Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Расчёты в добыче нефти

..pdf
Скачиваний:
334
Добавлен:
15.11.2022
Размер:
11.7 Mб
Скачать

Потери электроэнергии в кабеле К рБК Зх25 длиной 100 м определяются по формуле

ДРК= 3-10-3/2Я,

 

 

 

 

 

 

(VI 1.3)

где

/ — сила

тока

в

статоре электродвигателя

ПЭД-35-123,

/ =

= 70 A;

R — сопротивление в кабеле, Ом.

 

 

 

 

Сопротивление в кабеле длиной 100 м можно определить по

формуле

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t f = 1 0 0 p ,- i - ,

 

 

 

 

 

 

 

(VI 1.4)

где

р, — удельное

сопротивление

кабеля при

температуре

Тк,

Ом-мм2/м, q — площадь сечения жилы кабеля,

q =

25 мм2.

 

Удельное

сопротивление

кабеля при

Т к =

313 К

 

 

р< =

р [1 +

а (Тк -

Г 2вз)1 =

0,0175 [1 +

0,004 (313 -

293)1 =

 

 

= 0,019 Ом-мм2/м,

 

 

 

 

 

 

 

 

где

р =

0,0175

Ом-мм2/м— удельное сопротивление меди

при

Т =

293

 

К; а

= 0,004 — температурный

коэффициент для

меди.

Следовательно,

сопротивление

R по формуле (VI 1.4)

 

 

R =

100 0,019 - ^ - = 0,076

Ом.

 

 

 

 

 

 

Потери электроэнергии в кабеле по формуле (VI 1.3) составляют

 

Д Р К =

3 -702-0,076 -10_3 =

1,12

кВт.

 

 

 

 

 

Общая

длина

кабеля

равна

сумме

глубины спуска

насоса

L =

700

 

м 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 25 мм2

потери

мощности составят 1 ,1 2 - ^ - = 8,95 кВт.

Плоский кабель длиной 6,5 м для уменьшения основного диа­ метра агрегата берем на один размер меньше круглого, т. е. с пло­ щадью сечения 16 мм2.

Выбор двигателя

Мощность двигателя, необходимую для работы насоса, опре­ делим по формуле

N

р

<ЭржЯ„

120-1000-740

= 20,1 кВт,

 

86 400-102%“

86 400-102-0,5

 

где г|н = 0,5 — к. п. д. насоса (по его рабочей характеристике). При потере 8,95 кВт мощности в круглом кабеле потребная

мощность двигателя составит

Ап = 20,1 + 8,95 = 29,05 кВт.

141

Т а б л и ц а VII. 1

 

 

 

Техническая

характеристика электродвигателей

 

 

 

 

 

 

 

Электродвигатель

 

 

 

Показатели

 

пэдю -юз

ПЭД17-119

ПЭД35-123

ПЭД46-123

 

 

 

 

 

Мощность,

кВт

 

10

17

35

46

Напряжение, В

 

350

400

465

600

Сила тока,

А

 

33

43

70

70

Частота вращения

вала,

3000

3000

3000

3000

 

об/мин

 

 

5,0

4,5

4,5

6.0

Скольжение, %

 

1 пуск//ном

 

 

5,75

6,45

7,15

5,7

пуск

 

 

2,6

2,6

2,8

2,8

 

/44 IIOM

 

3,45

3,55

3,45

3,25

/14 шах/44ном

 

К. П. Д., %

 

 

72

73,5

76,0

76,0

COS Ф

 

 

 

0,72

0,78

0,82

0,84

Наружный диаметр элек-

103

119

123

123

 

тродвигателя, мм

 

4276

4911

5549

6833

Длина, мм

 

 

Наружный

диаметр

про-

92

ПО

ПО

ПО

 

тектора,

мм

 

1560

1152

1152

1152

Длина протектора,

мм

Общая длина электродви-

5836

6063

6701

7985

 

гателя и протектора, мм

343

348

343

363

Температура рабочей сре-

 

ды,

К

 

 

 

 

 

 

Техническая характеристика широко применяемых электродви­ гателей и протекторов для ЭЦН приведена в табл. V II. 1 и прил. 14.

Принимаем электродвигатель ПЭД-35-123 мощностью 35 кВт, диаметром 123 мм и длиной 5549 мм протектор диаметром 110 мм, и длиной 1152 мм.

