Подбор насоса для заданной подачи, необходимого напора и диаметра эксплуатационной колонны скважины производят по характеристикам погружных центробежных насосов (табл. 5.1). 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 (табл. 5.1, 5.2) построить участок характеристики для точного определения напора ЭЦН.
Учитывая, что табличные характеристики построены для воды, следует изменить табличные значения напора в соответствии с плотностью реальной жидкости по соотношению
, (5.12)
где Нв - табличное значение напора ЭЦН; ρв - плотность пресной воды; ρж - плотность реальной жидкости,
Для учета вязкости реальной жидкости (более 0,03 - 0,04 см2/с) и пересчета характеристики ЭЦН следует воспользоваться известными методиками пересчета, например [12].
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 ΔH = H - Нc. Однако, этот способ прост, но не экономичен, так как снижает КПД насоса и установки в целом.
2. Второй способ предусматривает разборку насоса и снятие лишних ступеней. Этот способ трудоемкий, но наиболее экономичный, так как КПД насоса не изменяется.
Число ступеней, которое нужно снять с насоса для получения необходимого напора, равно [27]
, (5.12a)
где Н - напор насоса по его характеристике, соответствующий дебиту скважины; Нс - необходимый напор скважины; z - число ступеней насоса.
Выбор электродвигателя
Необходимую (полезную) мощность двигателя, кВт, определяют по формуле
, (5.13)
где ηн - КПД насоса по его рабочей характеристике, ρж - 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:
. (5.14)
Ближайший больший по мощности типоразмер электродвигателя выбираем по табл. 5.3 и 5.4 с учетом диаметра эксплуатационной колонны. Запас мощности необходим для преодоления высоких пусковых моментов УЭЦН.
Пример подбора ЭЦН в скважину
Задача 24
Рассчитать необходимый напор ЭЦН, выбрать насос и электродвигатель для заданных условий скважины.
Дано: наружный диаметр эксплуатационной колонны - 140 мм;
глубина скважины - 2000 м;
дебит жидкости Q = 120 м3/сут;
статический уровень hст = 850 м;
коэффициент продуктивности скважины К = 60 м3/(сут · МПа);
глубина погружения под динамический уровень h = 40 м;
кинематическая вязкость жидкости ν = 2·10-6 м2/с;
превышение уровня жидкости в сепараторе над устьем скважины hг = 15 м;
избыточное давление в сепараторе Рс = 0,2 МПа;
расстояние от устья до сепаратора l = 60 м;
плотность добываемой жидкости ρж = 880 кг/м3.
Решение
Определяем площадь внутреннего канала НКТ по формуле (5.1) при Vср = 1,3 м/с:
.
Внутренний диаметр по формуле (5.2)
.
Ближайший больший dвн имеют НКТ диаметром 48 мм (dвн = 40 мм).
Скорректируем выбранное значение Vср = 130 см/с:
.
При выборе НКТ по графику [27, рис. 63] при дебите 120 м3/сут и КПД = 0,96 также получим НКТ диаметром 48 мм. Депрессия по формуле (5.4) будет равна
.
Число Рейнольдса по формуле (5.7)
.
Относительная гладкость труб по формуле (5.8)
.
По графику [27, рис. 64], находим λ = 0,03.
Определим λ по формуле (5.10) для сравнений.
.
Глубина спуска насоса по формуле (5.6)
.
Потери на трение в трубах по формуле (5.5)
.
Потери напора в сепараторе по формуле (5.11)
.
Величина необходимого напора (формула (5.3))
.
Для получения дебита Q = 120 м3/сут и напора Нс =1176 м по табл. 5.1 выбираем ЭЦН5-130-1200 с числом ступеней 282, учитывая, что эксплуатационная колонна у нас диаметром 140 мм (гр. 5).
По данным табл. 5.1 построим.участок рабочей области характеристики Q - Н (рис. 5.1).
Рис. 5.1. Рабочая область характеристики ЭЦН
Из полученной рабочей области характеристики найдем, что при дебите 120 м3/сут напор ЭЦН на воде составит 1250 м.
По соотношению (5.12) найдем напор насоса на реальной жидкости, если по условию ρж = 880 кг/м3;
.
Так как вязкость жидкости не превышает 3 сантипуаз, то пересчет по вязкости жидкости не требуется.
Для совмещения характеристик насоса и скважины определим по формуле (5.12а) число ступеней, которое нужно снять с насоса:
.
Следовательно, насос должен иметь 234 ступени, вместо снятых устанавливаются проставки. Напор одной ступени составит 5,03 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 (5.13))
,
где 0,57 - КПД насоса (табл. 5.1). Необходимая мощность двигателя
.
Ближайший больший типоразмер выбираем по табл. 5.3. Это ПЭД 28 - 103 с КПД 0,73, напряжение 850 В, сила тока 34,7 A, cosα = 0,75, температура окружающей среды до 70°С.
Этому двигателю соответствует гидрозащита П92, ПК92, П92Д [17].
По табл. 5.4 можно также выбрать ПЭД32-103, который будет иметь больший запас мощности.