Гидравлический расчет подъемника
Диаметр насосных труб определяется их пропускной способностью и возможностью размещения труб в скважине с учетом соединительных муфт вместе с кабелем и агрегатом.
Пропускная способность труб связана с коэффициентом полезного действия их зтр. К.П.Д. труб колеблется в пределах и зависит в основном от диаметра и их длины. Не рекомендуется брать ниже 0,94.
Часто центробежные насосы применяют для формированного отбора жидкости из сильно обводненных скважин с вязкостью нефти, близкой к вязкости воды, для этих условий построены кривые потерь напора на длине 100 м. Согласно этому графику, рекомендуемый диаметр труб для дебита Q=200м3/сутки составляет:
Гидравлический расчет трубопровода
Запишем уравнение Бернулли с учетом источника энергии (напор насоса H):
Пренебрегая разностью скоростных напоров в виду малости по отношению к напору статическому, преобразуем уравнение:
где h1 - превышение уровня жидкости в трапе над устьем скважины, высота до сепаратора;
г - удельный вес жидкости;
pс - давление на входе в сепаратор.
Для определения суммарных потерь на трение:
где l2 - расстояние от устья скважины до системы сбора;
l - общая глубина спуска насоса;
v - средняя скорость скоростного потока;
о - коэффициент местных сопротивлений, принимаем о = 10.
Определим коэффициент гидравлического сопротивления л, для чего вычислим число Рейнольдса:
В зоне смешанного трения:
Определим общую глубину спуска насоса:
где hдин - динамический уровень жидкости;
hст - статический уровень жидкости;
hп - глубина погружения под динамический уровень;
Дh - депрессия скважины, падение статического уровня жидкости после начала эксплуатации скважины;
k - коэффициент продуктивности;
l2 - расстояние от устья скважины до трапа.
Центробежные насосы нормально работают при перекачке мертвых жидкостей. При попадании в насос газ работа насоса ухудшается и может полностью сорваться.
Показатели работы погружного центробежного насоса при наличии в добываемой жидкости газа в большой степени зависят от глубины погружения насоса под динамический уровень. Увеличение глубины погружения под динамический уровень приводит к уменьшению количества газа, попадающего в насос вместе с жидкостью.
Для нормальной работы центробежного насоса желательно принимать такую глубину его погружения под уровень, при котором весь газ будет растворен в нефти.
Глубина погружения насоса под динамический уровень будет:
где pсетки - давление у приемной сетки насоса, которое можно принять равным устьевому давлению, так как вес столба газа составляет ничтожно малую величину;
гср - средний удельный вес нефти в межтрубном пространстве.
Удельный вес нефти на глубине динамического уровня можно считать равным удельному весу дегазированной нефти, т.е. 0,84 г/см3.
На основании графика кривых изменения объемного газосодержания, усадки, кинематической вязкости и удельного веса нефти в зависимости от давления, удельный вес нефти при давлении pу = 10,2 атм равен 0,84 г/см3.
Потребный напор для трубопровода:
График потребного напора представляет собой характеристику трубопровода. Характеристика трубопровода - зависимость потерь напора от расхода жидкости. Построим по результатам гидравлического расчета для 16 значений.
Таблица 1 - Расчет графика потребного напора
|
Q, м3/сут |
Re |
Режим движения |
л |
Hд , м |
L, м |
hтр, м |
hм, м |
?h, м |
Hпотр |
|
0 |
0 |
ламин |
- |
1094,8 |
1151,2 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
906,0 |
|
20 |
627 |
ламин |
0,10209 |
1066,9 |
1179,1 |
1,57 |
0,01 |
1,58 |
935,5 |
|
40 |
1254 |
ламин |
0,05104 |
1039,0 |
1207,0 |
3,21 |
0,03 |
3,24 |
965,0 |
|
60 |
1881 |
ламин |
0,03403 |
1011,1 |
1234,9 |
4,93 |
0,06 |
4,99 |
994,7 |
|
80 |
2508 |
гладкие трубы |
0,04471 |
983,3 |
1262,7 |
11,78 |
0,11 |
11,89 |
1029,4 |
|
100 |
3135 |
гладкие трубы |
0,04229 |
955,4 |
1290,6 |
17,80 |
0,17 |
17,97 |
1063,4 |
|
120 |
3762 |
переходный |
0,04189 |
927,5 |
1318,5 |
25,94 |
0,24 |
26,18 |
1099,5 |
|
140 |
4388 |
переходный |
0,04054 |
899,6 |
1346,4 |
34,89 |
0,32 |
35,22 |
1136,4 |
|
160 |
5015 |
переходный |
0,03943 |
871,7 |
1374,3 |
45,24 |
0,42 |
45,67 |
1174,7 |
|
180 |
5642 |
переходный |
0,03850 |
843,9 |
1402,1 |
57,04 |
0,54 |
57,58 |
1214,5 |
|
200 |
6269 |
переходный |
0,03770 |
816,0 |
1430,0 |
70,33 |
0,66 |
71,00 |
1255,8 |
|
220 |
6896 |
переходный |
0,03701 |
788,1 |
1457,9 |
85,17 |
0,80 |
85,97 |
1298,7 |
|
240 |
7523 |
переходный |
0,03640 |
760,2 |
1485,8 |
101,60 |
0,95 |
102,55 |
1343,2 |
|
260 |
8150 |
переходный |
0,03586 |
732,3 |
1513,7 |
119,67 |
1,12 |
120,79 |
1389,3 |
|
280 |
8777 |
переходный |
0,03538 |
704,5 |
1541,5 |
139,45 |
1,30 |
140,74 |
1437,1 |
|
300 |
9404 |
переходный |
0,03494 |
676,6 |
1569,4 |
160,97 |
1,49 |
162,46 |
1486,7 |
Рисунок 2 - График потребного напора