Основные характеристики кабелей

 

Кабель	Число X пло­щадь сечения жил, мм2		Максимальные наружные размеры, мм	Номинальная строительная длина, м	Расчетная масса, кг/км	Рабо­чее напряжение, В
	основное	Контроль
КРБК	3 х 10	-	27,5	1200	1100	1100
	3 х 16	-	29,3	1100	1650	»
	3 х 25	-	32,1	950	2140	»
	3 х 35	-	34,7	850	2680	»
КПБК	3 х 6	-	25	850 - 1950	712	2500
	3 х 10	-	29	1200 - 1700	898	»
	3 х 16	-	32	1100 - 1900	1125	3300
	3 х 25	-	35,6	1000 - 1800	1564	»
	3 х 35	-	38,3	500	1913	»
	3 х 50	-	44,0	500	2425	»
КПБП	3 х 6	-	10,2 х 27,5	300 и кратн.	796	2500
	3 х 10	-	13,6 х 33,8	1200 - 1700	950	»
	3 х 16	-	15,0 х 37,4	1100 - 1700	1170	»
	3 х 25	-	15,4 х 43,0	1000 - 1800	1615	3300
	3 х 35	-	18 х 48,2	500	2098	»
	3 х 50	-	19,7 х 52,3	500	2641	»
КФСБ	3 х 6	-	10,1 х 25,7	100 и кратн.	1123	2500
	3 х 10	-	11,1x28,1	»	1489	»
	3 х16	-	12,3 х 31,7	»	1900	3300
	3 х 25	-	14,5 х 38,2	1500	2440	»
	3 х 6	2 х 0,5	10,3 х 25,7	100 и кратн.	1173	2500
	3 х 10	2 х 0,5	11,1 х 28,1	»	1539	»
	3 х 16	2 х 0,5	12,3 х 31,7	»	1950	3300
	3 х 25	2 х 0,5	14,5 х 38,2	1500	2490	»
КФСБК	3 х 6	-	22,2	1500	1103	2500
	3 х 10	-	23,9	»	1420	3300
	3 х 16	-	26,4	»	1850	»
	3 х 25	-	31,1	»	2390	»
	3 х 6	3 х 0,5	22,2	1500	1178	2500
	3 x 10	3 х 0,5	23,9	»	1495	»
	3 х 16	3 х 0,5	26,4	»	1925	3300
	3 х 25	3 х 0,5	31,1	»	2465	»
КТЭБ	3 х 6	-	10,2X27,5	100 и кратн.	502	2500
	3 х 10	-	13,6X33,8	1500	842	»
	3 х 16	-	15,0X37,4	»	1083	»
	3 х 25	-	15,4X43,0	»	1403	3300
	3 х 35	-	18,0X48,2	»	1716	»
	3 х 6	2 х 0,5	10,2X27,5	100 и кратн.	542	2500
	3 х 10	2 х 0,5	13,6X33,8	1500	882	»
	3 х 16	2 х 0,5	15,0X37,4	»	1123	3300
	3 х 25	2 х 0,5	15,4X43,0	»	1443	»
	3 х 35	2 х 0,5	18,0X48,2	»	1756	»
КФСБК	3 х 6	-	25	1500	464	2500
	3 х 10	-	29	»	795	»
	3 х 16	-	32	»	1132	»
	3 х 25	-	35,6	»	1355	3300
	3 х 35	-	38,6	»	1672	»
	3 х 6	2 х 0,5	25	1500	524	2500
	3 х 10	2 х 0,5	29	»	855	>
	3 х 16	2 х 0,5	32	»	1092	3300
	3 х 25	2 х 0,5	35,6	»	1415	»
	3 х 35	2 х 0,5	38,6	»	1732	»

 

Диаметр насосно-компрессорных труб (НКТ) определяет­ся их пропускной способностью и возможностью совместного размещения в скважине труб с муфтами, насоса и круглого кабеля. Выбирается диаметр НКТ по дебиту скважины, исхо­дя из условия, что средняя скорость потока в трубах должна быть в пределах Vср = 1,2 ÷ 1,6 м/с, причем меньшее значение берется для малых дебитов. Исходя из этого определяют пло­щадь внутреннего канала НКТ, м2,

, (3.1)

и внутренний диаметр, см,

, (3.2)

где Q - ебит скважины, м³/сут; Vср - выбранная величина средней скорости.

