Дипломная работа: Эксплуатация электроцентробежного насоса на месторождении Мирзоева

. (2.6.3.21)

При работе ПЭД из-за перегрева двигателя будет происходить нагрев газожидкостной смеси вблизи ПЭД. Наличие в составе продукции воды и свободного газа изменяет величину температуры перегрева ПЭД. Количественно это изменение оценивается с помощью коэффициента К_t:

(2.6.3.22)

где В - обводненность; _г.пр - газосодержание у приема насоса.

Определяют значение коэффициента К_у.п - коэффициента уменьшения потерь в ПЭД по мере снижения его температуры:

(2.6.3.23)

где t_скв - температура на глубине спуска насоса.

Далее с учетом (2.6.3.20) и (2.6.3.23) определяют сумму потребляемой мощности в ПЭД при действительной температуре ПЭД:

, (2.6.3.24)

Используя (6.7.24), вычисляют температуру ПЭД:

Т_Д = Т_пр + К_у.п · (b₃ ·N - c₃) . (2.6.3.25)

где Т_пр - температура на приеме насоса.

Из всех подбираемых ПЭД оставляют только тот, у которого Т_Д меньше 403 К (130^оС).

После выбора типа ПЭД рассчитывают силу потребляемого им тока:

J = J_H ·(b₄ ·N/N_Д + C₄), (2.6.3.26)

где J_H - сила номинального тока ПЭД, А.

Для определения потери мощности в кабеле вначале определяют среднюю величину температуры кабеля при работе установки в номинальном режиме:

(2.6.3.27)

,

где - геометрический градиент, єС/м ( = 0,03^оС/м);

Q_Ж - производительность установки по жидкости, т/сут;

J - сила тока, проходящего по кабелю, А;

f_k - площадь поперечного сечения жил кабеля, мм²;

t_пл - пластовая температура;

t_у - температура устья скважины.

Тогда потеря мощности в кабеле определяется формулой:

(2.6.3.28)

где N_К - потери мощности в кабеле, кВт.

В целом, потребление мощности установкой УЭЦН будет равна:

(2.6.3.29)

где _Т - к.п.д. трансформатора (_Т =0,98).

Трансформатор служит для повышения напряжения и компенсации падения напряжения в кабеле от станции управления до ПЭД.

Для выбора трансформатора необходимо найти падение напряжения в кабеле:

(2.6.3.30)

где U - падение напряжения в кабеле, В;

- коэффициент реактивной мощности;

cos - коэффициент мощности установки;

x₀ - индуктивное сопротивление кабеля на 1 км, равно 0,1 Ом;

J_c - рабочий ток статора ПЭД;

r₀ - активное удельное сопротивление кабеля, Ом/км:

(2.6.3.31)

,

где - удельное сопротивление меди при 18^оС ( = 1,78·10^-4 Ом·м);

f_к - площадь сечения жилы кабеля, мм²;

По величине суммы падения напряжения в кабеле и напряжения ПЭД подсчитывают напряжение на вторичной обмотке трансформатора, которое определяет тип трансформатора и положение клемм (перемычек) с учетом напряжения сети. В том случае, если напряжение сети отличается от номинального (380В), действительное напряжение на вторичной обмотке трансформатора определяется как:

, (2.6.3.32)

где U_c - действительное напряжение сети, В;

U_ном - номинальное напряжение в сети, В;

U₂ - напряжение на вторичной обмотке трансформатора, В.

В последнее время трансформаторы применяются более широко по сравнению с автотрансформаторами. Причиной этого является то, что у трансформатора производится непрерывный контроль сопротивления вторичной обмотки, кабеля и обмотки статора. При уменьшении сопротивления изоляции до установленной величины (30кОм) установка автоматически отключается.

Критерием подбора станции управления для установки УЭЦН является потребляемая мощность ПЭД. При ПЭД мощностью от 28 до 100кВт в качестве станции управления применяется устройство ШГC-5804, а при мощности свыше 100 кВт - КУПНА-79.

2.6.4 Расчет подбора оборудования

Выбор типоразмера, глубины спуска в скважину и режима работы установки ЭЦН скв. № 96 месторождения им. Мирзоева

Исходные данные:

Диаметр эксплуатационной колонны, Д = 168 мм

Пласт XIX

Интервал перфорации 3391-3400 м

Забой 3400 м.

