64], находим λ = 0,03.
Определим λ по формуле (3.10) для сравнений.
.
Глубина спуска насоса по формуле (3.6)
.
Потери на трение в трубах по формуле (3.5)
.
Потери напора в сепараторе по формуле (3.11)
.
Величина необходимого напора (формула (3.3))
.
Для получения дебита Q = 120 м3/сут и напора Нс =1176 м по табл. 3.1 выбираем ЭЦН5-130-1200 с числом ступеней 282, учитывая, что эксплуатационная колонна у нас диаметром 140 мм (гр. 5).
По данным табл. 3.1 построим.участок рабочей области характеристики Q - Н (рис. 3.1).
Рис. 3.1. Рабочая область характеристики ЭЦН
Из полученной рабочей области характеристики найдем, что при дебите 120 м3/сут напор ЭЦН на воде составит 1250 м.
По соотношению (3.12) найдем напор насоса на реальной жидкости, если по условию ρж = 880 кг/м3;
.
Так как вязкость жидкости не превышает 3 сантипуаз, то пересчет по вязкости жидкости не требуется.
Для совмещения характеристик насоса и скважины определим по формуле (3.12а) число ступеней, которое нужно снять с насоса:
.
Следовательно, насос должен иметь 234 ступени, вместо снятых устанавливаются проставки. Напор одной ступени составит 5,03 м.
При установке штуцера на выкиде из скважины мы совмещаем напоры ЭЦН и скважины, но уменьшаем подачу ЭЦН, одновременно уменьшая его КПД.
Полезная мощность электродвигателя (формула (3.13))
,
где 0,57 - КПД насоса (табл. 3.1). Необходимая мощность двигателя
.
Ближайший больший типоразмер выбираем по табл. 3.3. Это ПЭД 28 - 103 с КПД 0,73, напряжение 850 В, сила тока 34,7 A, cosα = 0,75, температура окружающей среды до 70°С.
Этому двигателю соответствует гидрозащита П92, ПК92, П92Д [17].
По табл. 3.4 можно также выбрать ПЭД32-103, который будет иметь больший запас мощности.
Наиболее затруднительным является определение глубины погружения насоса h под динамический уровень при наличии значительного газового фактора.
Этому вопросу посвящены труды многих исследователей. Нашей задачей является получение упрощенной методики расчета этой величины. Глубина погружения насоса h под динамический уровень входит составной частью в формулу (3.6), а часть потерь напора на трение определяют по формуле (3.5).
Недостаточное погружение насоса под динамический уровень, где уже появляется в значительных количествах свободный газ, приводит к снижению подачи насосом жидкости или к срыву подачи при блокировке ЭЦН газовым пузырем.
Наоборот, чрезмерное погружение насоса под динамический уровень приводит к росту давления и температуры, снижающих эксплуатационные характеристики кабеля и электродвигателя, к интенсивному поступлению песка в насос при небольшом расстоянии от забоя и неоправданному увеличению длины НКТ и кабеля. В технических характеристиках ЭЦН свободное газосодержание β на приеме не превышает 0,25.
Глубина погружения под динамический уровень, м,
, (3.15)
Здесь Рпр - давление на приеме насоса, МПа; Рз - давление в затрубном пространстве, МПа; g - ускорение свободного падения; ρсм - плотность водогазонефтяной смеси, кг/м3,
, (3.16)
где ρн, ρв, ρг - плотность нефти, воды и газа соответственно; n - обводненность; β - газосодержание на приеме.
Обычно давление на приеме Рпр определяют по специальной методике или по графикам [28], где учитывается истинное газосодержание α и обводненность n продукции скважины. Предполагая, что на глубине спуска насоса отсутствует скольжение газовой фазы относительно жидкостной, можно приравнять α к β. График изменения Рпр от газосодержания и обводненности представлен на рис. V.11.5 [28].
Другую, более точную, на наш взгляд, аналитическую зависимость Рпр можно получить из работы [16], где можно учесть не только обводненность и газосодержание, но и температуру на забое, объемный коэффициент нефти, сжимаемость и коэффициент сепарации газа:
, (3.17)
где Г - газовый фактор; Vpг - объем растворенного газа; n - обводненность продукции скважины; σ - коэффициент сепарации газа; То, Т - температура на устье и на приеме насоса в скважине соответственно; Ро = 0,1033 МПа - давление на устье; Z - коэффициент сжимаемости таза; Вн - объемный коэффициент нефти, соответствующий давлению на приеме насоса.