Рис. VI 1.4. Схема расположения в скважине погружного агрегата, на­ сосных труб и кабеля

Определение основного диаметра агрегата

Наружный диаметр двигателя, насоса и подъемных труб выби­ рают с учетом размещения их вме­ сте с кабелем в эксплуатационной колонне данного диаметра. При этом имеют в виду, что погружной агрегат и ближайшие к агрегату трубы составляют жесткую си­ стему и расположение их в сква­ жине должно рассматриваться

142

совместно. Зная глубину спуска, искривленность скважины и со­ стояние 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 ко­ лонны и допустимым зазором.

Основной диаметр агрегата с учетом плоского кабеля (рис. VI 1.4)

T * - + - £ - + A. + S, (V II.5)

где D3PK— наружный диаметр электродвигателя; DH— наружный диаметр насоса; hK— толщина плоского кабеля; S — толщина металлического пояса, крепящего кабель к агрегату. В нашей задаче Л эд = 123 мм, D H= 136 мм, hK = 13,1 мм, 5 = 1,0 мм.

Следовательно, по формуле (VI 1.5)

Опт = - х - + + 13.1 + 1,0 = 143,6 мм.

Основной размер агрегата с учетом насосных труб и круглого кабеля (см. рис. V II.4).

А

=

Е™. + *2. л. а

(V II.6)

где dM— диаметр муфты 48-мм насосной

трубы, равный 56 мм;

dK =

32,1

мм — диаметр

круглого кабеля

КрБК.Зх25. С учетом

этих

величин имеем по формуле (VI 1.6)

 

Лих =

+

32,1 = 121,6 мм.

 

Если АП1ах > Dmax, что может иметь место при большом диа­ метре насосных труб, то выше агрегата следует установить 100— 150 м насосных труб меньшего диаметра, при котором Лтах ■< ^ ^тах-

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 At/ в кабеле, В

ДU — 1/3 (r0 cos ср -{- x0 sinср) ICL,

(V II.7)

ИЗ

где r0 — активное удельное сопротивление кабеля, Ом/км; х0 — индуктивное удельное сопротивление кабеля, Ом/км (для кабелей К РБК ЗХ 25 приближенно лг0 = 0,1 Ом/км); cos ср — коэффициент мощности установки, sin ф — коэффициент реактивной мощности;

/с = 70 А — рабочий ток

статора

(см.

табл.

V II. 1); L = 700 +

+ 10 =

710 м или

0,71

км — длина

кабеля

(от скважины до

станции управления длина кабеля принята равной 10 м).

Активное удельное сопротивление кабеля определяется по

формуле

 

 

 

 

 

 

r0 =

р, -i- 103 = 0,019

103 = 0,76

Ом.

 

Величина cos ф для электродвигателя ПЭД-35-123 равна 0,82

(см. табл. V II. 1), ф = 35°,

a sin ф

=

0,574.

 

Находим потери

напряжения

в

кабеле по формуле (V II.7)

AU = / 3 (0 ,7 6 -0,82 +

ОД -0,574) 70- 0,71 =

59 В.

Напряжение на вторичной обмотке трансформатора равно

сумме

напряжения

электродвигателя 465 В (см. табл. V II. 1) и

потерь

напряжения

в кабеле.

 

 

 

 

По напряжению на вторичной обмотке выбираем автотрансфор­ матор и определяем положение клемм (перемычек) с учетом напря­ жения в сети, подводимого к первичной обмотке. В том случае, когда напряжение сети отличается от номинального (380 В), действительное напряжение на зажимах вторичной обмотки авто­ трансформатора определяется по формуле

(VI 1.8)

где £/сет— действительное напряжение сети по вольтметру, В; UH0U— номинальное напряжение в сети, В; U2 — напряжение во вторичной обмотке автотрансформатора для данной отпайки, В.

Для электродвигателя ПЭД-35-123 с напряжением 465 В тре­ буется напряжение во вторичйой обмотке автотрансформатора с учетом потери в кабеле (465 + 59) = 524 В. Этому требованию удовлетворяют автотрансформаторы АТС-30/0,5 с пределами регу­ лирования напряжения во вторичной обмотке от 510 до 682 В (см. прил. 20 [18]).

Определение удельного расхода электроэнергии, приходящейся на 1 т добытой жидкости

Характерным энергетическим показателем работы электронасосной установки служит расход электроэнергии на 1 т добытой жидкости. Он определяется по формуле

Э = 2,73 - Я - 10 3/т|об, кВт-

ч/т,

 

(V II.9)

где Н — высота подачи жидкости,

Н = 650

м; т}об — общий

к. п. д. установки, равный

т]тр-ri,,

Г1дв г|к г|ав

(г|тр — к. п. д.

144

труб; rjH— к. п. д. насоса; т]дп — к. п. д. двигателя при неполной его загрузке; riK— к. п. д. кабеля, который в зависимости от сечения, длины, силы тока и температуры изменяется от 0,7 до 0,95; iian — к. п. д. автотрансформатора). Принимаем г)тр = 0,96; “Пн = 0,5; т]дв = 0,73; TIK = 0,83; г|ав = 0,96. Тогда

г)об = 0,96 •0,5 •0,73 •0,83 •0,96 = 0,28.

Удельный расход электроэнергии по формуле (V II.9) составит

Э = 2 ,73 -650 -10-3/0,28 = 6,36 кВт-ч/т.

Для сравнительной оценки удельного расхода электроэнергии, чтобы исключить влияние высоты подъема, иногда определяют расход электроэнергии на подъем 1 т жидкости на 1 м. В данном случае он составляет

Э' = 2,73/г]об = 2,73/0,28 = 9,75 Вт. ч/т. м.

Вследствие низкого общего к. п. д. установки удельный расход электроэнергии на 1 т жидкости, поднятой ЭЦН, обычно выше, чем штанговыми насосами.

2. УСТАНОВЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ ГЛУБИНЫ СПУСКА В СКВАЖИНУ ЭЦН

Практика показывает, что в некоторых случах центробежные электронасосы спускают в скважину на необоснованно большую глубину. Наивыгоднейшая глубина спуска насоса должна соот­ ветствовать зоне оптимального содержания газа в жидкости при увеличенных ее отборах из скважин

Для расчета глубины спуска насоса можно воспользоваться следующей упрощенной формулой:

Я сп = я л„„+ Рпрр- р" т

,

(VII.10)

где # сп — глубина спуска

насоса, м;

Я ДИ1, — динамический уро­

вень жидкости в скважине,

м; рпр — давление на приеме насоса,

Па; рпр определяется с учетом обводненности и газонасыщенности нефти по специальному графику (рис. V II.5); рзат — затрубное давление, Па; рн — средняя плотность нефти, кг/м3.

Задача 75. Скважина Туймазинского месторождения оборудо­

вана ЭЦН, спущенным на глубину

Нсп — 1500 м. Динамический

уровень Я дин = 200 м;

затрубное

давление рзат =

1 МПа; газо-

насыщенность <р =

10%; обводненность

нефти п =

20% ; средняя

плотность нефти рн = 848

кг/м3.

 

 

 

1 П а н т е л е е в

Г.

В .,

Р о с т а

3.

А. Установление оптимальной

глубины спуска в скважины центробежных

насосов. — «Нефтепромысловое

дело», 1974, № 3, с. 21— 23.

 

 

 

 

 

145

Определить оптимальную глубину спуска насоса.

 

10 и п =

Пользуясь графиком (см. рис. V II.5), найдем (для ср =

= 20%) давление на приеме насоса р пр = 4,7

МПа.

 

 

 

 

Оптимальную

 

глубину

спуска насоса определим

по

формуле (VII. 10)

 

 

 

Я,.г. =

200

(4,7 — 1) 10° _

 

848-9,81

 

 

 

= 644

м.

 

 

 

 

Расчет показал, что фак­ тическая глубина спуска на­ соса (1500 м) значительно за­ вышена. В скважину спу­ щено 856 м лишних насосно­ компрессорных труб и токо­ проводящего кабеля.

0 РАСЧЕТ ВИНТОВОГО НАСОСА

 

 

 

 

 

 

 

Задача

76.

Подобрать

0

 

 

 

 

 

а

винтовой

насос

конструкции

 

 

 

 

 

ОКБ

БН

для

добычи нефти

Рис. V II.5. График для определения

да­

из

скважины. Насос

приво­

вления на приеме ЭЦН в

зависимости

от

дится

в

действие

от

по­

газонасьпценности жидкости ф.

 

3 — 20,

гружного

 

электродвигателя

Обводненность n,

%: 1 — 0;

2 — 10,

ПЭД-10-103

 

 

мощ ностью

4 — 30,

5 — 40,

6 — 50,

7 — 60,

8 — 70,

п =

9 — 80,

10 — 90

 

 

 

 

 

10

кВт

с

3000

об/мин

 

 

 

 

 

 

 

и спускается

в

скважину на

62-мм

насосно-компрессорных

трубах.

