Calculul si selectarea echipamentelor uetsn. Selectarea ESP la puț Metode existente de selecție a echipamentelor ESP la puț

Puţ Nr 12544, pad 81, formaţiune BV 10, câmp Samotlor. Datele pentru calcul sunt date în Tabelul 3.1.

Tabelul 3.1

Date inițiale pentru calcul

1. Determinăm presiunea în fundul găurii conform ecuației debitului în puț Rzab, MPa

R zab \u003d R pl - (Q / K) (3.1)

Unde P pl - presiunea rezervorului, MPa;

Q - debitul sondei, m 3 /zi;

K - factor de productivitate, m 3 /zi MPa.

R zab \u003d 16- (200/167) \u003d 15 MPa

2. Determinăm presiunea optimă la admisia pompei pe baza stării Rop.pr, MPa

R op.pr \u003d 2,5-3 MPa la n \u003d 50%

R op.pr \u003d 3-4 MPa la n< 50%

R op.pr \u003d 2,7 MPa la n\u003e 50%

3. Determinați densitatea emulsiei de petrol a puțurilor ccm, kg/m3

s cm \u003d s în n în + s n (1-n în) (3,2)

unde c in - densitatea apei kg / m 3;

n - ulei apa tăiată;

c n - densitatea uleiului kg/m 3.

s cm \u003d 1004 0,96 + 856 (1-0,96) \u003d 998 kg / m 3

4. Determinați nivelul dinamic Нdyn, m

N dyn \u003d R zab / s cm g (3,3)

unde P zab - presiunea la fundul puțului, MPa;

N dyn \u003d 15 10 6 / 998 9,81 \u003d 1328m

5. Determinați adâncimea coborârii pompei Ln, m

L n \u003d N dyn +400 (3,4)

Unde N dyn - nivel dinamic, m

Pentru a asigura conditiile de pompare este necesara ingroparea pompei la un nivel dinamic de 500m

L n \u003d 1328 + 400 \u003d 1728m

6. Determinați lucrul gazului în timpul creșterii lichidului în tubulatura NG, m

N G \u003d 0,1575 d in · G · (1 ) - (1-n in) (3,5)

unde d vn - diametrul interior al tubului, m;

G - factor de gaz, m 3 /m 3;

P y - presiunea capului sondei, MPa;

P us - presiunea de saturație, MPa;

n în - ulei apă tăiată

N G \u003d 0,1575 0,73 78 (1 ) - (1-0,96) \u003d 4,64 m

7. Determinați presiunea necesară a pompei Ptn, MPa

P tn \u003d L n s cm g 10 -6 + P y + P tr -N G s cm g 10 -6 -P op.pr (3,6)

unde L n - adâncimea coborârii pompei, m;

c cm este densitatea emulsiei puțului de petrol, kg/m 3 ;

g - accelerația în cădere liberă, m/s 2 ;

P y - presiunea capului sondei, MPa;

P tr - pierderea de presiune prin frecare, MPa;

N G - lucrul gazului în timpul creșterii lichidului în tubulatura, m.

Valoarea medie a pierderilor de presiune datorate frecării în timpul creșterii lichidului este P tr =0,5 MPa.

P tn \u003d 1608,45 1002,4 9,81 10 -6 +1,1 + 0,5-0,172 1002,4 9,81 10 -6 -2,7 \u003d

8. Determinați înălțimea necesară a pompei Ntn, m

H tn \u003d (P t 10 6) / (s în g) (3,7)

unde P t - presiunea necesară a pompei, MPa;

c in - densitatea apei kg/m 3;

g - accelerația în cădere liberă, m/s 2 .

H tn \u003d (9,8 10 6) / (1004 9,81) \u003d 1614,34m

9. Conform tabelelor, alegem pompa pe baza H nom > H;

Q nom =Q t;

10. Alegerea accesoriilor ESP

UETsND5A-200-1800 - instalare

ETsND5A-200-1800 - pompa

PED-100-117 - motor

2PB92 - hidroprotecție

KTPNKS - transformator

KTPNKS - stație de control

11. Verificam conformitatea puterii motorului cu conditiile de pompare Nr, kW

N p \u003d (Q N tr s cm g 10 -3) / 86400 h n (3,8)

unde Q t - debitul sondei, m 3 / zi;

H tr - înălțimea necesară a pompei, m;

c cm este densitatea emulsiei puțului de petrol, kg/m 3 ;

g este densitatea emulsiei puțului de petrol, kg/m3;

s n - randamentul pompei.

