Структура расчетов по подбору гидропоршневых насосов

Расчет параметров узлов установки ГПНУ содержит в основном следующие этапы:

1. Определение глубины необходимого погружения насоса под динамический уровень при заданном коэффициенте наполнения насоса, газовом факторе (с учетом гидравлического сопротивления во всасывающем клапане насоса).

2. Определение глубины спуска насоса в скважину с учетом расположения динамического уровня жидкости и погружения насоса под этот уровень.

3. Выбор типоразмера погружного агрегата.

4. Выбор параметров и состава наземного оборудования.

Глубина необходимого погружения насоса под динамический уровень определяется так же, как и подобный расчет для штанговых насосов. При определении глубины спуска насоса в скважину рассчитывают глубину расположения динамического уровня по известному расположению статического уровня, коэффициенту продуктивности и заданному объему отбираемой жидкости. Глубина спуска насоса будет равна сумме глубины расположения динамического уровня жидкости в скважине и глубины погружения насоса под этот уровень.

Типоразмер погружного агрегата выбирается по подаче и напору насоса и габариту погружного агрегата. Подача насоса задана. Напор, который должен развивать погружной насос, определяется по в случае, если добытая жидкость поднимается по свободной внутренней полости НКТ и применена замкнутая циркуляция жидкости. При подъеме жидкости по кольцевому пространству в этой формуле должны быть изменены зависимости, принятые для определения работы газа в подъемном канале, и определения сопротивления потоку в нем. Также уточняются эти зависимости и при смешивании добытой и рабочей жидкостей.

Габариты погружного агрегата выбираются в зависимости от принятой схемы обустройства скважины (параллельные или концентричные колонны, использование пакера), принятой схемы циркуляции рабочей жидкости и диаметра обсадной колонны скважины.

Параметры поверхностного оборудования, а это, прежде всего, подача и давление рабочей жидкости, определяются в зависимости от размеров выбранного погружного агрегата. Объем подачи рабочей жидкости зависит от диаметра, длины хода и частоты ходов плунжера двигателя погружного агрегата. При расчете этого объема необходимо учесть утечки жидкости в системе, потери жидкости на переключение золотника. При расчете давления рабочей жидкости у поверхностного насоса учитываются размеры поршней двигателя и насоса, штока, соединяющего поршни, потери напора в трубах и в самом погружном агрегате, силы трения движущихся деталей в агрегате.

8.2.1. Определение расхода рабочей жидкости

При подборе гидропоршневого насоса необходимо стремиться к максимальному сокращению удельного расхода рабочей жидкости (расхода на тонну добываемой нефти).

Расход рабочей жидкости (м³/сут) будет равен

(8.1)­

где F₂ — площадь поперечного сечения плунжера погружного двигателя в м²; f — площадь поперечного сечения штока, м²; S — длина хода плунжера погружного двигателя, м; п — число двойных ходов плунжера в минуту; К _p — коэффициент расхода рабочей жидкости (отношение фактического расхода к теоретическому).

8.2.2. Определение силового давления

рабочей жидкости

Для определения давления (напора) рабочей жидкости у силового (поверхностного) насоса пользуются уравнением равновесия статических сил, действующих на плунжеры погружного агрегата (двигателя и насоса) при ходе их вверх и вниз (рис. 8.2).

(8.2)­

(8.3)­

где F₁, F ₂ и f — площади сечения соответственно плунжера насоса, плунжера двигателя и штока в м²;

Р_н - давление столба нагнетаемой жидкости с учетом потерь напора в подъемной колонне; Р_п — давление подпора, определяемое погружением насоса под динамический уровень жидкости в скважине, МПа;

Р _тр — потери напора в погружном агрегате (механическое трение в плунжере и штоке), МПа; Р'_р и Р_р — давление рабочей жидкости у плунжера двигателя погружного агрегата при ходе вверх и вниз, МПа.

Из этих уравнений находят Р'_р и Р"_р.

Среднее давление рабочей жидкости на входе в погружной агрегат

(8.4)­

Найденное количество рабочей жидкости и ее давление у поверхностного насоса дают возможность подобрать его по каталогам. При выборе насоса надо учитывать, что он должен работать непрерывно и длительно и что при индивидуальных установках насосы располагаются в легких укрытиях.

Поскольку длинные колонны труб - очень хороший компенсатор, сглаживающий колебания давления рабочей жидкости, то возможное неравенство расчетных давлений рабочей жидкости при ходе плунжеров вверх и вниз практически означает, что скорость движения их вверх и вниз различна.

После выполнения рабочего хода плунжерной группы рабочая жидкость вытесняется и смешивается с откачиваемой скважинной жидкостью. Потери напора при движении смешанной жидкости от погружного агрегата по колонне НКТ и далее до приемного резервуара определяются по формуле Дарси - Вейсбаха:

(8.5)­

где К _с - коэффициент гидравлического сопротивления; d _n - внутренний диаметр подъемных труб, м; d _ц - наружный диаметр напорных (центральных) труб, м.

Для определения К _с надо знать число Рейнольдса Re, которое зависит от скорости течения жидкости.

Давление рабочей жидкости (МПа) у силового насоса будет

где Р _пр - потери напора в колонне, подводящей рабочую жидкость к погружному агрегату, МПа (определяются по формуле Дарси - Вейсбаха); Р _г - гидростатический напор столба рабочей жидкости в трубах, МПа.

При высоком газовом факторе для повышения коэффициента подачи необходимо либо увеличивать глубину погружения насоса под динамический уровень, либо устанавливать ниже насоса газовый якорь.

8.2.3. Определение мощности и коэффициента

полезного действия гидропоршневой установки

Полезная мощность погружного агрегата (кВт)

(8.6)­

где Q — подача насоса в м³/с, Н_м = Н - h + h _гс — манометрический напор в м ст. жидк. (Н - глубина спуска насоса, h - глубина погружения насоса под динамический уровень, h _гс - гидравлические сопротивления в трубопроводе от погружного агрегата до приемного резервуара на поверхности). Полная мощность (кВт) всей установки

(8.7)­

где Q _ра6 - расход рабочей жидкости в m³/с, Р _ср — среднее давление рабочей жидкости на выходе из силового насоса; η_а.с. КПД силового агрегата (электродвигателя привода, механической передачи, силового насоса).

Общий КПД установки

(8.8)­

Дата добавления: 2014-01-04