Дебит

 

скважины

Q =

= 40 т3/сут; расчетное давление

р =

6

МПа.

Относительная

плотность добываемой

жидкости

рж =

0,9.

 

hCT = 500

 

 

Статический уровень

жидкости

в скважине

м;

пре­

вышение уровня жидкости в трапе над устьем скважины hr =

Зм;

давление в трапе hc =

11 м ст. жидкости; коэффициент продуктив­

ности скважины К = 50 м3/сут-МПа.

Депрессия при установившемся дебите и при линейной фильтра­ ции жидкости определяется по формуле

Д/г = Q/K9ug, м вод.

ст.

(V II.11)

где ри— плотность воды,

равная 1000

кг/м3.

По формуле (VII. 11)

получим

 

Д/i = 4 0 -106/50-1000-9,81 = 81,6 м

вод. ст.

Потребный напор (в м вод. ст.) для получения заданного дебита определим как сумму

^скв =

+ ^тр + (^ст + К -f- /гс) рж -f- /7ЩТ,

(VII. 12)

146

где величина /iTp близка к нулю (см. рис. V II .1);

ршт— перепад

давления в штуцере.

 

Следовательно, по формуле (VII. 12) имеем

 

Неки = 81,6 —|—(500 4~ 3 + И) 0,9 -j- ршт= 543,6

ршт.

По характеристике насоса дебиту Q = 40 м3/сут соответствует напор Н = 600 м вод. ст.

Принимая схему установки без перепуска жидкости, но с уста­ новкой дополнительного сопротивления (штуцера), имеем перепад

давления в штуцере ршг =

600 — 543,6 =

54,4 м вод. ст.

С изменением рабочей характеристики винтового насоса

Q — Н

необходимо менять

величину ршт,

сохраняя неизменным

дебит

Q = 40 м3/сут.

 

 

•ft VIII. МЕТОДЫ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОДУКТИВНОСТИ СКВАЖИН

1. РАСЧЕТ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАЗРЫВА ПЛАСТА

Задача 77. Гидравлический разрыв пласта (ГРП) осуществля­

ется в

скважине со

следующей характеристикой:

глубина

Н =

= 2000

м; диаметр

эксплуатационной колонны

D = 16,8

см;

трубы из стали группы прочности Д; эффективная мощность пласта h = Юм; интервал перфорации эксплуатационной колонны 1980— 1990 м; на 1 м эффективной мощности пласта прострелено 10 отвер­ стий; коэффициент продуктивности скважины /<" = 1,15 т/сут-МПа; пластовое давление ргл = 15 МПа; забойное давление р3 = 12 МПа; вода и песок в продукции скважины отсутствуют; способ эксплу­ атации — глубиннонасосный; нефтяной пласт сложен мелкозер­ нистым, хорошо сцементированным песчаником, имеет пористость

0,15—0,28;

проницаемость /г = 50-10-15 м2; нефтенасыщенность

5 Н= 70% .

Режим пласта упруговодонапорный.

Определение расчетных показателей процесса ГРП

'.•дч^^Основными расчетными показателями процесса ГРП являются давление разрыва пласта^ расход рабочих жидкостей и песка, радиус трещин, проницаемость трещин призабойной зоны и всей дренажной системы,(дебит скважины после гидроразрыва^тип и число насосных агрегатов,} ожидаемая эффективность гидрораз­ рыва.

Для выяснения приемистости скважины и ожидаемого давления разрыва скважина была предварительно испытана. По данным испытания построена зависимость приемистости скважины от давления на забое (рис. V III. 1). Эта кривая позволяет определить давление разрыва пласта. Как видно из графика, при давлении

разрыва

р, п =

35

МПа

приемистость

скважины

составила

1300 м3/сут.

 

 

 

 

 

 

 

При средней

плотности вышележащих

пород рп =

2500 кг/м3

вертикальное

горное

давление

составит

рв г = pgH = 2500 х

X 9,81-2000 =

49,1 •106 Па.

 

 

 

 

Если давление расслоения пород Ор =

1,5 МПа, то давление

разрыва

пласта

будет

 

 

 

 

Рз. р =

Рв. г —

Рпл +

аР=

49,1 —

15 1,5 = 35,6 МПа.