N p \u003d (200 1614,34 998 9,81 10 -3) / 86400 0,6 \u003d 123 kW

12. Determinați lungimea necesară a cablului Lcab, m

L cabină \u003d L n + l (3,9)

unde L n este adâncimea coborârii pompei, m.

l - distanța de la capul sondei până la camera de control, m

Distanta de la capul sondei pana la statia de control este de l=50-100m.

L cabină \u003d 1728 + 100 \u003d 1828m

Concluzie: a fost selectată unitatea UETsND5A-200-1800 cu o pompă centrifugă electrică cu doi rulmenți cu un debit Q=200m 3 /zi și o înălțime H=1800m.

Înălțimea unei pompe centrifuge în m. a unei coloane de lichid se determină din ecuație

Unde - nivel static (set); - înălțimea pierdută la frecare și rezistență locală în timpul deplasării fluidului în conducte de la pompă la separator; - diferența dintre marcajele geodezice ale capului de sondă și ale separatorului;

presiunea în separator, exprimată prin înălțimea coloanei de lichid.

Depresie sau când n=1,

unde Q este debitul sondei în ,

K este factorul de productivitate al puțului în ,

n este exponentul în ecuația fluxului de intrare.

Pierderile de presiune prin frecare și rezistențele locale sunt determinate de formula:

unde –λ este coeficientul de rezistență hidraulică.

L=- adâncimea de coborâre a pompei în m

e-distanta de la cap de sonda la separator, m;

d este diametrul interior al conductelor pompei, m;

- suma coeficienților rezistențelor locale.

V=Q/F – viteza medie a fluidului în conducte, m/s

F este aria canalului interior al țevilor.

Determinarea adâncimii de scufundare a pompei.

1. În baza condiției ca conținutul de gaz la admisia pompei să nu depășească = 0,25, găsim GOR la ​​admisie.

Consumul de conținut de gaz. , Unde dacă β=0,25.

2. Conform graficului (Fig. 107 Orkin, Yurchuk; sau Fig. VII. 5 Yurchuk, Istomin), găsim presiunea la admisie

3. Densitatea amestecului apă-gaz-petrol

n-apă tăiată; - densitatea uleiului.

4. Adâncime de scufundare sub nivel dinamic

h= (m) unde) în MPa

5. Adâncimea de scufundare a pompei L=

Conform metodei rafinate a lui Snareva A.I.

presiunea de admisie poate fi determinată prin formulă

Unde G este factorul de gaz

Г(1-β)(1-σ) - volumul gazului dizolvat

Factorul de separare a gazelor

0,1033 MPa, - temperatura capului sondei

Factorul Z de compresibilitate a gazului

Coeficientul volumetric al uleiului corespunzător presiunii la admisie.

Conținut de gaz în volum β la admisia pompei.

Coeficientul λ la deplasarea în conducte a unui lichid monofazat este determinat în funcție de numărul Re și de netezimea relativă a conductelor.

unde ν=0,02-0,03 este viteza medie, d este diametrul interior al conductelor

λ=64/Re dacă Re<2300, ламинарный режим

λ= dacă Re<2800, переходный режим

λ=, dacă Re>2800, mod turbulent.

Netezimea relativă a țevilor;

unde Δ este rugozitatea pereților conductei (pentru țevile necontaminate cu depozite de parafină și săruri, Δ se consideră a fi 0,1 mm). Conform valorilor găsite ale lui Re și k conform graficelor (Fig. 64, Yurchuk A.M.) sau conform formulelor de mai sus, se determină λ .

Înălțimea de ridicare a gazului lichid

(1-n); Unde d este în inci

(1-n); Unde d este în cm.

Alegerea motorului

În funcție de debitul și presiunea date ale pompei, se determină puterea nominală consumată de aceasta.

N= ,

unde Q este debitul pompei, m 3 / zi;

H- cap pompa, m;

ρ este densitatea lichidului pompat kg/m 3;

η n - randament pompa.

