Практическая работа № 20

Тема: Расчет диаметральных габаритов погружного агрегата УЭЦН

Цели работы:

формирование умений самостоятельно решать практические задачи по определению диаметральных габаритов погружного агрегата с целью корректного выбора установки к конкретным условиям эксплуатации;

закрепление знаний по теме «Оборудование УЭЦН»

Общие сведения

Характерными особенностями условий эксплуатации установок погружных лопастных насосов являются:

1. Ограниченные диаметральные габариты обсадной колонны скважины, а, следовательно, насоса и двигателя.

2. Довольно значительные изменения кривизны скважин: от вер­тикальных до наклонно-направленных.

3. Длина насосного агрегата может достигать 40 м и более (из-за большого потребного напора — до 3650 м).

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. Рассмотрим вначале выбор диаметрального габарита установки применительно к вертикальной скважине. При этом предполагается концентричное

Рисунок 20. 1 Схема насосного агрегата

расположение насосного агрегата и НКТ относитель­но обсадной колонны, а так же установка плоского кабеля вдоль на­сосного агрегата и круглого кабеля вдоль НКТ (рис. 20.1, а).

Во многих российских нормативных документах диаметральный габарит установки рассчитывается по следующей формуле:

(20.1)

где D_н, D_дв — наружные диаметры корпусов соответственно насоса и двигателя;

h_к — толщина плоского кабеля;

е — толщина металлического пояса, крепящего кабель к агрегату.

Следует отметить, что такой расчет диаметрального габарита уста­новки недостаточен, так как не учитывает другие, возможно сущест­венные по величине, составляющие поперечного размера установки.

Выбор установки по поперечному размеру должен производиться по минимальному зазору, определенному в соответствии со следующими формулами:

l) Δh₁ = D_мин - (D_м + d_к), (20.2)

2) Δh₂ = D_мин - (D_пэд/2 + D_м/2 + d_к), (20.3)

3) Δh₃ = D_мин - (D_н/2 + D_м/2 + d_к), (20.4)

4) Δh₄ = D_мин - (D_a + e), (20.5)

5) Δh₅ = D_мин -(D_al + e), (20.6)

где D_мин — минимальный внутренний диаметр обсадной колонны;

d_к — диаметр круглого кабеля;

D_м — диаметр муфты НКТ;

D_пэд — диаметр двигателя;

D_н — диаметр насоса;

D_a — поперечный диаметр насосного агрегата для случая D_н= D_пр;

D_a1 — поперечный диаметр насосного агрегата для случая D_н < D_пр,

где D_пр— диаметр протектора гидрозащиты.

Поперечный диаметр насосного агрегата для случая D_н = D_пр является диаметром окружности, описываемой сечение, включающее элект­родвигатель, насос (протектор) и плоский кабель. Этот диаметр равен:

(20.7)

(20.8)

h_к - толщина плоского кабеля — удлинителя.

Вывод этого равенства получается из рассмотрения прямоугольного треугольника ОВС в сечении насосного агрегата (рис. 20.2):

Величина в — ширина плоского кабеля (удлинителя) или ширина паза между защитными ребрами, выполненными на корпусе насоса (см. рис. 20.3).

Это выражение точнее определяет поперечный диаметр насосного агрегата, чем применяемое многими производителями выражение (20.1).

Рисунок 20.2 Сечение насосного агрегата

(без защитного устройства плоского кабеля)

Для случая D_н< D_пр в выражении (20.8) вместо D_н следует подста­вить D_пр и по выражению (20.7) найти D_al.

В случае если Δh₃ > Δh₄, что может иметь место при большом диаметре насосных труб, то выше агрегата следует установить 100-150 м НКТ меньшего диаметра, при котором Δh₃ < Δh₄.

Таким образом, определив зазоры по вышеприведенным выра­жениям, находим минимальное его значение.

Минимально-допус­тимый зазор, при котором возможен безаварийный спуск и подъем установки, может быть найден опытным путем, так как возможно влияние многих факторов, уменьшающих внутренний диаметр об­садной колонны:

Рисунок 20.3 Модуль-головка насоса:

1 - корпус, 2 - ребро,

3 - кольцо уплотнительное

1. Из-за длительного срока эксплуатации скважин на внутренних поверхностях обсадных колонн могут образовываться наслоения гип­са, солей и т. п. большой твердости толщиной до 3 мм.

2. Следует учесть значительные предельные отклонения размеров труб, составляющих обсадную колонну.

Кроме того, выбор заниженного зазора между внутренним диамет­ром обсадной колонны и поперечными размерами установки и НКТ может привести к аварийной ситуации: насосный агрегат может за­стрять в обсадной колонне.

