книги из ГПНТБ / Юрчук, А. М. Расчеты в добыче нефти учеб. пособие

женно мощность двигателя (в кВт) может быть определена по формуле

70

(серии АОП).

При выборе электродвигателей надо иметь в виду, что для чисел качаний балансира > 8 в минуту рекомендуются электродвигатели с синхронной частотой вращения 1500 в минуту, а для чисел кача­ ний ^ 8 в минуту рекомендуются двигатели с синхронной частотой вращения 1000 в минуту.

12. Расчет клшюременной передачи

Для станков-качалок применяется клиноременная передача с ха­ рактеристикой, приведенной в табл. 15.

Т а б л и ц а 15

Характеристика клиноремеиной передачи

71

где I — межцентровое расстояние в мм; D l n D ü — диаметры шкивов в мм.

Угол обхвата должен быть не менее 120°.

Расчетная мощность N х, передаваемая одним клиновидным рем­

где N — мощность электродвигателя в кВт; F — коэффициент, учитывающий режим и длительность работы станка-качалки [14].

Число перегибов ремней в секунду

где L — стандартная длина клиновидных ремней в м.

Число ремней (струи) в клиноременной передаче станков-качалок в зависимости от передаваемой мощности может быть найдено по таблицам [1].

13. Определение допускаемой глубины спуска насосных труб при глубиннонасоснон эксплуатации

При одноступенчатой колонне насосных штанг предельная глу­ бина спуска насосно-компрессорных труб L (в м) будет

где Q — страгивающая нагрузка для иеравнопрочиых труб или нагрузка, соответствующая пределу текучести, для равнопрочных

72

труб в кгс; к — коэффициент запаса прочности материала труб (обычно равный 1,5); qr — вес 1 м труб с муфтами в кгс; qm— вес 1 м насосных штанг в кгс; qK — вес 1 м столба жидкости между трубами и штангами в кгс.

П р и м е ч а н и е . При расчете берется самый тяжелый случай, когда на трубы действуют собственный вес, вес насосных штанг и вес столба жидко­ сти в кольцевом пространстве между трубами и штангами. Практически это имеет место тогда, когда трубный насос поднимают при заклиненном плунжере

или поднимают вставной насос при невозможности срыва его с посадочного конуса.

При двухступенчатой колонне насосных штанг эта формула

где а и Ъ— длины соответствующих ступеней насосных штанг в % от общей длины колонны штанг; q‘m и q'm — вес 1 м насосных штанг каждой ступени в кгс; q’H{ и qn< — вес 1 м столба жидкости, находя­ щейся между трубами и штангами каждой ступени, в кгс.

VI. ЭКСПЛУАТАЦИЯ СКВАЖИН ПОГРУЖНЫМИ ЦЕНТРОБЕЖНЫМИ ЭЛЕКТРОНАСОСАМИ [2]

1. Выбор диаметра насосных труб

Диаметр насосных труб определяется их пропускной способ­ ностью, прочностью и возможностью размещения труб в скважине (с учетом соединительных муфт и кабеля).

Пропускная способность труб зависит от их к. п. д. г]тр, величина которого колеблется в пределах от 0,92 до 0,99. К. п. д. труб не сле­ дует брать ниже 0,94.

Так как очень часто центробежные электронасосы применяют для форсированной эксплуатации сильно обводненных скважин с вяз­ костью нефти, близкой к вязкости воды, то в целях облегчения рас­ чета диаметра труб для этих условий построены кривые потерь напора для труб разных диаметров на длине 100 м. Эти кривые выражают зависимость между дебитом скважины Q в м3/сут и поте­

73

где Лст — статический уровень; Ah — депрессия; /гтр — напор, те­ ряемый на трение и местные сопротивления при движении жидкости в трубах от насоса до сепаратора; /гГ— разность геодезических отметок устья скважины и сепаратора; /гт — давление в сепараторе, выраженное высотой столба жидкости.

Депрессия

(здесь Q — дебит скважины в т/сут; К — коэффициент продуктив­ ности скважины в т/сут-(кгс/см2); п — показатель степени в урав­

определяется в зависимости от числа Рейнольдса Re и относительной гладкости труб ks.

где Q — дебит скважины в м3/сут; d — внутренний диаметр насосных труб в м; V — вязкость жидкости в см2/с.