Для нахождения коэффициента сжимаемости газа Z воспользуемся графиками [19, рис. 10, 13], предварительно определив псевдокритическое давление и температуру.
Объемный коэффициент нефти определяется из работы [23] по формуле
. (3.18)
Здесь βн = 6,5·10-1 1/МПа - коэффициент сжимаемости нефти; αн - температурный коэффициент, при 0,86 < ρн < 0,96 αн = 10-3 ·(2,513 - 1,975); λн - безразмерный параметр, равный отношению удельного приращения объема нефти при растворении в ней газа к газосодержанию [22],
, (3.19)
где ρн20 - относительная плотность нефти при 20°С и атмосферном давлении к плотности воды при 4°С; ρг20 - относительная плотность газа; Г - газовый фактор м3/м3; tпл, Рпл - пластовые температура в °С и давление в МПа соответственно.
Для упрощения нахождения Вн, минуя вычисления λн, можно воспользоваться номограммой [19, рис. 2], учитывая, что точность определения Вн при этом значительно снижается.
Важным фактором, который необходимо учитывать при расчете необходимого напора ЭЦН, является полезная работа газа по подъему жидкости в трубах.
Высота поднятия жидкости расширяющимся газом может быть определена из формул Х.11, Х.53 [26]:
, (3.20)
где Рнас - давление насыщения газа, МПа; Ру - давление на устье, МПа; ρж - плотность при термодинамических условиях сечения; η - КПД работы газа в насосных трубах, η = 0,65 при 0,2 < n < 0,5.
Однако, проведенные расчеты по этой формуле дают завышенные результаты по сравнению с данными исследований П. Д. Ляпкова в Туймазанефть [19].
Наиболее близкие результаты дают расчеты высоты подъема жидкости газом по зависимости [12]:
, (3.21)
где d - внутренний диаметр труб, см; Рбуф = Ру - давление на устье (сепараторе).
При определении необходимого напора ЭЦН (формула (3.3)) из него следует вычитать высоту подъема жидкости газом, однако, необходимо при этом учитывать изменение газового фактора, обводненности и давления насыщения во время межремонтного периода работы установки ЭЦН.
Задача 21. По заданным условиям эксплуатационной скважины и оборудованию определить глубину погружения ЭЦН под динамический уровень при наличии газового фактора и высоту подъема жидкости газом.
Дано: наружный диаметр эксплуатационной колонны - 146 мм;
глубина скважины - 2000 м;
дебит жидкости Q = 120 м3/сут;
динамический уровень hд = 1098 м;
тип насоса ЭЦН5-130-1200;
необходимый напор насоса Нс = 1216 м;
газовый фактор Г = 70 м3/м3;
давление в затрубном пространстве Рз = 1,3 МПа;
обводненность нефти n = 0,40;
плотность газа ρг = 1,10 кг/м3;
плотность нефти ρн = 880 кг/м3;
температура жидкости на приеме - 50°С.
Решение. Определим давление на приеме по формуле (3.17). Из рекомендаций [16] для колонн диаметром 140 мм примем σ = 0,15. Из данных к расчету То = 288°К; Т = 323°К; n = 0,4.
Принимая газосодержание на приеме β = 0,25, найдем Vрг = 47 м3/м3.
По графикам [19, рис. 13] найдем псевдокритические давления и температуру по относительной плотности газа:
;
.
Принимая предварительно давление на приеме насоса 5 МПа, найдем приведенные давления и температуру:
.
По графикам Брауна [19, рис. 13] найдем Z = 0,82. Объемный коэффициент нефти найдем по формуле (3.18), предварительно определив λн по формуле (3.19):
.
(Для сравнения по графику на рис. 2 [19] Вн = 1,74).
Подставляя найденные значения в формулу (3.17) найдем:
.
Учитывая найденное давление на приёме насоса, вновь найдем приведенное давление:
,
оно изменяется, определим Вн и Рпр:
.
.
Вновь определяя Рп = 3,15/4,7 = 0,67, найдем Z = 0,87, a Рпр = 3,11 МПа, т. е. уточнение приблизительно на 1%, что выше точности определения Z по графикам. По этому определим Рпр = 3,15 МПа. (Для сравнения по графику на рис. V.11.5 в работе [28] Рпр = 1,9 МПа.)