Статический уровень 1463 м

Динамический уровень 2128 м

Пластовое давление, Р_пл = 17,6 мПа

Забойное давление, Р_заб = 12,2 мПа

Устьевое давление, Р_буф = 0,9 мПа

Затрубное давление, Р_зат = 1,4 мПа

Давление насыщения, Р_нас = 8,5 мПа

Действующий насос, ЭЦН80-2600

Глубина спуска насоса 2401 м

Погружной электродвигатель ПЭД-90/117

Станция управления - ШГС-5805

Газосепаратор - МНГБ5

Дебит жидкости - 102 м³/сут

Дебит нефти - 6,4 т/сут

Обводненность продукции - 93%

Дебит газа - 0,6 тыс. м³/сут

Газовый фактор, Г₀ = 100 м³/т нефти (6 м³/м³)

Мех. примеси - 320 мг/литр

Плотность воды, с_в = 1080 кг/м³

Плотность нефти, с_н = 850 кг/м³

Плотность газа, с_r = 1,1 кг/м³

Коэффициент продуктивности, К = 18.5 т/сут*мПа

Выбор глубины погружения насоса

Наиболее оптимальным значением свободного газосодержания на приеме ЭЦН следует считать 30 - 40%. В продукции скважины № 96 содержится около 6 м³/м³, значит для достижения значения свободного газосодержания на приеме ЭЦН 30 - 40% необходимо давление не менее 2 МПа.

При существующей добыче динамический уровень составляет 2128 м, следовательно глубина спуска насоса должна быть не менее 2370 м с учетом кривизны скважины. Используя инклинограмму находим ближайшую глубину спуска насоса - 2400 метров. С учетом дальнейшего падения пластового давления глубину спуска следует увеличить до 2450-2500 метров.

Определение требуемого напора насоса

Выбор диаметра НКТ для установок ЭЦН осуществляют в зависимости от дебита скважины:

Согласно предполагаемого дебита около 100 м³/сут. нужно выбрать трубы с внутренним диаметром 50,3 мм.

Насосно-компрессорные трубы выбираем с условным диаметром 73 мм. Трубы меньшего диаметра на месторождении им. Мирзоева не применяют из-за многочисленных аварий, связанных с «полетом» труб на забой. Внутренний диаметр НКТ - 62 мм. Следовательно площадь проходного сечения:

м².

Потери напора на гидравлическое трение в НКТ ориентировочно определяют как для однородной ньютоновской жидкости:

, м

где Н_сп - глубина спуска насоса, м;

- коэффициент гидравлических сопротивлений;

- линейная скорость потока, м/с.

где Q_н, Q_в - дебит скважины по нефти и воде соответственно;

b_н, b_в - объемные доли нефти и воды соответственно;

F - площадь поперечного сечения НКТ.

м/с

м

Напор, соответствующий газлифтному эффекту в подземных трубах, можно приближенно оценить по формуле:

где G₀ - газовый фактор;

d - диаметр лифта в дюймах;

Р_нас - давление насыщения после сепарации газа у насоса;

- средняя обводненность продукции в подъемнике при среднем давлении Р = 0,5·(Р_вык + Р_у), Р_вык, Р_у. - давление на выкиде насоса и устье скважины соответственно.

м

где Н_дин - глубина динамического уровня скважины при отборе заданного количества жидкости, м;

- устьевое давление, выраженное в метрах столба жидкости, при средней плотности газожидкостной смеси на участке «насос - устье скважины»;

= м.

h_тр - потери напора на трение, м.

Н_г - напор, соответствующий газлифтному эффекту в подземных трубах.

м.

Подбор центробежного насоса

В справочнике нефтяника (Справочник нефтяника. Ю.В. Зейгман, Г.А. Шамаев, Уфа, 2005 г., табл. 7.1, стр. 119-120) нет насосов с напором свыше 2000 метров. Максимальный напор - 2000 метров при номинальной подаче 10-50 м³/сут. Расчетный напор для скважины № 96 месторождения им. Мирзоева - 2187 м при подаче не менее 100 м³/сут. При полученных расчетах наиболее подходит насос ЭЦН-80-2600. При напоре 2200 метров подача - 100 м³/сут.

Для устранения вредного влияния газа под насосом устанавливаем газосепаратор МНГБ5.

Подбор электродвигателя, кабеля, трансформатора и станции управления

Выбор электродвигателя для установки осуществляется исходя из условия:

0,5 <= N/N_A <= 1

где N - мощность, потребляемая насосом; N_A - номинальная мощность погружного электродвигателя (ПЭД).

Мощность электродвигателя определим по формуле:

кВт.

0,5 <= 52,5/N_A <= 1

103 <= N_A <= 52,5

Подбираем двигатель по табл. 7.4.1 (Справочник нефтяника. Ю.В. Зейгман, Г.А. Шамаев, Уфа, 2005 г.).

