2. 1 Определение напора насоса

• Название: 2. 1 Определение напора насоса
• Дата: 18.12.2018
• Размер: 0.72 Mb.
• Имя файла: 2_raschet.doc
• Тип: Документы; #60792

2 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Определение напора насоса

Расчет выполнен по методике, представленной в списке использованных источников.

Для расчета напора принимаем следующие параметры:

- плотность отсепарированной нефти =800 кг/м³;

- плотность попутной воды =1000 кг/м³;

- плотность попутного газа =2,4 кг/м³;

- газовый фактор скважины G=30 м³/м³;

- водосодержание b=50%;

- норма отбора жидкости из скважины Q=100 м³/сут;

- температура пласта t=30ºС;

- глубина скважины Н=1700 м;

- статический уровень h_ст=1100 м;

- коэффициент продуктивности скважины К= 5 м³/сут·атм;

- объемный коэффициент нефти В_н=2,2;

- давление на буфере Р_буф=1,6 МПа.

Установка центробежного погружного насоса должна обладать наиболее выгодным сочетанием параметров насоса и электродвигателя для данного типоразмера обсадной колонны.

Напор насоса

, (2.1)

где

-

глубина динамического уровня

H_д=h_ст +Δh, (2.2)

где

∆h

-

депрессия, м

, (2.3)

м,

м.

Нбуф

-

напор на буфере, м

, (2.4)

где

ρпл

-

плотность пластовой смеси, кг/м3

, (2.5)

кг/м³,

м.

Нс

-

потери давления на гидравлические сопротивления в НКТ, м

, (2.6)

где

-

коэффициент гидравлического сопротивления, определяется в зависимости от числа Рейнольдса, .

При Re < 2300 – режим течения жидкости ламинарный

. (2.7)

При Re > 2300 – режим течения жидкости турбулентный

. (2.8)

Число Рейнольдса, Re, определяется по формуле

, (2.9)

		-	внутренний диаметр НКТ, ;
		-	кинематическая вязкость жидкости,

.

Режим течения жидкости турбулентный, поэтому

. (2.10)

	υ	-	скорость движения жидкости, υ =2,1 м/с;
	Нн	-	глубина подвески насоса, м

, (2.11)

м,

м.

Нг

-

высота подъема жидкости за счет работы газа, м

, (2.12)

м,

м.
2.2 Выбор оборудования
По величинам Н и Q согласно ТУ26-06-14686-87 принимаем за базовую модель погружной центробежный электронасос УЭЦН5-125 с рабочей областью напора Н =1770 м и подачи Q=125 м³/сут.

Для данного насоса предлагается электродвигатель ПЭД63-117 БВ5 мощностью 63 кВт.

На длине НКТ выбираем круглый кабель КРБК 3×10 с сечением 10 мм², на

длине насоса – плоский кабель КРБП 3×10 с сечением 10 мм².

2.3 Определение диаметра насоса
Диаметр насоса определяется его расположением в погружном агрегате относительно электродвигателя и кабеля. Схема к расчету представлена на рисунке 2.1.

Диаметр насоса

, (2.13)

где		-	наружный диаметр электродвигателя, ;
		-	высота кабеля, ;
		-	толщина хомута, ;
		-	увеличение габаритного размера, ;
		-	диаметральный габарит, м

, (2.14)

где		-	минимальный зазор между минимальным внутренним диаметром обсадной колонны и наружным диаметром установки, ;
		-	минимальный внутренний диаметр обсадной колонны,

,

.

Внутренний диаметр корпуса насоса устанавливают по таблицам [10], .

2.4 Определение геометрических размеров ступени

Схема к расчету представлена на рисунке 2.2.

Наибольший диаметр прочной полости ступени

, (2.15)

где

-

толщина чугунной стенки обоймы направляющего аппарата,

.

Критерии подобия

, (2.16)

где

n

-

частота вращения вала, n=2820 об/мин

.

КПД ступени

, (2.17)

где

-

приведенный КПД,

.

Напорность ступени

, (2.18)

где

-

приведенная напорность ступени, [2]

м.

Средний выходной диаметр рабочего колеса

, (2.19)

.

Максимальный внешний диаметр рабочего колеса

, (2.20)

.

Диаметр втулки рабочего колеса

, (2.21)

где

-

коэффициент, определяющий диаметр втулки

, (2.22)

,

.

Ширина каналов рабочего колеса на входе

, (2.23)

где

-

коэффициент, определяющий ширину каналов на входе,

.

