Общие сведения

Характерными особенностями условий эксплуатации установок погружных лопастных насосов являются:

1. Ограниченные диаметральные габариты обсадной колонны скважины, а, следовательно, насоса и двигателя.

2. Довольно значительные изменения кривизны скважин: от вер­тикальных до наклонно-направленных.

3. Длина насосного агрегата может достигать 40 м и более (из-за большого потребного напора — до 3650 м).

Зная глубину спуска, искривленность скважины и со­стояние эксплуатационной колонны, выбирают допустимый зазор между агрегатом и колонной. От зазора зависят основные размеры насоса и двигателя, связанные с мощностью погружного агрегата. Рассмотрим вначале выбор диаметрального габарита установки применительно к вертикальной скважине. При этом предполагается концентричное

Рисунок 20. 1 Схема насосного агрегата

расположение насосного агрегата и НКТ относитель­но обсадной колонны, а так же установка плоского кабеля вдоль на­сосного агрегата и круглого кабеля вдоль НКТ (рис. 20.1, а).

Во многих российских нормативных документах диаметральный габарит установки рассчитывается по следующей формуле:

(20.1)

где D_н, D_дв — наружные диаметры корпусов соответственно насоса и двигателя;

h_к — толщина плоского кабеля;

е — толщина металлического пояса, крепящего кабель к агрегату.

Следует отметить, что такой расчет диаметрального габарита уста­новки недостаточен, так как не учитывает другие, возможно сущест­венные по величине, составляющие поперечного размера установки.

Выбор установки по поперечному размеру должен производиться по минимальному зазору, определенному в соответствии со следующими формулами:

l) Δh₁ = D_мин - (D_м + d_к), (20.2)

2) Δh₂ = D_мин - (D_пэд/2 + D_м/2 + d_к), (20.3)

3) Δh₃ = D_мин - (D_н/2 + D_м/2 + d_к), (20.4)

4) Δh₄ = D_мин - (D_a + e), (20.5)

5) Δh₅ = D_мин -(D_al + e), (20.6)

где D_мин — минимальный внутренний диаметр обсадной колонны;

d_к — диаметр круглого кабеля;

D_м — диаметр муфты НКТ;

D_пэд — диаметр двигателя;

D_н — диаметр насоса;

D_a — поперечный диаметр насосного агрегата для случая D_н= D_пр;

D_a1 — поперечный диаметр насосного агрегата для случая D_н < D_пр,

где D_пр— диаметр протектора гидрозащиты.

Поперечный диаметр насосного агрегата для случая D_н = D_пр является диаметром окружности, описываемой сечение, включающее элект­родвигатель, насос (протектор) и плоский кабель. Этот диаметр равен:

(20.7)

(20.8)

h_к - толщина плоского кабеля — удлинителя.

Вывод этого равенства получается из рассмотрения прямоугольного треугольника ОВС в сечении насосного агрегата (рис. 20.2):

Величина в — ширина плоского кабеля (удлинителя) или ширина паза между защитными ребрами, выполненными на корпусе насоса (см. рис. 20.3).

Это выражение точнее определяет поперечный диаметр насосного агрегата, чем применяемое многими производителями выражение (20.1).

Рисунок 20.2 Сечение насосного агрегата

(без защитного устройства плоского кабеля)

Для случая D_н< D_пр в выражении (20.8) вместо D_н следует подста­вить D_пр и по выражению (20.7) найти D_al.

В случае если Δh₃ > Δh₄, что может иметь место при большом диаметре насосных труб, то выше агрегата следует установить 100-150 м НКТ меньшего диаметра, при котором Δh₃ < Δh₄.

Таким образом, определив зазоры по вышеприведенным выра­жениям, находим минимальное его значение.

Минимально-допус­тимый зазор, при котором возможен безаварийный спуск и подъем установки, может быть найден опытным путем, так как возможно влияние многих факторов, уменьшающих внутренний диаметр об­садной колонны:

Рисунок 20.3 Модуль-головка насоса: 1 - корпус, 2 - ребро, 3 - кольцо уплотнительное

1. Из-за длительного срока эксплуатации скважин на внутренних поверхностях обсадных колонн могут образовываться наслоения гип­са, солей и т. п. большой твердости толщиной до 3 мм.

2. Следует учесть значительные предельные отклонения размеров труб, составляющих обсадную колонну.

Кроме того, выбор заниженного зазора между внутренним диамет­ром обсадной колонны и поперечными размерами установки и НКТ может привести к аварийной ситуации: насосный агрегат может за­стрять в обсадной колонне.

Исходя из вышеизложенного, ясно, насколько важен корректный выбор диаметральных габаритов насосного агрегата с электрически­ми кабелями и насосно-компрессорными трубами для спуска в конк­ретную обсадную колонну.

По результатам многолетней нефтепромысловой практики в РФ оценочно определены минимально-допустимые зазоры, обеспечивающие сохранность кабеля и устранение опасности прихвата агрегата (табл. 20.1).

Минимальные зазоры для обсадных колон с большими диаметральными размерами (более 8 мм) приведены в табл. 20.1 как ориентировочные.

При необходимости возможно увеличение зазоровΔh₂ и Δh₃ путем эксцентричной установки НКТ с круглым кабелем относительно на­сосного агрегата (см. рис. 20.1, б). При этом зазоры Δh₂ и Δh₃ могут быть рассчитаны по следующим равенствам:

где δ — эксцентриситет — см. рис. 20.1, б.