148

Давление разрыва на забое можно определить приближенно по эмпирической формуле

/?3. Р= 1 0 В Д ,

(V IIU )

где К = 1,5—2,0. Принимаем в

среднем К = 1,75. Тогда

р3. р = 104-2000-1,75 = 3 5 -10е

Па. j

Для выяснения возможности

проведения процесса ГРП через

обсадную колонну проверим прочность колонны на внутреннее

давление по формуле Ламэ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Допустимое давление на устье сква­

 

 

 

 

 

 

 

жины при закачке жидкости-песконоси-

40

 

 

 

Аз.р~ т

___

теля вязкостью

р = 0,25

Па-с опреде­

 

 

ляется по формуле

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- s r —

 

 

 

 

 

 

 

 

30

 

 

... I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D i Dz

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

РУ =

E2L. J -

п

-L.

 

 

 

 

 

/

1

 

 

 

Ij* 4

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

в

к

'

”|,л

'

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

н

т

 

 

 

 

 

 

20

 

 

 

1

 

 

 

+ Рg (h — L),

Па.

 

 

(V III.2)

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

где DH— наружный диаметр

эксплуа­

 

_

/

1

 

 

10

!

 

 

тационных труб; DB — внутренний диа­

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

1

 

 

метр нижней части

эксплуатационных

 

 

 

 

1

 

 

 

1

 

1

1

___1

труб; отск— предел текучести для стали

 

 

11

группы

прочности

Д; к — запас

проч­

 

 

 

WOO

2000

0,м3/сут

ности;

h — потери

напора на

трение

 

 

 

 

 

 

 

в

обсадной

колонне;

р —

плотность

Рис.

 

V III.1.

Зависимость

жидкости разрыва.

 

 

 

 

 

 

 

D,, =

16,8

см;

D B=

приемистости

скважины от

 

В нашей задаче

забойного давления при гид­

=

14,4

см;

отек =

380

МПа;

k

=

1,5;

роразрыве

 

 

 

р = 950 кг/м3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Потери напора на трение в трубах для скважин глубиной

1750 м приведены в табл.

V III. 1.

Для

 

принятого

расхода

1300 м3/сут

(15

л/с) эти

потери

при глубине скважины

1750 м

составляют 56 м ст. жидкости, а для нашей скважины глубиной

2000 м

они будут пропорционально равны

/г =

56 - 2000/1750 =

64 м ст. жидкости.

Следовательно, по

формуле

(V III.2)

 

16,82 — 14,42

380 -106

,

Р У ~

16,82 + 14.42

1,5

1

+ 1510е + 950-9,81 (64 - 2000) = 35,8- 10е Па.

Допустимое давление на устье скважины в зависимости от прочности резьбы верхней части колонны труб на страгивающие усилия определяется по формуле

Рстр

-, Па,

(VIII.3)

nD2j 4

 

 

149

Ьг-

5;

о

Расход жидкостипесконосителя

л/с М3/сут

5

432

10

864

15

1296

20

1728

25

2160

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а

V III.I

 

 

Потери напора в трубах h для скважин глубиной 1750 м

 

 

 

 

Скорость

потока

 

ц.= 0,05

Па-

 

 

 

ц. — 0,25

Па-

 

ц = 0,5

Па.

 

V , см/с

 

Re

X

ft,

м ст.

Re

X

h> м ст.

Re

X

h,

м ст.

 

жидкости

жидкости

жидкости

 

 

 

 

d =

89 мм

 

 

 

 

 

 

111

1,23

1275

0,050

 

72

 

255

0,250

360

128

0,500

 

715

221

4,90

2550

0,044

252

 

510

0,125

720

255

0,250

 

1430

332

11,10

3825

0,040

514

 

765

0,084

1080

384

0,167

2015

443

19,70

5100

0,037

850

 

1020

0,063

1445

512

0,125

2880

554

30,70

6375

0,035

1275

 

1275

0,050

1800

640

0,100

3560

 

 

 

 

D

-

168 мм

 

 

 

 

 

 

5

432

27,5

0,0755

760

0,083

3,64

152

0,422

18,6

76

0,833

36,5

10

864

55,0

0,3030

1520

0,042

7,45

304

0,211

33,0

152

0,422

74,7

15

1296

83,0

0,6900

2280

0,028

11,30

456

0,141

56,0

228

0,281

113,0

20

1728

110,0

1,2300

3040

0,043

30,90

608

0,105

75,0

304

0,211

152,0

25

2160

137,0

1,8800

3800

0,040

44,00

760

0,083

91,0

380

0,169

185,0