Puterea N obținută printr-un calcul aproximativ ar trebui mărită cu 5-8%, deoarece pompa poate functiona ceva timp si nu la modul nominal. În funcție de valoarea lui N și diametrul interior al șirului de producție, conform tabelelor, este selectat un motor electric.

Determinarea diametrului total al unității.

diametrul exterior al motorului, pompei si conductelor de ridicare se alege tinand cont de amplasarea acestora impreuna cu cablul in sirul de productie de dimensiuni date. Totodată, ei țin cont de faptul că unitatea submersibilă și primele conducte din unitate constituie un sistem rigid și amplasarea lor în puț trebuie luată în considerare împreună. Cunoscând adâncimea de coborâre, curbura puțului și starea șirului de producție, alegeți decalajul admisibil între unitate și sfoară. Dimensiunile totale ale pompei și ale motorului depind de dimensiunea golului, a cărui creștere face posibilă crearea celor mai puternice unități submersibile. Totodată, pentru siguranța cablului, și pentru a elimina riscul de lipire a unității în șirul de producție, jocul diametral pentru un puț cu diametrul șirului de până la 219 mm este de 5-10 mm. Diametrul total al unității, ținând cont de cablul plat, este:

unde este diametrul exterior al motorului electric, mm.

Diametrul exterior al pompei, mm

- grosime cablu plat

S-grosime a clemei care fixează cablul

Creșterea dimensiunii totale a unității cu înălțimea segmentului deasupra cablului plat (0,005-0,015), dimensiunea mai mare referindu-se la instalații mai mari.

Dimensiunea totală a unității, luând în considerare conductele și cablul rotund, este:

Unde dm este diametrul manșonului tubului

dk este diametrul cablului rotund, mm.

Dacă dimensiunea Amax este mai mare decât Dmax, atunci trebuie instalate țevi de pompă de 100-150 m cu un diametru mai mic deasupra unității, la care Amax va fi mai mic decât Dmax, sau trebuie instalat un cablu plat pe toată lungimea.

Metoda de selectare a ESP-urilor pentru puțuri se bazează pe cunoașterea legilor filtrării fluidului rezervorului în zona de formare a rezervorului și a fundului găurii, pe legile mișcării amestecului apă-gaz-ulei de-a lungul șirului de tubaj al sondei și de-a lungul șirului de tuburi, de dependenţele hidrodinamicii unei pompe submersibile centrifuge. În plus, este adesea necesar să se cunoască valorile exacte ale temperaturii atât ale fluidului pompat, cât și ale elementelor unității de pompare, prin urmare, în procedura de selecție, un loc important îl ocupă procesele termodinamice de interacțiune dintre pompă. , motorul submersibil și cablul purtător de curent cu fluidul de rezervor multicomponent pompat, ale cărui caracteristici termodinamice variază în funcție de condițiile din jur.

Trebuie remarcat faptul că, cu orice metodă de selecție ESP, este nevoie de unele ipoteze și simplificări care să permită crearea unor modele mai mult sau mai puțin adecvate ale funcționării sistemului „rezervor-puț-unitate de pompare”.

În cazul general, astfel de ipoteze forțate care nu conduc la abateri semnificative ale rezultatelor calculate de la datele reale din câmp includ următoarele prevederi:

• 1. Procesul de filtrare a fluidului rezervorului în zona de formare a fundului găurii în timpul procesului de selecție a echipamentului este staționar, cu valori constante ale presiunii, tăierii de apă, factorului de gaz, factorului de productivitate etc.
• 2. Inclinograma sondei este un parametru invariant în timp.

Metodologia generală de selectare a ESP conform ipotezelor selectate este următoarea:

• 1. În funcție de datele geofizice, hidrodinamice și termodinamice ale formării și zonei de fund, precum și debitul planificat (optim sau limitativ în funcție de sarcina de selecție) al puțului, se determină valorile de fund - presiune, temperatură, tăiere de apă și conținutul de gaz al fluidului de formare.
• 2. Conform legilor degazării (modificări ale presiunii curente și ale presiunii de saturație, temperatură, factori de compresibilitate ai gazului, uleiului și apei) a fluxului fluidului de formare, precum și conform legilor mișcării relative a componentelor individuale din acest debit de-a lungul șirului de carcasă în secțiunea „găuri de fund - admisie pompă” se determină adâncimea necesară de coborâre a pompei sau, care este aproape aceeași, presiunea la admisia pompei, care asigură funcționarea normală a unității de pompare. Ca unul dintre criteriile pentru determinarea adâncimii suspensiei pompei, se poate selecta presiunea la care conținutul de gaz liber la admisia pompei nu depășește o anumită valoare. Un alt criteriu poate fi temperatura maximă admisă a lichidului pompat la admisia pompei.

În cazul unui rezultat de consum real și satisfăcător al calculării adâncimii necesare de coborâre a pompei, se face o trecere la paragraful 3 al acestei metodologii.

Dacă rezultatul calculului se dovedește a fi nerealist (de exemplu, adâncimea coborârii pompei se dovedește a fi mai mare decât adâncimea puțului în sine), calculul se repetă de la paragraful 1 cu datele inițiale modificate - de exemplu, cu o scădere a debitului planificat, cu un factor de productivitate crescut al puțului (după tratarea planificată a zonei de formare a fundului găurii), la utilizarea dispozitivelor speciale din amonte (separatoare de gaze, demulgatori), etc.

Adâncimea estimată a suspensiei pompei este verificată pentru posibila îndoire a unității de pompare, pentru unghiul de abatere a axei sondei față de verticală, pentru rata de creștere a curburii, după care se selectează adâncimea suspensiei ajustată.

• 3. În funcție de adâncimea de suspensie aleasă, dimensiunea standard a carcasei și tubulaturii, precum și debitul planificat, tăierea apei, factorul de gaz, vâscozitatea și densitatea fluidului de rezervor și condițiile capului de sondă, se determină presiunea necesară a pompei.
• 4. În funcție de debitul planificat și înălțimea necesară, sunt selectate unități de pompare, ale căror caracteristici de performanță se află în imediata apropiere a debitului calculat și a valorilor înălțimii. Pentru dimensiunile standard selectate ale unităților de pompare, caracteristicile lor de performanță „apă” sunt recalculate pentru datele reale ale fluidului de formare - vâscozitate, densitate, conținut de gaz.
• 5. Conform noii caracteristici „ulei” a pompei, se selectează numărul de trepte de funcționare care satisfac parametrii specificați - debit și presiune. Pe baza caracteristicilor recalculate, se determină puterea pompei și se selectează motorul de antrenare, cablul purtător de curent și echipamentul de masă (transformator și stație de control).
• 6. Temperatura elementelor principale ale unității de pompare este determinată de temperatura lichidului din rezervor la admisia pompei, de puterea, eficiența și transferul de căldură al pompei și al motorului submersibil - înfășurarea motorului, uleiul din protectie hidraulica, cablul de curent, cablul de transport de curent etc. După calcularea temperaturilor în punctele caracteristice, proiectarea cablului este specificată în ceea ce privește rezistența la căldură (lungimea clădirii și prelungirea), precum și proiectarea SEM, firul său de înfășurare, izolația și uleiul de protecție hidraulică.

Dacă temperatura calculată se dovedește a fi mai mare decât maximul admisibil pentru elementele unităților de pompare utilizate în această regiune specială sau nu este posibilă comandarea unităților ESP scumpe la temperatură înaltă, calculul trebuie efectuat pentru alte unități de pompare (cu caracteristici modificate ale pompei și ale motorului, de exemplu, cu eficiență mai mare, cu un diametru exterior mai mare al motorului etc.).

• 7. După selecția finală a ESP din punct de vedere al debitului, presiunii, temperaturii și dimensiunilor de gabarit, se verifică posibilitatea utilizării unității selectate pentru dezvoltarea unei sonde de petrol după foraj sau reparații subterane. În acest caz, fluidul de distrugere greu sau alt fluid (spumă) utilizat în această sondă este considerat fluidul pompat pentru calcul. Calculul este efectuat pentru modificarea densității și vâscozității, precum și pentru alte dependențe ale eliminării căldurii de la pompă și motorul submersibil de lichidul pompat. În multe cazuri, acest calcul determină timpul maxim posibil de funcționare non-stop a unității submersibile în timpul dezvoltării puțului până când temperatura critică este atinsă pe înfășurările statorice ale motorului submersibil.
• 8. După finalizarea selecției ESP, instalația, dacă este necesar, este verificată pentru posibilitatea de a lucra asupra fluidului de formare care conține impurități mecanice sau elemente corozive. Dacă este imposibil să comandați o versiune specială a unei pompe rezistente la uzură sau la coroziune pentru o anumită sondă, măsurile geologice, tehnice și de inginerie necesare sunt determinate pentru a reduce impactul factorilor nedoriți.
• 2. Algoritm pentru selecția „manuală” a ESP către puț.

