6.1. Принципиальная схема усвн

Установка скважинного винтового насоса состоит из назем­ной части и глубинного оборудования (рис. 6.1). Подземная часть УСВН состоит из статора 2 и ротора (винта) 3, который спускается в скважину на колонне штанг 1. Подземная часть также включает в себя обратный клапан для предотвращения утечек, якорь для крепления всей подвески так же может быть снабжена пакерующим устройством. Поверхностная часть включает привод, состоящий из электродвигателя 4 и редуктора 5. Сюда так же входят сальниковое устройство 6, где закрепляется ведущая штанга, вертлюг 9 для перекачки жидкости из НКТ в выкидную линию через трубную задвижку 7. Затрубная задвижка 8

Рис 6.1

6.2 Исследование коэффициента гидравлических сопротивлений при движении вязкой жидкости в колонне насосно-компрессорных труб УСВН

Важнейших задач исследова­ния УСВН является изучение гидродинамического перепада дав­ления в НКТ при откачке высоковязкой жидкости. Это давление мо­жет послужить причиной увеличения утечек жидкости в винтовой паре и крутящего момента в верхних сечениях колонны штанг!

В ламинарном течении коэффициент гид­равлического сопротивления канала кольцевого сечения опреде­ляется формулой Буссинеска:

(6.1) где

m=d/D (6.2)

d, D - диаметры внутреннего и внешнего цилиндров,

 - средняя скорость жидкости,

,  - плотность и динамическая вязкость жидкости. Формула (6.1) с достаточной степенью точности аппроксими­руется более простой зависимостью

(6.3)

В зоне гидравлически гладких труб коэффициент гидравли­ческого сопротивления описывается формулой:

(6.4)

Вращение внутренней трубы концентрического канала изме­няет профиль скорости потока жидкости, толщину пограничного слоя у внутренней и внешней стенок канала.

Проводились научные исследования гидроди­намики кольцевого канала с вращающимся внутренним цилин­дром, в которых которох авторы исследова-

ли турбулентное течение жидкости в интервале диапазона чисел Рейнольдса 10⁴...3·10⁴.

Экспериментами установлено, что влияние вращения ро­тора описывается эмпирической зависимостью:

(6.5)

Формула (6.5) показывает, что увеличение коэффициента гидравлического сопротивления в турбулентном потоке при вра­щении ротора достигает порядка 10 %.

Согласно теории размерности основными факторами, опре­деляющими течение жидкости в концентрическом канале и возни­кающие при этом гидравлические сопротивления, будут:

(6.6)

где - угловая скорость вращения внутреннего цилиндра.

В соответствии с  - теоремой уравнение (6.6) может быть представлено в форме, содержащей три безразмерных комплекса:

(6.7)

(6.8)

(6.9)

Тогда (6.6) можно представить в виде:

(6.10)

Разрешая (6.10) относительно критерия, содержащего пере­пад давления, запишем

(6.11)

Или:

(6.12)

Обозначая

(6.13)

окончательно получим:

(6.14)

где зависит от двух параметров – Re_z, и Re_:

(6.15)

Поэтому моделирование течения жидкости в трубах с точки зрения изучения гидравлических потерь давления Р должно производиться по двум параметрам Рейнольдса - Re_z и Re_.

В реальных скважинах при числе оборотов колонны штанг 90 мин^-1 и средней вязкости обводненной нефти 150 мПа·с пара­метр Re_ достигает величии порядка 60.

Величина Re_z при дебите скважины порядка 15 м³/сут и той же вязкости составляет около 16.

Лабораторный стенд должен создать такие условия течений, при которых параметры Re_z и Re_ в модели и натуре были одно­го порядка, т.е.: