2 Расчетная часть

2.1 Расчет необходимого напора электроцентробежного насоса для заданных условий

Подбор насоса для заданной подачи, необходимого напора и диаметра эксплуатационной колонны скважины производят по характеристикам погружных центробежных насосов. При этом необходимо иметь в виду, что в соответствии с характеристикой ЭЦН напор насоса увеличивается при уменьшении подачи, а КПД имеет ярко выраженный максимум.

Поскольку характеристики на конкретные типоразмеры ЭЦН часто отсутствуют, то целесообразно по заданным трем точкам рабочей области см. табл. 1 . Построить участок характеристики для точного определения напора ЭЦН.

Для учета вязкости реальной жидкости ( более 0,03 - 0,04 см²/с) и пересчета характеристики ЭЦН следует воспользоваться известными методами пересчета.

Для совмещения характеристик скважины и насоса применяют два способа.

1. На выкиде из скважины устанавливают штуцер, на преодоление дополнительного сопротивления которого расходуют избыточный напор насоса ∆H = H – H_c. Однако этот способ прост, но неэкономичен, так как снижает КПД насоса и установки в целом.

2. Второй способ предусматривает разборку насоса и снятие лишних ступеней или подбор модульных насосов. Этот способ трудоемкий, на наиболее экономичный, так как КПД насоса не изменяется.

Число ступеней, которое нужно снять с насоса для получения необходимого напора равно,

∆_z = [ ]z, (1)

Где Н – напор насоса по его характеристике, соответствующий дебиту скважины; Н_с – необходимый напор скважины; z – число ступеней насоса.

Выбор электродвигателя

Необходимую (полезную) мощность двигателя, кВт определяют по формуле

N_n = = , (2)

Где n_н – КПД насоса по его рабочей характеристике, Р_{ж –} наибольшая плотность откачиваемой жидкости.

Учитывая, что КПД передачи от двигателя до насоса (через протектор) составляет 0,92 – 0,95 (подшипники скольжения), определим необходимую мощность двигателя:

N_н = N_n / 0, 92 (3)

Ближайший больший по мощности типоразмер электродвигателя выбираем с учетом диаметра эксплуатационной колонны.

Запас мощности, который необходим для преодоления высоких пусковых моментов УЭЦН, выбираем в пределах 10%.

Дано

Наружный диаметр эксплуатационной колонны 140 мм

Глубина скважины 2003 м

Дебит жидкости Q = 120 м³/сут

Статический уровень h_ст =850 м

Коэффициент продуктивности скважины К = 60 м³/сут МПа

Глубина погружения под динамический уровень h = 40 м

Кинематическая вязкость жидкости v = 2 * 10^-6 м²/с

Превышение уровня жидкости в сепараторе над устьем скважины h_r = 15 м

Избыточное давление в сепараторе Р_с = 0,2 МПа

Расстояние от устья до сепаратора l = 60 м

Плотность добываемой жидкости Р_ж = 880 кг/м³

Решение

Определяем площадь внутреннего канала по формуле, при V_ср = 1,3 м/с

F_вн = (4)

Внутренний диаметр по формуле

D_вн = = 3.69 см = 37 мм (5)

Ближайший больший d_вн имеют НКТ диаметром 48 мм ( d_вн = 40 мм)

Скорректируем выбранное значение V_ср = 130 см/с

V_ср = F_вн = = 110,6 см/с (6)

При выборе НКТ по графику рис 1 при дебите 120 м³/сут и КПД = 0,96 также получим НКТ диаметром 48 мм.

Депрессия равна

∆h = = 232 м (7)

Число Рейнольдса по формуле

Re = (8)

Относительная гладкость труб по формуле

К = (9)

Определим λ по формуле для сравнений

λ = = 0,025 (10)

Глубина спуска насоса по формуле

L = 850 + 232 + 40 = 1122 м (11)

Потери на трение в трубах по формуле

H_мр = 0,03 (12)

Потери напора в сепараторе по формуле

h_c= (13)

Величина необходимого напора по формуле

H_с = 850 + 232 + 55,3 + 15 + 23,2 = 1175,5 м (14)

Для получения дебита Q = 120 м³/сут и напора H_с = 1176 м по табл. 1 выбираем ЭЦН5-130-1200 с числом ступеней 282, учитывая, что эксплуатационная колонна у нас диаметром 140 мм.

По данным табл. 1 построим участок рабочей области характеристики Q – H (рис. 1)

Рисунок 1 - Рабочая область характеристики ЭЦН

Из полученной рабочей области характеристики найдем, что при дебите 120³ м/сут напор ЭЦН на воде составит 1250 м.

Так как вязкость жидкости не превышает 3 сантипуаз, то пересчет по вязкости жидкости не требуется.

Для совмещения характеристик насоса и скважины определим по формуле число ступеней, которое нужно снять с насоса.

∆z = (15)

Следовательно, насос должен иметь 266 ступеней, вместо снятых устанавливаются проставки. Напор одной ступени составит 4,7 м.

При установке штуцера на выкиде из скважины мы совмещаем напоры ЭЦН и скважины, но уменьшаем подачу ЭЦН, одновременно уменьшая его КПД.

Полезная мощность электродвигателя формула

N_n = = 24,7 кВт, (16)

Где 0,57 – КПД насоса (см. по табл. 1)

Необходимая мощность двигателя

N_н = 24,7 / 0,94 = 26,3 кВт (17)

Ближайший большой типоразмер ПЭД 28-103 с КПД 0,73; напряжение – 850В; сила тока – 34,7 А; cosa = 0,75; температура окружающей среды – до 70ºС. Запас по мощности составит 1,7 кВт.

Этому двигателю соответствует гидрозащита П92, ПК92, П92Д. Можно также выбрать ПЭД32 – 103, который будет иметь большой запас мощности (5,7 кВт.)