Практическая работа 5 Проведение подземного ремонта скважин с установками электроцентробежных насосов
 Скачать 236.29 Kb.
|
|
7 .РАСЧЕТ И ПОДБОР ОБОРУДОВАНИЯ ЭЦН Задание Подобрать расчетным путем оборудование для эксплуатации скважин ЭЦН и определить удельный расход электроэнергии при его работе. Исходные данные: наружный диаметр эксплуатационной колонны  глубина скважины  дебит жидкости  статический уровень  коэффициент продуктивности скважины  кинематическая вязкость жидкости  газовый фактор  расстояние от устья скважины до сепаратора  превышение уровня жидкости в сепараторе над устьем скважины  избыточное давление в сепараторе  плотность добываемой жидкости  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 их к. п. д.  . К. п. д. труб изменяется от 0,92 до 0,99 и зависит в основном от диаметра и длины. К. п. д. труб, как правило, следует брать не ниже 0,94.Так как очень часто ЭЦН применяют для форсированного отбора жидкости из сильно обводненных скважин с вязкостью нефти близкой к вязкости воды  то в целях облегчения расчета для этих условий построены кривые потерь напора на участке 100 м (рис. 1).Для определения диаметра труб необходимо из точки дебита провести вертикаль вверх до пересечения кривых потерь напора в трубах разного диаметра. Затем, исходя из предварительно принятого к. п. д. (например 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, который дает более высокий к. п. д., учитывая при этом также прочность труб и возможность размещения их в скважине. Из (рис. 1) видно, что при к. п. д. насосных труб  (пунктирная линия) пропускная способность 48-мм труб примерно равна  Следовательно, можно принять трубы с   Рис. 1 Кривые потерь напора в насосных трубах Определение необходимого напора ЭЦН Необходимый напор определяется из уравнения условной характеристики скважины  где  статический уровень;  или 150 м – депрессия при показателе степени уравнения притока, равном единице;  потери напора за счет трения и местных сопротивлений при движении жидкости в трубах от насоса до сепаратора;  разность геодезических отметок устья скважины и сепаратора;  избыточный напор в сепараторе,  или 10 м ст. жидкости. где  глубина спуска насоса, м;  Здесь  расстояние от устья до динамического уровня,   глубина погружения насоса под динамический уровень, которая зависит от количества свободного газа на этой глубине и определяется приближенно расчетными способами различного рода. В данной задаче ориентировочно принимаем  Следовательно,  Коэффициент гидравлического сопротивления  при движении в трубах однофазной жидкости определяется в зависимости от числа Рейнольдса Re и относительной гладкости труб   где  внутренний диаметр 48-мм труб,   Относительная гладкость труб  Здесь диаметр труб, мм;  шероховатость стенок труб, мм (для труб, не загрязненных отложениями солей и парафина, ориентировочно принимаем  ).Тогда имеем:  По полученным значениям  и  находим из графика (рис. 2)   Рис. 2 График для определения коэффициента гидравлического сопротивления в зависимости от числа Рейнольдса и относительной гладкости труб Определим потери напора на трение и местные сопротивления по формуле (2)  или 31,8 м вод. ст. Необходимый напор насоса в заданных условиях по формуле (1) будет  Подбор наоса Существующий нормальный ряд ЭЦН предусматривает в зависимости от диаметра эксплуатационной колонны и дебитов скважин 15 насосов разных типов, а с учетом возможных напоров – 105 типоразмеров. Насос для скважин подбирается в соответствии с характеристикой скважины, ее дебитом, необходимым напором и диаметром эксплуатационной колонны на основании характеристики ЭЦН. Для получения дебита  и напора 694,3 м ст. жидкости наиболее подходит насос 1ЭЦН6-100-900 с числом ступеней  Согласно кривым рабочей характеристики этот насос (рис. 3) при  и в пределах устойчивой зоны его работы может развить подачу  и напор соответственно  При получении заданного дебита насос будет создавать напор  Характеристику насоса можно приблизить к условной характеристике скважины путем уменьшения подачи насоса при помощи штуцера или задвижки, установленных на выкидной линии, и за счет уменьшения числа ступеней насоса. П  ри первом способе дебит и напор изменяются по кривой рабочей характеристики наоса  При этом уменьшается  Поэтому выгоднее применять второй способ, при котором  практически не изменяется.Рис. 3 Рабочая характеристика насоса 1ЭЦН6-100-900 Число ступеней, которое надо снять с насоса для получения необходимого напора, равно  Следовательно, насос 1ЭЦН6-100-900 должен иметь 125-7=118 ступеней. Вместо снятых ступеней внутри корпуса насоса устанавливаются проставки. Выбор кабеля Выбираем трехжильный круглый кабель  с площадью сечения  и диаметром 32,1 мм. На длине насоса и протектора (около 7 м) берем трехжильный плоский кабель  с площадью сечения  и толщиной 13,1 мм. От сечения и длины кабеля зависят потери электроэнергии в нем и к. п. д. установки.Потери электроэнергии в кабеле длиной 100 м определяются по формуле где  сила тока в статоре электродвигателя ПЭД-35-123,   сопротивление в кабеле, Ом.Сопротивление в кабеле длиной 100 м можно определить по формуле  где  удельное сопротивление кабеля при температуре    площадь сечения жилы кабеля,  Удельное сопротивление кабеля при   где  удельное сопротивление меди при Т = 293 К;  температурный коэффициент для меди.Следовательно, сопротивление  по формуле (4) Потери электроэнергии в кабеле по формуле (3) составляют  Общая длина кабеля равна сумме глубины спуска насоса  и расстояния от скважины до станции управления (10 м).Примем с запасом на увеличение погружения насоса длину кабеля 800 м. В этом кабеле с площадью сечения потери мощности составят  Плоский кабель длиной 6,5 м для уменьшения основного диаметра агрегата берем на один размер меньше круглого, т. е. с площадью сечения .Выбор двигателя Мощность двигателя, необходимую для работы насоса, определим по формуле  где  к. п. д. насоса (по его рабочей характеристике).При потере 8,95 кВт мощности в круглом кабеле потребная мощность двигателя составит  Техническая характеристика широко применяемых электродвигателей и протекторов для ЭЦН приведена в (табл. 1). Принимаем электродвигатель ПЭД-35-123 мощностью 35 кВт, диаметром 123 мм и длиной 5549 мм протектор диаметром 110 мм, и длиной 1152 мм. Таблица 1 -Техническая характеристика электродвигателей  Определение основного диаметра агрегата Наружный диаметр двигателя, насоса и подъемных труб выбирают с учетом размещения их вместе с кабелем в эксплуатационной колонне данного диаметра. При этом имеют в виду, что погружной агрегат и ближайшие к агрегату трубы составляют жесткую систему и расположение их в скважине должно рассматриваться совместно. Зная глубину спуска, искривленность скважины и состояние эксплуатационной колонны, выбирают допустимый зазор между агрегатом и колонной. От зазора зависят основные размеры насоса и двигателя, связанные с мощностью погружного агрегата. Для сохранности кабеля и устранения опасности прихвата агрегата в эксплуатационной колонне диаметральный зазор для скважин с диаметром колонн до 219 мм принимают равным 5-10 мм. Наибольший основной размер погружного агрегата равен разности между внутренним диаметром эксплуатационной колонны и допустимым зазором. Основной диаметр агрегата с учетом плоского кабеля (рис.4)  где  наружный диаметр электродвигателя;  наружный диаметр насоса;  толщина плоского кабеля;  толщина металлического пояса, крепящего кабель к агрегату. В нашей задаче     Следовательно, по формуле (5)  Основной размер агрегата с учетом насосных труб и круглого кабеля (см. рис. 4).  где  диаметр муфты 48-мм насосной трубы, равный 56 мм;  диаметр круглого кабеля  С учетом этих величин имеем по формуле (6) Если  что может иметь место при большом диаметре насосных труб, то выше агрегата следует установить 100-150 м насосных труб меньшего диаметра, при котором   Рис. 4 Схема расположения в скважине погружного агрегата, насосных труб и кабеля Выбор автотрансформатора Автотрансформатор служит для повышения напряжения и компенсации падения напряжения в кабеле от станции управления до электродвигателя. Для выбора автотрансформатора и определения величины напряжения во вторичной его обмотке необходимо найти падение напряжения  в кабеле,   где  активное удельное сопротивление кабеля,   индуктивное удельное сопротивление кабеля,  (для кабелей  приближенно  );  коэффициент мощности установки,  коэффициент реактивной мощности;  рабочий ток статора;  или 0,71 км – длина кабеля (от скважины до станции управления длина кабеля принята равной 10 м).Активное удельное сопротивление кабеля определяется по формуле  Величина  для электродвигателя ПЭД-35-123 равна 0,82 (см. табл. 1),  а  Находим потери напряжения в кабеле по формуле (7)  Напряжение на вторичной обмотке трансформатора равно сумме напряжения электродвигателя 465 В (см. табл. 1) и потерь напряжения в кабеле. По напряжению на вторичной обмотке выбираем автотрансформатор и определяем положение клемм (перемычек) с учетом напряжения в сети, подводимого к первичной обмотке. В том случае, когда напряжение сети отличается от номинального (380 В), действительное напряжение на зажимах вторичной обмотки автотрансформатора определяется по формуле  где  действительное напряжение в сети по вольтметру, В;  номинальное напряжение в сети, В;  напряжение во вторичной обмотке автотрансформатора для данной отпайки, В.Для электродвигателя ПЭД-35-123 с напряжением 465 В требуется напряжение во вторичной обмотке автотрансформатора с учетом потери в кабеле (465+59)=524 В. Этому требованию удовлетворяют автотрансформаторы АТС-30/0,5 с пределами регулирования напряжения во вторичной обмотке от 510 до 682 В. |