Рассчитать необходимый напор ЭЦН выбрать насос и электродвигатель для заданных условий скважины

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.
Определим площадь внутреннего канала НКТ, м2 при Vср=1,3 м/с по формуле:
Fвн=Q86400∙Vср (1)
Fвн=10086400∙1,3=0,00089 м2=8,9 см2
и внутренний диаметр по формуле:
dвн=Fвн∙10-40,785 (2)
где Q - дебит скважины, м3/сут; Vср - выбранная величина средней скорости.
dвн=8,9∙10-40,785=0,03367≈34 мм
Исходя из ближайшего большего внутреннего диаметра выбирается стандартный диаметр НКТ (табл. 2).
Таблица 2.
748971535430
Ближайший больший к 34 мм диаметр внутренней трубы имеют НКТ диаметром 48,3 мм (dвн=40,3 мм).
Скорректируем выбранное значение Vср=1,3 м/с=130 см/с:
Vср=Q86400∙Fвн
где Fвн – площадь внутреннего канала выбранных стандартных НКТ.
Fвн=π∙dвн24=3,14∙(40,3∙10-3)24=0,0012749 м2=12,75 см2
Vср=10086400∙0,0012749 =0,9078≈0,91мс=91см/с
Необходимый напор определяется из уравнения условной характеристики скважины по формуле:
Hc=hcт+∆h+hтр+hг+hc (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 по формуле:
∆h=Q∙106K∙ρж∙g (4)
где К - коэффициент продуктивности скважины, м3/сут·МПа; ρж - плотность жидкости, кг/м3; ускорение свободного падения g = 9,81 м/с2.
∆h=100∙10670∙830∙9,81=175,45 м
Потери напора на трение в трубах, м, определяются по формуле:
hтр=λ∙L+l∙Vср2dвн∙2∙g (5)
где L глубина спуска насоса, м:
L=hcт+∆h+h (6)
где 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 Рейнольдса Re:
Re=Vср∙dвнν (7)
где ν - кинематическая вязкость жидкости, м2/с.
Re=0,9078∙40,3∙10-32∙10-6≈18293
Так как число Рейнольдса Re>2300, тогда коэффициент гидравлического сопротивления λ вычисляется по формуле:
λ=0,3164Re0,25 (8)
λ=0,3164182930,25=0,027
Глубина спуска по формуле (6):
L=750+175,45+40=965,45 м
Тогда по формуле (5) потери напора на трение в трубах:
hтр=0,027∙965,45+50∙0,9078240,3∙10-3∙2∙9,81=28,8 м
Потери напора на преодоление давления в сепараторе определяются по формуле:
hс=Pсρж∙g (9)
где Pc - избыточное давление в сепараторе.
hс=0,2∙106830∙9,81=24,56 м
Подставляя вычисленные значения Δh, hтр и hc и наперед заданные hст и hг в формулу (3), найдем величину необходимого напора для данной скважины:
Hc=750+175,45+28,8+10+24,56=988,91 м
Подбор насоса для заданной подачи, необходимого напора и диаметра эксплуатационной колонны скважины производят по характеристикам погружных центробежных насосов (табл.3) . При этом необходимо иметь в виду, что в соответствии с характеристикой ЭЦН напор насоса увеличивается при уменьшении подачи, а КПД имеет ярко выраженный максимум.
Для получения дебита Q=100 м3/сут и напора Hc≈1000 м по таблице 3 выбираем ЭЦНМК5-80-1200 с числом ступеней 269, учитывая, что заданный диаметр эксплуатационной колонны 194 мм (модульный электроцентробежный насос, КПД –51,5 %, мощность – 26,7 кВт).
Поскольку характеристики на конкретные типоразмеры ЭЦН часто отсутствуют, то необходимо по заданным трем точкам рабочей области (табл