Исходя из ближайшего внутреннего диаметра выбирается стандартный диаметр НКТ. Если разница получается существенной, то корректируется Vср.

, (3.2')

где Fвн - площадь внутреннего канала выбранных стандартных НКТ.

Диаметр НКТ также может быть определен по кривым потерь в насосных трубах (рис. 63 [27]) для заданного дебита и выбранного КПД труб не ниже 0,94.

Необходимый напор определяется из уравнения условной характеристики скважины:

, (3.3)

 

где hст - статический уровень жидкости в скважине, м; Δh - депрессия, м; hтр - потери напора на трение в трубах; hг - разность геодезических отметок сепаратора и устья скважины; hc - потери напора в сепараторе.

Депрессия определяется при показателе степени уравнения притока, равном единице:

, (3.4)

где К - коэффициент продуктивности скважины, м³/сут·МПа; ρж - плотность жидкости, кг/м³; g = 9,81 м/с².

Потери напора на трение в трубах, м, определяются по формуле

, (3.5)

где L глубина спуска насоса, м,

; (3.6)

h - глубина погружения насоса под динамический уровень; l - расстояние от скважины до сепаратора, м; λ - коэффи­циент гидравлического сопротивления,

Коэффициент λ определяют в зависимости от числа Re и относительной гладкости труб Ks:

, (3.7)

где ν - кинематическая вязкость жидкости, м²/с;

, (3.8)

где Δ - шероховатость стенок труб, принимаемая для неза­грязненных отложениями солей и парафина труб равной 0,1 мм. По графику (рис. 64 [27]) находят значение λ.

Другим способом определения λ является вычисление ее по числу Рейнольдса, независимо от шероховатости:

, если Re < 2300 (3.9)

, если Re > 2300 (3.10)

Потери напора на преодоление давления в сепараторе

, (3.11)

где Pc - избыточное давление в сепараторе.

Подставляя вычисленные значения Δh, hтр и hc и наперед заданные hст и hг в формулу (3.3), найдем величину необходимого напора для данной скважины.

Подбор насоса для заданной подачи, необходимого напора и диаметра эксплуатационной колонны скважины производят по характеристикам погружных центробежных насосов (табл. 3.1). 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. 3.1, 3.2) 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

, (3.12)

 

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]

, (3.12a)

 

где Н - напор насоса по его характеристике, соответствующий дебиту скважины; Нс - необходимый напор скважины; z - число ступеней насоса.

Необходимую (полезную) мощность двигателя, кВт, определяют по формуле

, (3.13)

 

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:

. (3.14)

 

Ближайший больший по мощности типоразмер электродвигателя выбираем по табл. 3.3 и 3.4 с учетом диаметра эксплуатационной колонны. Запас мощности необходим для преодоления высоких пусковых моментов УЭЦН.

Задача 20. 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 (3.1) при Vср = 1,3 м/с:

.

 

Внутренний диаметр по формуле (3.2)

.

 

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 (3.4) будет равна

.

 

Число Рейнольдса по формуле (3.7)

.

 

Относительная гладкость труб по формуле (3.8)

.

 

По графику [27, рис. 64], находим λ = 0,03.

Определим λ по формуле (3.10) для сравнений.

.

 

Глубина спуска насоса по формуле (3.6)

.

 

Потери на трение в трубах по формуле (3.5)

.

 

Потери напора в сепараторе по формуле (3.11)

.

 

Величина необходимого напора (формула (3.3))

.

 

Для получения дебита Q = 120 м³/сут и напора Нс =1176 м по табл. 3.1 выбираем ЭЦН5-130-1200 с числом ступеней 282, учитывая, что эксплуатационная колонна у нас диаметром 140 мм (гр. 5).

По данным табл. 3.1 построим участок рабочей области характеристики Q - Н (рис. 3.1).

 

Рис. 3.1. 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 (3.12) 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 (3.12а) 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 (3.13))

,

 

где 0,57 - КПД насоса (табл. 3.1). Необходимая мощность двигателя

.

 

Ближайший больший типоразмер выбираем по табл. 3.3. 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. 3.4 можно также выбрать ПЭД32-103, который будет иметь больший запас мощности.