Относительная гладкость труб

где d — внутренний диаметр труб в мм; А — шероховатость стенок труб (для насосных труб, не загрязненных отложениями парафина или солей, значение А принимают равным 0,1) в мм.

По найденным значениям Re и ks определяют Я, пользуясь гра­ фиком (см. рис. 64).

74

3. Подбор насоса

Подбор иасоса должен соответствовать характеристике сква­ жины, ее дебиту, необходимому напору и диаметру эксплуатацион­ ной колонны, характеристикам погружных центробежных электро­ насосов (см. приложения 17 и 18 [21]) и рабочим характеристикам насосов [21]. При этом надо стремиться к тому, чтобы производи­ тельность насоса Qlt и его напор Н п были равны дебиту скважины Q и необходимому для его получения напору Н с. Но такое соответствие достижимо в очень редких случаях ввиду большого разнообразия характеристик скважин и ограниченности типоразмеров погружных центробежных насосов. Поэтому характеристику насоса прибли­ жают к условной характеристике скважины путем: 1) уменьшения подачи насоса при помощи штуцера, установленного на выкидной линии, или 2) уменьшения подачи насоса путем снижения числа его ступеней. При этом меняется рабочая характеристика насоса.

При первом способе производительность и напор насоса изме­ няются по кривой рабочей характеристики QH = / (Нн) с одновре­ менным уменьшением к. п. д. насоса. Выгоднее применять второй способ, при котором к. п. д. практически не изменяется.

Число ступеней, которое надо снять с насоса для получения

где Нс — напор, необходимый для получения заданного дебита, который обычно равен сумме динамического уровня жидкости в сква­ жине и потери напора в насосных трубах, в м; Н и — напор насоса, соответствующий дебиту скважины по его рабочей характеристике; z — полное число ступеней насоса.

Вместо снятой части ступеней насоса устанавливают проставки.

4. Выбор кабеля и определение потери мощности в нем

Кабель выбирают по нагрузке (силе тока), пользуясь таблицей (см. приложение 21), в которой дается характеристика применяемых при центробежных электронасосах круглых и плоских кабелей.

По длине насоса и протектора (6—12 м) выбирают трехжильный плоский кабель КРБП сечением на один размер меньше, чем сечение круглого кабеля.

От сечения и длины кабеля зависят потери электроэнергии в нем и к. п. д. установки. Эти потери мощности в кабеле длиной 100 м определяются по формуле

где J — рабочий ток в статоре электродвигателя в А; fl — сопро­ тивление в кабеле в Ом.

75

где рf — удельное сопротивление кабеля при температуре в сква­ жине в Ом/мм2-м; q — селение жилы кабеля в мм2.

Удельное сопротивление равно

где р =0,0175 Ом/мм2-м — удельное сопротивление кабеля при температуре t — 20° С; а = 0,004 — температурный коэффициент для медных жил; tK — температура в скважине в °С.

5. Выбор электродвигателя

Полезная мощность двигателя, необходимая для работы насоса, определяется по формуле

где Дрк — потери мощности в кабеле длиной 100 м в кВт; L — общая длина кабеля от станции управления до двигателя в м.

6. Выбор автотрансформатора

Автотрансформатор предназначен для повышения напряжения тока с целью компенсации падения напряжения в кабеле от станции управления до электродвигателя.

Для выбора автотрансформатора и определения величины напря­ жения во вторичной его обмотке необходимо найти падение напря­ жения в кабеле по формуле

где г0 — активное удельное сопротивление кабеля в Ом/км; х а — индуктивное удельное сопротивление кабеля в Ом/км (для кабелей КРБКЗ X 25 и КРБКЗ X 35 приближенно х„ = 0,1 Ом/км); cos ср — коэффициент мощности установки; sin ср — коэффициент реактивной мощности; / 0 — рабочий ток статора в А; L — длина кабеля в км.

Напряжение во вторичной обмотке трансформатора будет равно сумме напряжения электродвигателя и величины потерь напряжения в кабеле. В случае неполной загрузки напряжение электродвигателя

76

следует определять по кривым зависимости тока статора от напря­ жения и полезной мощности.