Ширина каналов рабочего колеса на выходе

, (2.24)

где

-

коэффициент, определяющий ширину каналов на выходе,

.

Наибольший диаметр входной кромки колеса

, (2.25)

где

-

диаметр входа в рабочее колесо, м

, (2.26)

,

.

Наименьший диаметр входной кромки рабочего колеса

, (2.27)

где

-

коэффициент, определяющий наименьший диаметр входной кромки лопасти рабочего колеса,

.

Наружный диаметр входного диска рабочего колеса

, (2.28)

где

-

коэффициент, определяющий наружный диаметр верхнего диска рабочего колеса,

.

Диаметр диафрагмы рабочего колеса

, (2.29)

где

-

коэффициент, определяющий диаметр диафрагмы направляющего аппарата,

.

Ширина канала направляющего аппарата

, (2.30)

где

-

коэффициент, определяющий ширину канала направляющего аппарата,

.

Высота средней линии лопатки направляющего аппарата

, (2.31)

где

-

коэффициент, определяющий высоту средней линии направляющего аппарата,

.

Монтажная высота ступени

, (2.32)

где

-

коэффициент, определяющий монтажную высоту ступени,

.

2.5 Определение длины корпуса насоса

Расчет выполнен по методике, указанной в списке использованных источников.

Длина насоса

, (2.33)

где		-	количество опор и подшипников ;
		-	расстояние между опорами ;
		-	напор ступени, м

, (2.34)

где

-

коэффициент окружной скорости

, (2.35)

,

,

м.
2.6 Расчет на прочность корпуса насоса
Расчетная схема представлена на рисунке 2.3.

Определение предварительной затяжки пакета ступеней Т, Н

, (2.36)

где	k	-	коэффициент запаса плотности стыка, k=1,4;
	Fк	-	площадь поперечного сечения корпуса, м2

, (2.37)

м².

Fна

-

площадь поперечного сечения направляющего аппарата, м2

, (2.38)

м².

где	Ек	-	модуль упругости материала корпуса, Ек=2·1011Па;
	Ена	-	модуль упругости материала направляющего аппарата, Ек=2·1011Па;
	rвн	-	внутренний радиус расточки корпуса, rвн = 0044 м

Н.

Общее усилие, действующее вдоль оси корпуса насоса Q, кН

, (2.39)

где	Нмах	-	максимальный напор насоса, Нмах=1680 м;
	G	-	вес погружного агрегата, G=57275 Н

Осевое напряжение σ_z, МПа

, (2.40)

где

F´к

-

площадь ослабленного сечения корпуса по внутреннему диаметру резьбы или по проточке, м2

, (2.41)

м²,

МПа.

Тангенциальное напряжение σ_t, МПа

, (2.42)

где	S	-	толщина корпуса в опасном сечении, S=0,0035 м;
	μ	-	коэффициент Пуассона, μ=0,26

МПа.

Эквивалентное напряжение σ_экв, МПа

, (2.43)

МПа.

Коэффициент запаса прочности по пределу текучести n

, 1,25‹ n ‹ 3 (2.44)

где

σт

-

предел текучести материала, МПа, в качестве материала корпуса выбираем материал σт=340 МПа

.

Условие прочности выполняется.

D_э – наружный диаметр электродвигателя; D_н – диаметр насоса;

h_каб – высота кабеля; S – толщина хомута; ΔS – увеличение габаритного размера; D_а – диаметральный габарит; D_вн.о – минимальный внутренний диаметр обсадной колонны
Рисунок 2.1 – Диаметральные габариты


D_o – диаметр входа в рабочее колесо; D_2max - максимальный внешний диаметр

рабочего колеса; D_2min – наружный диаметр верхнего диска рабочего колеса;

D_1max – наибольший диаметр входной кромки рабочего колеса;

D_1min – наименьший диаметр входной кромки рабочего колеса;

d_вт – диаметр втулки рабочего колеса; в₁ – ширина канала рабочего колеса на

входе; в₂ – ширина канала рабочего колеса на выходе; в₃ – ширина канала направляющего аппарата
Рисунок 2.2 – Конструкция ступени насоса



P_i – гидравлическая нагрузка; Т – усилие предварительной затяжки; S – толщина корпуса; D_вн – внутренний диаметр корпуса насоса; L – длина ступени;

D_р – диаметр проточки
Рисунок 2.3 – Расчетная схема корпуса насоса