La selectarea instalațiilor ESP pentru puțuri de petrol, efectuate cu ajutorul unui cont „manual” (calculator, EXCEL, programe shell ACCESS), este necesar să se utilizeze câteva ipoteze și simplificări suplimentare în metodologia de selecție pentru a reduce timpul de introducere a datelor și timpul de calcul.

Principalele dintre aceste ipoteze sunt:

• 1) Distribuția uniformă a bulelor de gaz mici în faza lichidă la presiuni sub presiunea de saturație.
• 2) Distribuția uniformă a componentelor de ulei și apă în coloana de lichid pompat în secțiunea „găura inferioară - admisia pompei” la orice valoare a debitului sondei.
• 3) Neglijarea „alunecării” uleiului în apă atunci când fluidul se deplasează prin șirul carcasei și șirul tubulaturii.
• 4) Identitatea presiunilor de saturație în modurile static și dinamic.
• 5) Procesul de mișcare a fluidului de la fundul puțului până la admisia pompei, însoțit de scăderea presiunii și eliberarea gazului liber, este izoterm.
• 6) Se consideră că temperatura motorului submersibil nu depășește temperatura normală de funcționare dacă viteza lichidului de răcire de-a lungul pereților SEM nu este mai mică decât cea recomandată în specificațiile tehnice pentru SEM sau în Manualul de utilizare a unităților ESP.
• 7) Pierderea de înălțime (de presiune) în timpul deplasării fluidului de la fundul puțului la admisia pompei și din zona de injecție a pompei la capul sondei este neglijabilă în comparație cu capul pompei.

Pentru selectarea ESP, sunt necesare următoarele date inițiale:

1. Densitate, kg/m3:

ulei separat;

gaz în condiții normale;

2. Vâscozitate, m2/s:

• 3. Debitul de puț planificat, metri cubi pe zi.
• 4. Reducerea apei din producția rezervorului, fracții dintr-o unitate.
• 5. GOR, metri cubi/metri cubi
• 6. Factorul de volum al uleiului, unități
• 7. Adâncimea locației formațiunii (găuri de perforare), m.
• 8. Presiunea rezervorului și presiunea de saturație, MPa.
• 9. Temperatura rezervorului și gradientul de temperatură, С, С/m.
• 10. Coeficient de productivitate, metri cubi / MPa * zi.
• 11. Presiunea tampon, MPa.
• 12. Dimensiuni geometrice ale cordonului de carcasă (diametrul exterior și grosimea peretelui), șirului de tuburi (diametrul exterior și grosimea peretelui), pompă și motor submersibil (diametrul exterior), mm.

Selectarea instalației ESP se efectuează în următoarea secvență:

1. Determinăm densitatea amestecului în secțiunea „gaura inferioară - admisie pompă” ținând cont de simplificări:

unde n este densitatea uleiului separat, kg/m3.

c - densitatea apei de formare,

d este densitatea gazului în condiții standard;

Г - conţinutul volumetric curent de gaz;

b- formarea fluidului tăiat apă.

2. Determinăm presiunea din fundul găurii la care este furnizat debitul dat:

Rzab \u003d Rpl - Q / Kprod

unde Рpl - presiunea rezervorului;

Q - debitul puțului dat;

Kprod - factor de productivitate bine.

3. Determinați adâncimea nivelului dinamic la un debit dat de fluid:

Ndin \u003d Lsv - Pzab / cm g

4. Determinăm presiunea la admisia pompei, la care conținutul de gaz la admisia pompei nu depășește maximul admisibil pentru această regiune (de exemplu, G = 0,15):

Ppr \u003d (1 - G) Rnas

(cu exponentul depinzând de degazarea fluidului de rezervor m = 1,0).

unde: Pnas - presiunea de saturaţie.