В этот диапазон подходят:

ПЭД 65-117

ПЭД 90-117

ПЭД 55-123

Согласно температуре на глубине спуска выбираем ПЭД 55-123. Номинальная мощность - 63 кВт, напряжение - 800 В, сила номинального тока - 66 А.

Для выбора длины электрического кабеля необходимо к длине колонны НКТ добавить около 50 метров, т.к. в процессе эксплуатации скважины может возникнуть необходимость увеличения глубины спуска насоса:

L_к = H_сп + 50

где L_к - длина кабеля, м; Н_сп - глубина спуска насоса в скважину с учетом кривизны ствола.

L_к = 2400 + 50 = 2450 м.

По минимальным значениям мощности N_Д, напряжения и силы тока ПЭД подбирают трансформатор и станцию управления.

На величину мощности, потребляемой всей установкой УЭЦН, влияют потери мощности в ПЭД и кабеле. Сумма потерь мощности в ПЭД определяется формулой:

где _Д - к.п.д. ПЭД при нормальной нагрузке; b₂, с₂, d₂ - эмпирические коэффициенты.

кВт.

По величине потерь мощности определяется температура перегрева ПЭД:

К.

При работе ПЭД из-за перегрева двигателя будет происходить нагрев газожидкостной смеси вблизи ПЭД. Наличие в составе продукции воды и свободного газа изменяет величину температуры перегрева ПЭД. Количественно это изменение оценивается с помощью коэффициента К_t:

где В - обводненность; _г.пр - газосодержание у приема насоса.

Определяют значение коэффициента К_у.п - коэффициента уменьшения потерь в ПЭД по мере снижения его температуры:

где t_скв - температура на глубине спуска насоса.

Далее определяют сумму потребляемой мощности в ПЭД при действительной температуре ПЭД:

кВт

Используя (2.6.3.24), вычисляют температуру ПЭД:

Т_Д = Т_пр + К_у.п · (b₃ ·N - c₃)

где Т_пр - температура на приеме насоса.

Т_Д = 79 +0,97 · (2,7₃ ·10,6 - 1,6) = 105єС = 378 К

Из всех подбираемых ПЭД оставляют только тот, у которого Т_Д меньше 403 К (130^оС).

Рассчитанная температура 378 К (105єС) меньше 403 К (130^оС). Следовательно выбранный двигатель подходит.

Рассчитываем силу потребляемого им тока:

J = J_H ·(b₄ ·N/N_Д + C₄)

где J_H - сила номинального тока ПЭД, А.

J = 66 ·(0,72 ·52,5/63 + 0,3) = 59,4 А.

Для определения потери мощности в кабеле вначале определяют среднюю величину температуры кабеля при работе установки в номинальном режиме:

где - геометрический градиент, єС/м ( = 0,03^оС/м);

Q_Ж - производительность установки по жидкости, т/сут;

J - сила тока, проходящего по кабелю, А;

f_k - площадь поперечного сечения жил кабеля, мм²;

t_пл - пластовая температура;

t_у - температура устья скважины.

^оС

Тогда потеря мощности в кабеле определяется формулой:

где N_К - потери мощности в кабеле, кВт.

кВт.

В целом, потребление мощности установкой УЭЦН будет равна:

где _Т - к.п.д. трансформатора (_Т =0,98).

кВт.

Для выбора трансформатора необходимо найти падение напряжения в кабеле:

где U - падение напряжения в кабеле, В;

- коэффициент реактивной мощности;

cos - коэффициент мощности установки;

x₀ - индуктивное сопротивление кабеля на 1 км, равно 0,1 Ом;

J_c - рабочий ток статора ПЭД;

r₀ - активное удельное сопротивление кабеля, Ом/м:

где - удельное сопротивление меди при 18^оС ( = 1,78·10^-8 Ом·м);

f_к - площадь сечения жилы кабеля, м²;

В

По величине суммы падения напряжения в кабеле и напряжения ПЭД подсчитывают напряжение на вторичной обмотке трансформатора, которое определяет тип трансформатора и положение клемм (перемычек) с учетом напряжения сети.

Общее напряжение: 800 + 19,5 ? 820 В.

По табл. 7.6.2 (Справочник нефтяника. Ю.В. Зейгман, Г.А. Шамаев, Уфа, 2005 г.) подбираем соответствующий трансформатор ТМПН-100/3-73У1.

Критерием подбора станции управления для установки УЭЦН является потребляемая мощность ПЭД. При ПЭД мощностью от 28 до 100кВт в качестве станции управления применяется устройство ШГC-5804, а при мощности свыше 100 кВт - КУПНА-79. В нашем случае мощность 94 кВт, значит выбираем станцию управления ШГC-5804.

Результаты расчетов приведены в следующую таблицу.

Таблица 2.3