Исходя из вышеизложенного, ясно, насколько важен корректный выбор диаметральных габаритов насосного агрегата с электрически­ми кабелями и насосно-компрессорными трубами для спуска в конк­ретную обсадную колонну.

По результатам многолетней нефтепромысловой практики в РФ оценочно определены минимально-допустимые зазоры, обеспечивающие сохранность кабеля и устранение опасности прихвата агрегата (табл. 20.1).

Минимальные зазоры для обсадных колон с большими диаметральными размерами (более 8 мм) приведены в табл. 20.1 как ориентировочные.

При необходимости возможно увеличение зазоров Δh₂ и Δh₃ путем эксцентричной установки НКТ с круглым кабелем относительно на­сосного агрегата (см. рис. 20.1, б). При этом зазоры Δh₂ и Δh₃ могут быть рассчитаны по следующим равенствам:

где δ — эксцентриситет — см. рис. 20.1, б.

Задание

Пользуясь исходными данными по вариантам (см. табл. 20.2) определить величину минимального зазора между внутренним диамет­ром обсадной колонны и поперечными размерами погружного агрегата УЭЦН и установить её соответствие допустимому значению, принятому в многолетней нефтепромысловой практике в РФ. Проанализировать полученные результаты, сделать выводы.

Методика решения задачи

Расчёты рекомендуется выполнять в следующем порядке:

1. Определить значения

- диаметра круглого кабеля, d_к (см. табл. 20.3);

- толщины плоского кабеля - удлинителя, h_к (см. табл. 20.3);

- ширины плоского кабеля (удлинителя) или ширины паза между защитными ребрами, выполненными на корпусе насоса, в;

- диаметра муфты НКТ, D_м;

- диаметра двигателя, D_пэд;

- диаметра насоса, D_н.

2. Пользуясь полученными данными определить диаметральный габарит установки по формуле (20.1).

3. Предварительно сравнив значения D_н и D_пр, выбрать методику определения поперечного диаметра насосного агрегата D_a (или D_а1) и найти его значение по уточненной формуле (20.7).

4. Пользуясь формулами (20.2-20.5), рассчитать значения зазоров и определить минимальное из полученных значений.

5. Сравнить полученные результаты с допускаемыми, принятыми в нефтепромысловой практике и сделать вывод о соответствии габаритов агрегата условию безаварийного спуска и подъёма.

6. Проанализировать степень точности упрощенной методики расчёта поперечного габарита (по формуле (20.1)) и сделать вывод о целесообразности её применения в реальных производственных условиях.

7. При недопустимом отклонении величины зазора от требуемого предложить варианты решения данной проблемы.

Таблица 20.2

№ варианта	Типоразмер установки	Dмин, мм	DНКТ, мм	Число и сечение жил
				основного кабеля	удлинителя
1	ЭЦН4-20	124	73	3х10	3х10
2	ВНН5-15	124	73
3	ЭЦН6-1250	128	73	3х16
4	ВНН6А-250	130	73
5	ЭЦН5А-900	130	73	3х25	3х16
6	ВНН6А-250	199	73	3х16	3х10
7	ВНН5А-35	130	73	3х10
8	ВНН5А-50	130	60
9	ВНН6А-130	199	73	3х16
10	ЭЦН5А-900	130	60
11	ВНН8-500	213	73	3х25	3х16
12	ВНН7-2000	159	89		3х21,15
13	ЭЦН4-50	113	60	3х10	3х10
14	ВНН6А-250	154	73	3х16
15	ЭЦН6-1250	146	73	3х25	3х16
16	ЭЦН6-1000	148	60
17	ЭЦН5А-900	130	73	3х16	3х10
18	ВНН5А-100	130	73	3х10
19	ВНН6А-250	154	73	3х16
20	ЭЦН5А-900	130	73
21	ЭЦН5А-900	130	89
22	ВНН5А-35	130	60	3х10
23	ВНН6А-250	154	73	3х16
24	ВНН8-500	199	73	3х25	3х21,15
25	ВНН8-500	199	89
26	ЭЦН5А-900	132	73		3х16
27	ВНН5-500	123	73	3х16	3х10
28	ВНН5-500	122	60
29	ВНН5-15	130	73	3х10	3х10
30	ЭЦН7А-340	130	73	3х25	3х21,15

Таблица 20.3

Наружные размеры кабелей
Номинальное сечение основных жил, мм2		Наружные размеры (диаметр) кабеля, мм, не >
		круглого	плоского
6	8	25	10,7х27
10		26	13,6х33,8
13,3	16	27	15х37,4
21,15	25	28	16,2х42,5
35		29	18х48,2
36		30	19,7х52,3