Определим ρсм по формуле (3.16):
.
Найдем глубину погружения насоса под динамический уровень по формуле (3.15):
.
Глубина спуска насоса
.
Высоту подъема жидкости расширяющимся газом определим по формулам (3.20) и (3.21):
,
где по номограмме [19, рис. 1]
.
По методике [12]
.
По исследованиям П. Д. Ляпкова в условиях Туймазанефть [19] высота подъема жидкости за счет энергии газа в среднем равна 250 м, что ближе к результату по методике [12].
Таким образом, необходимый напор ЭЦН может быть снижен за счет полезной работы газа в НКТ:
.
Исследования и пример расчета показывают, что с помощью аналитических зависимостей можно существенно (на сотни метров) уточнить необходимую глубину погружения ЭЦН под динамический уровень, величину напора за счет подъемной силы газа при межремонтном периоде год и более следует ориентировочно брать с коэффициентом 0,7 - 0,8 с учетом падения пластового давления:
.
3. Выбор кабеля, трансформатора и определение эксплуатационных параметров УЭЦН
Сечение жилы кабеля выбирают по номинальному току электродвигателя, исходя из плотности i рабочего тока в этом кабеле:
, (3.22)
где I - номинальный ток электродвигателя, А; i - допустимая плотность тока, А/мм2.
При выборе кабеля следует учитывать температуру и давление окружающей среды, допустимое напряжение (табл. 3.5).
Если в добываемой жидкости имеется растворенный газ, предпочтение следует отдать кабелю с полиэтиленовой и эластопластовой изоляцией, так как она не поглощает растворенный в нефти газ и не повреждается им при подъеме на поверхность. При наличии в скважине коррозионно-активных агентов предпочтение отдают кабелю с фторопластовой изоляцией (табл. 3.5).
Потери мощности в кабеле, кВт, определяются по формуле [19,27]
(3.23)
где I - рабочий ток в электродвигателе, A; Lк - длина кабеля, м; R - сопротивление кабеля, Ом/м,
, (3.24)
где ρ = 0,0175 Ом·мм2/м - удельное сопротивление меди при t = 20°C; α = 0,004 - температурный коэффициент для меди; tз - температура на заборе у приема насоса; S - площадь поперечного сечения жилы кабеля.
Общая длина кабеля должна быть равна глубине спуска насоса плюс расстояние от скважины до станции управления и небольшой запас на ремонт кабеля:
. (3.25)
Выбирать трансформатор (автотрансформатор) следует на соответствие двух параметров: мощности и напряжения. Мощность трансформатора должна быть:
, (3.26)
где Рэд, ηэд - полезная мощность и КПД электродвигателя соответственно (табл. 3.3); ΔРк - потери мощности в кабеле. Для определения величины напряжения во вторичной обмотке трансформатора найдем величину падения напряжения в кабеле [27], В:
, (3.27)
где Rк = R·103 - активное удельное сопротивление 1 км кабеля, Ом/км; Хо - индуктивное удельное сопротивление кабеля (Хо = 0,1 Ом/км); cosφ - коэффициент мощности электродвигателя; sinφ - коэффициент реактивной мощности; Lк - длина кабеля, км.
Напряжение на вторичной обмотке трансформатора должно быть равно сумме рабочего напряжения электродвигателя и величине потерь напряжения в кабеле:
. (3.28)
Габаритный диаметр насосного агрегата определяют в двух сечениях с учетом того, что электродвигатель, насос и первые от насоса трубы представляют жесткую систему, и их размещение в скважине должно рассматриваться совместно [19].
В первом сечении учитываются диаметры электродвигателя насоса и плоский кабель:
, (3.29)
где Dэд, Dн - наружные диаметры электродвигателя и насоса соответственно; hк - толщина плоского кабеля; Sx - толщина хомута, крепящего кабель к насосу.
Во втором сечении учитывается размер муфты НКТ и круглый кабель:
, (3.30)
Должно быть, чтобы величина Dmax > Amax, в противном случае первые над насосом 100 - 150 м НКТ устанавливают на типоразмер меньше или устанавливают на этой длине плоский кабель.
Величина диаметрального зазора между эксплуатационной колонной и Dmax должна быть не менее 5 - 10 мм для эксплуатационных колонн диаметром до 219 мм в неосложненных условиях для вертикальной скважины.