5. Determinați adâncimea suspensiei pompei:

L \u003d Ndyn + Ppr / cm g

6. Determinați temperatura fluidului de formare la admisia pompei:

T \u003d Tpl - (Lskv - L) * Gt;

unde Tm - temperatura de formare;

Gt - gradient de temperatură.

7. Determinați coeficientul volumetric al lichidului la presiunea la intrarea în pompă:

unde: B este coeficientul volumetric al uleiului la presiunea de saturație;

b - tăierea volumetrică a apei de producție;

Ppr - presiunea la intrarea in pompa;

Psat - presiune de saturație.

8. Calculați debitul de fluid la admisia pompei:

9. Determinați cantitatea volumetrică de gaz liber la admisia pompei:

Gpr \u003d G [ 1- (Ppr / ...

unde F = 0,785 (D2 - d2) - aria secțiunii inelare,

D - diametrul interior al șirului de carcasă,

d este diametrul exterior al SEM.

Dacă debitul lichidului pompat W este mai mare decât [W] (unde [W] este viteza minimă admisă a lichidului pompat), starea termică a motorului submersibil este considerată normală.

Dacă unitatea de pompare selectată nu este capabilă să preia cantitatea necesară de lichid de distrugere la adâncimea suspensiei selectată, aceasta (adâncimea suspensiei) este mărită cu L= 10 - 100 m, după care calculul se repetă, începând de la paragraful 5. Valoarea lui L depinde de disponibilitatea timpului și de capacitățile tehnologiei informatice a consumatorului.

După determinarea adâncimii de suspensie a unității de pompare în funcție de inclinogramă, se verifică posibilitatea instalării pompei la adâncimea selectată (prin creșterea ratei de curbură la 10 m de penetrare și prin unghiul maxim de abatere al axei sondei). din verticală). În același timp, se verifică posibilitatea de a rula unitatea de pompare selectată în acest puț și în cele mai periculoase secțiuni ale puțului, a căror trecere necesită o îngrijire specială și rate scăzute de coborâre în timpul DR.

Tabelul 2.1 Date inițiale

Tabelul 2.2 Calcule

SubPUMP ajută la selecția ESP prin crearea modului optim de funcționare pentru condițiile curente ale sondei sau prin analizarea performanței unui sistem ESP existent. Această analiză este de obicei efectuată de un inginer de producție. Configurația sondei, analiza fluidelor, caracteristicile fluxului de intrare, aceștia sunt parametrii care sunt utilizați ca bază pentru analiza performanței și selecția echipamentelor subterane de către programul SubPUMP.

2.2 Calculul puterii și selectarea motorului ESP

Pentru a antrena pompe submersibile centrifuge, se fabrică motoare electrice asincrone submersibile de tip PED care îndeplinesc următoarele cerințe. Diametrul lor este ceva mai mic decât diametrele normale ale corzilor de carcasă utilizate. Motoarele sunt protejate de pătrunderea fluidului de formare, care se realizează prin umplerea lor cu ulei de transformator sub o suprapresiune de 0,2 MPa față de presiunea hidrostatică externă din puț.

Puterea totală a motorului necesară pentru a funcționa pompa este determinată de formula:

, (2.9) unde k s -

factor de siguranță k c =1,1 - 1,35;

Densitatea fluidului în puț, kg/m 3 ;

randamentul pompei.

Preselelectăm două motoare care sunt potrivite în ceea ce privește puterea nominală. Introducem datele pașaportului lor în tabelul 2.2.

Tabelul 2.2

Pentru a crește tensiunea la tensiunea nominală a motorului și pentru a compensa pierderile în cablu și alte elemente ale rețelei de alimentare, se folosesc transformatoare de putere pentru pompe submersibile (TMPN).

Transformatorul este selectat în funcție de puterea totală a motorului:

Motor S \u003d 1,73 1000 25,5 10 -3 \u003d 44,12 kVA

Intenționăm să instalăm un transformator TMPN 63/3 UHL1.

Verificăm transformatorul din punct de vedere al puterii în funcție de starea:

S dv

44,12 kVA<63 кВА