Расчет центробежного электронасоса


1. Выбор диаметра насосных труб

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

Пропускная способность труб зависит от их к.п.д., который колеблется в пределах от 0,92 до 0,99.

Диаметр НКТ оределяется в следующем порядке:

1. Определяем площадь внутренного канала НКТ по формуле:

Fвн = (Q * 106) / (86400 * 130) ;

где Q - дебит жидкости скважины, м3/сут.

2. Находим внутренний диаметр по формуле:

dвн = (Fвн / 0. 785)0.5

Ориентируюсь по таблице сортамента труб НКТ и полученной величине dвн определяем необходимый диаметр НКТ. Например, при dвн = 37.5мм, ближайщим (в большую сторону) по сортаменту является труба НКТ с dвн = 40.3мм. Это значение и будет являться необходимым диаметром НКТ при заданном дебите.

Условный диаметр,мм Dнар, мм S стенки, мм Dвн, мм Вес 1м, кг
33,033,43,526,42,6
4242,23,535,23,3
4848,3440,34,4
6060,3550,36,8
73735,5629,2
8988,96,575,913,2
102101,66,583,615,2
114114,37100,318,5

2. Определение необходимого напора центробежного электронасоса

Напор центробежного насоса в метрах столба жидкости определяется из уравнения условной характеристики скважины:

Hн = hст+Δh+hтр+hг+hт;

где:

  • hст — статический уровень;
  • Δh — депрессия;
  • hтр — напор, теряемый на трение и местные сопротивления при движении жидкости в трубах от насоса до трапа;
  • hг — разность геодезических отметок
  • hт — давление в трапе, выраженное высотой столба жидкости

Депрессия:

Δh = 10 * (Q/K)1/n

где:

  • Q — дебит скважины, т/сут;
  • K — коэффициент продуктивности, т/сутки*ат;
  • n — показатель степени в уравнении притока.

Потери напора на трение и местные сопротивления опрделяются по формуле:

hтр = 1,08 * 104 * λ * (L+l) * Q2 / d5.

где:

  • λ — коэффициент гидравлического сопротивления;
  • L = hст+Δh+h - глубина спуска насоса (h- глубина погружения насоса под динамический уровень), м;
  • l — расстояние от устья скважины до трапа (сепаратора), м;
  • d — внутренний диаметр насосных труб, см.

На практике значения hг и hт имеют крайне малые значения. По этой причине ими можно принебречь.

Коэффициент λ при движении в трубах однофазной жидкости определяется в зависимости от числа Рейнольдаса Re и относительной гладкости труб KS.

Число Re:

Re = 0.147 * Q / dv

где:

  • Q- дебит скважины, т/сутки;
  • d- внутренний диаметр насосных труб, м;
  • v— вязкость добываемой жидкости, см2/сек.

Относительная гладкость труб:

KS = d/2Δ.

где:

  • d- внутренний диаметр насосных труб, мм;
  • Δ— шероховатость стенок труб (для насосных труб, не загрязненных отложениями парафина или солей, значение Δ принимают равным 0,1), мм.
  • v— вязкость добываемой жидкости, см2/сек.

Величина λ определяется по найденным значениям Re и KS и графику ниже.

+ ОНЛАЙН-РАСЧЕТ ЭЦН


Показатель Значение
Дебит жидкости, м3/сут
Коэффициент продуктивности, м3/сутки*ат
Статический уровень, м
Плотность добываемой жидкости, кг/м3
Кинематическая вязкость жидкости, см2/сек
Расстояние от скв. до сборной установки, м
Избыточное давление в сепараторе, ат

Выбор труб НКТ

D условный НКТ, мм
Dнар НКТ, мм
Толщина стенки S, мм
Dвн НКТ, мм
Масса 1 м, кг

Напор для работы погружного насоса

Число Re
Коэффициент гидравлического сопротивления
Высота подъема жидкости, м
Общая глубина спуска насоса, м
Напор, теряемый на трение и сопротивления
Полный напор насоса при заданном дебите, м

Выбор насоса

Шифр насоса
Номинальная подача (рабочая область), м3/сут
Напор (рабочая область), м
КПД насоса, %
Число ступеней, ед.
Масса, кг.
Необходимое (не номинальное) количество ступений необходимо определить из рабочей характеристики насоса

Выбор двигателя

Потребная мощность двигателя, кВт
Тип двигателя
Мощность двигателя, кВт
Напряжение, В
Сила тока, В
Коэффициент мощности
КПД, %
Сохранить в Excel

3. Подбор насоса

Подбор насоса производится в соответствии с характеристикой скважины, ее дебитом, необходимым напором и диаметром эксплуатационной колонны на основании характеристики погружных центробежных электронасосов. При этом надо стремиться к тому, чтобы производительность насоса Qн и его напора Hн были равны дебиту скважины Qc и необходимому для его получения напору Hc. Но такое соответствие достижимо в очень редких случаях ввиду большого разнообразия характеристик скважин и ограниченности типоразмеров погружных центробежных насосов. Поэтому характеристику насоса приближают к условной характеристике скважины путем:

  • уменьшения подачи насоса при помощи штуцера, установленного на выкидной линии;
  • уменьшения подачи насоса путем снижения числа его ступеней

При этом меняется рабочая характеристика насоса.

При первом способе производительность и напор насоса изменяются по кривой рабочей характеристики QH=fн(Hн) с одновременным уменьшением к.п.д. насоса. Выгоднее применять второй способ, при котором к.п.д. практически не изменяется.

Число ступеней, которые надо снять с насоса для получения необходимого напора, будет равно:

Δz = (1 - Hc/Hн) * z

где:

  • Hc- напор, необходимый для получения заданного дебита, который обычно равен сумме динамического уровня жидкости в скважине и потери напора в насосных трубах,м;
  • Hн— напор насоса, соответсвующий дебиту скважины, по его рабочей характеристике;
  • z— полное число ступеней насоса.

Вместо снятой части ступеней насоса устанавливают проставки.

4. Выбор электродвигателя

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

Nпол = (Qc * Hc * 103) / (86400 * 102 * ηн)

где:

  • Qc- дебит скважины, т/сутки;
  • Hc— необходимый напор, м;
  • ηн— к.п.д. насоса (по рабочей характеристике).

Потребная мощность двигателя будет:

Nпот= Nпол + ΔPк*0.01

где:

  • Pк- потери мощности в кабеле длиной 100м, кВт;
  • L— общая длина кабеля от станции управления до двигателя, м;
  • ηн— к.п.д. насоса (по рабочей характеристике).

Нефтегазовые ТЭК