Скорость движения охлаждающей жидкости в расположении электродвигателя определим по формуле
, (3.31)
где Dвн - внутренний диаметр эксплуатационной колонны; Q - дебит скважины, м3/сут.
Важным энергетическим показателем работы УЭЦН является расход электроэнергии на 1 т добываемой жидкости, кВт·час/т, определяемый по формуле [19]
, (3.32)
где Н - высота подъема жидкости из скважины, м; ηоб = ηтр·ηн·ηдв·ηавт·ηк - общий кпд установки.
По техническим данным оборудования определяется ηтр - КПД труб; ηн - КПД насоса; ηдв - КПД электродвигателя; ηавт - КПД автотрансформатора или трансформатора; КПД кабеля ηк можно определить исходя из потерь мощности в кабеле:
, (3.23)
где Рэд - номинальная мощность электродвигателя; ΔРк -потери мощности в кабеле.
Задача 22. По параметрам эксплуатационной скважины и оборудованию выбрать кабель, трансформатор, определить габариты УЭЦН, скорость охлаждающей жидкости и удельный расход электроэнергии.
Дано: наружный диаметр эксплуатационной колонны - 140 мм;
размер НКТ - - 48 x 4 мм;
дебит скважины Q = 120 м3/сут;
динамический уровень hд = 1100 м;
тип насоса ЭЦН5-130-1200.
тип электродвигателя ПЭД-40-103;
глубина спуска насоса - 1400 м;
температура на приеме насоса - 50°С;
расстояние до станции управления - 100 м.
Решение. По табл. 3.3 определим основные характеристики двигателя: напряжение U = 1000 В, ток I = 40 А, КПД 72%, соsφ = 0,80. Температура окружающей среды - 55°С, скорость охлаждающей жидкости > 0,12 м/с.
По формуле (3.22) определим сечение жилы:
.
Учитывая, что в жидкости имеется растворенный газ, выберем кабель с полиэтиленовой изоляцией (табл. 3.5) КПБК З x 10 мм и КПБП 3 x 10 мм с рабочим напряжением 2500 В, допустимым давлением до 25 МПа и температурой до 90°С и размером 13,6 х 33,8 мм.
Длина кабеля (формула (3.25))
.
Сопротивление кабеля (формула (3.24))
.
Потери мощности в кабеле (по формуле (3.23))
Мощность трансформатора (по формуле (3.26))
Падение напряжения в кабеле (формула (3.27))
где cosφ = 0,80; φ = arccos = 36,87°; sinφ = 0,60.
Напряжение на вторичной обмотке трансформатора
Этому условию удовлетворяет трансформатор ТСБЗ-100 [7, табл. 20] с пределами регулирования во вторичной обмотке 900 - 1300 В и мощностью 84,5 кВт на отпайке 1200 В.
Определим габаритный размер Dmax (формула (3.29)):
Габаритный размер Amax с учетом НКТ
Внутренний диаметр 140 мм эксплуатационной колонны равен 122 мм, следовательно, минимальный зазор составит 122 - 112,1 = 10 мм, что допустимо.
Скорость движения охлаждающей жидкости в расположении электродвигателя (формула (3.31))
.
Полученная скорость превышает необходимую скорость охлаждения (0,12 м/с) по характеристике электродвигателя ПЭД-40-103.
Удельный расход электроэнергии определим по формуле (3.32). По исходным данным оборудования найдем
По формуле (3.33) получим
Тогда ηоб = 0,94·0,57·0,72·0,727·0,96 = 0,269. Удельный расход электроэнергии на 1 т добытой жидкости (формула (3.32))
.
Задание для выполнения контрольной работы
Рассчитать необходимый напор ЭЦН, выбрать насос и электродвигатель для заданных условий скважины.
Наружный диаметр эксплуатационной колонны, мм |
глубина скважины, м |
дебит жидкости, м3/сут |
hст, м |
К, м3/сут |
h, м |
ν, м2/с |
hг, м |
Рс, МПа |
расстояние от устья до сепаратора, м |
ρж, кг\м3 |
140 |
4000 |
150 |
1000 |
70 |
60 |
4*10-6 |
20 |
0,4 |
80 |
880 |
Примечание: задание одинаковое для всех вариантов