По величине напряжения во вторичной обмотке выбирают авто­ трансформатор и определяют положение клемм (перемычек) с учетом подводимого к первичной обмотке напряжения в сети. Если напря­ жение в сети отличается от номинального, действительное напря­ жение на зажимах вторичной обмотки автотрансформатора щ опре­ деляется из зависимости

Характеристика автотрансформаторов типа АТС, применяемых для погружных электродвигателей, дана в приложении 20.

7. Подбор оборудования по номограммам

Основное оборудование для скважин, работающих с центробеж­ ными погружными электронасосами ЭН700-300, ЭН250-800,

ЭН160-800, ЭН95-800, ЭН70-1500 и ЭН40-1000, может быть выбрано при помощи специальных номограмм [2]. Эти номограммы (рис. 25) составлены без учета влияния газа.

Номограммы построены следующим образом.

В квадранте I приведены характеристики Q — Н в зависимости от числа ступеней насоса z, его к. п. д. и полезной мощности А^пол, потребляемой насосом при различном числе ступеней. В правой части квадранта дана поправочная шкала для учета плотности добы­ ваемой жидкости при определении полезной мощности.

В квадранте II построены характеристики рабочего тока электро­ двигателя / с в зависимости от полезной мощности и напряжения. В этом же квадранте слева построены прямые линии, выражающие зависимость падения напряжения в кабеле от его длины при разных значениях рабочего тока.

В квадранте III построены кривые потерь напора в трубах в зави­ симости от их длины и к. и. д. труб.

В квадранте IV нанесены кривые линии, выражающие зависи­ мость к. п. д. труб разного диаметра, длиной 100 м от производитель­ ности насоса.

Для выбора центробежного электронасоса надо знать потребный для заданных условий общий напор, который складывается из полез­ ного напора и потерь напора на преодоление гидравлических сопро­ тивлений в насосных трубах, зависящих от диаметра и длины труб.

При выборе диаметра насосных труб надо стремиться к тому, чтобы потери напора в трубах были по возможности минимальные. Это условие должно сочетаться с требованием свободного размещения

77

труб с кабелем в эксплуатационной колонне и с требованием проч­ ности труб. К. п. д. труб обычно принимают равным 0,95.

Для того чтобы найти нужный диаметр насосных труб в зависи­ мости от дебита скважины, необходимо из точки 1, соответствующей дебиту, на оси абсцисс квадранта I провести вертикаль вниз, а из точки 0,950 на оси ординат квадранта IV (к. п. д.- труб) провести горизонталь вправо. Точка пересечения и определит диаметр насос­ ных труб.

Длина насосных труб определяется глубиной подвески центро­ бежного насоса. Последняя зависит от положения динамического уровня Лд и необходимой глубины погружения насоса ниже уровня h (при низком газовом факторе достаточно погружение насоса ниже уровня на 40 м).

Величину потерь напора на преодоление гидравлических сопро­ тивлений в трубах можно определить из квадранта III номограммы. Для этого надо найти на горизонтальной оси точку 4, соответству­ ющую длине труб, а на вертикальной оси справа взять точку 3, соответствующую принятому к. п. д. Пересечение проекций этих точек определит величину потерь напора /гтр в трубах (точка 5).

Необходимый полный напор для работы скважины будет

сечения 7 определит необходимое число ступеней насоса. Если ока­ жется, что ближайший по характеристике насос имеет большее число ступеней, то лишние ступени насоса снимают.

Электродвигатель выбирают по мощности, потребляемой насосом, и с учетом диаметра эксплуатационной колонны.

Полезная мощность двигателя зависит от производительности насоса, необходимого нанора (или числа ступеней насоса) и плот­ ности добываемой жидкости.

Для определения полезной мощности двигателя надо из точки 7

ющей найденному числу ступеней, и далее из этой точки провести горизонталь вправо до пересечения в точке 9 со шкалой полезной мощности ІѴП0Л. Найденная мощность будет соответствовать плот­ ности жидкости рж = 1,0. Для большей точности следует ввести поправку на плотность жидкости. Для этого надо из точки 10 шкалы плотности опустить вертикаль, затем из найденной точки на оси ординат Ѵпол провести наклонную линию, параллельную линиям плотности жидкости, до пересечения в точке 11 с-вертикалью из точки 10 и из точки 11 провести горизонталь влево до шкалы ІѴаол, где и найдем необходимую мощность насоса. Если ближайший

79