2018-03-09
672
Задача №1.
Рассчитать оптимальное, допустимое и предельное давления на приеме погружного центробежного электронасоса (ПЭЦН).
Таблица 1.1
| № п/п | Исходные параметры | Размерность, | Варианты | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |||
| 1 | Давление насыщения Рнас | МПа | 6 | 6,5 | 7 | 7,5 | 8 | 8,5 | 9 | 9,5 | 10 | 10,5 |
| 2 | Обводненность, В | % | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | 45 | 50 | 55 |
| 3 | Вязкость дегазированной нефти µнд | мПа.с | 4 | 4,3 | 4,6 | 5,4 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
| 4 | Вязкость нефти в пластовых условиях µнп | мПа.с | 1,5 | 1,8 | 2,1 | 2,4 | 2,7 | 3 | 3,2 | 3,4 | 3,6 | 3,8 |
Погружной центробежный электоронасос (ПЦЭН) чувствителен к наличию в откачиваемой жидкости свободного газа. В зависимости от количества свободного газа фактические характеристики центробежного насоса «деформируюся», а при большом газосодержании насос прекращает подавать жидкость, происходит срыв подачи.
Давление на приеме насоса, соответствующее небольшому газосодержанию (1…3%) называют оптимальным давлением Ропт (первая область).
Вторая область работы ПЦЭН характеризуется увеличенным количеством газа (4…10%) на приеме насоса, вследствие чего реальные характеристики отличаются от стендовых (при работе без свободного газа), но насос сохраняет устойчивую работу при допустимом КПД. Давление на приеме, соответствующее этой области работы насоса, называется допустимым давлением на приеме Рдоп.
|
|
|
Третья область работы ПЦЭН характеризуется значительным (более 15%) свободного газа, вследствие чего нарушается устойчивая работа насоса вплоть до срыва подачи. Давление на приеме, соответствующее этой области работы насоса, называется предельным давлением на приеме Рпред. Для расчета оптимального (Ропт), допустимого (Рдоп) и предельного (Рпред) давлений при µнд ̸ µнп ≤3 воспользуемся эмпирическими формулами из
При В≤0,6
Ропт = µнд ̸ µнп . Рнас (0,325 – 0, 316В). (1)
При В≥0,6
Ропт = µнд ̸ µнп . Рнас (6,97В – 4,5В2 – 2,43), (2)
где: В – объемная обводненность продукции, в долях единицы.
Для оценки допустимого давления (Рдоп) на приеме ПЭЦН рекомендованы следующие формулы:
При В≤0,6
Рдоп = µнд ̸ µнп . Рнас (0,198 – 0,18В). (3)
При В≥0,6
Рдоп = µнд ̸ µнп . Рнас (2,62В – 1,75В2 – 0,85). (4)
Предельное давление на приеме во всей области 0≤В≤1 определяется по следующей зависимости:
Рпред = µнд ̸ µнп . Рнас (0,125 – 0,115В). (5)
Решение по формулам (1…5) сводим в таблицу 1.2.
| Таблица 1.2 | ||||||
| № п/п. | Параметры | Размерность | Значения | |||
| 1 | Давление насыщения
| МПа | 6 | |||
| 2 | Обводненность | % | 0.1 | |||
| 3 | Вязкость дегазированной нефти | мПа.с | 4 | |||
| 4 | Вязкость нефти в пластовых условиях | мПа.с | 1.5 | |||
| Рассчетные значения | ||||||
| 1 | Давление оптимальное (Ропт) | МПа | 4,694 | |||
| 2 | Давление допустимое (Рдоп) | МПа | 2,880 | |||
| 3 | Давление предельное (Р пред) | МПа | 1,816 | |||
Задача №2.
Подобрать УШГН для оптимальных условий работы пласт-скважина-насос.
Таблица 2.1
| № п/п | Исходные параметры | Размерность, | Варианты | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |||
| 1 | Давление насыщения Рнас | МПа | 6 | 6,5 | 7 | 7,5 | 8 | 8,5 | 9 | 9,5 | 10 | 10,5 |
| 2 | Обводненность, В | % | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | 45 | 50 | 55 |
| 3 | Плотность нефти в скважине ρн | кг ̸ м3 | 780 | 785 | 790 | 795 | 800 | 805 | 810 | 815 | 820 | 825 |
| 4 | Плотность попутной воды ρв | кг ̸ м3 | 1000 | 1010 | 1020 | 1030 | 1040 | 1050 | 1060 | 1075 | 1080 | 1090 |
| 5 | Глубина (по вертикали) до продуктивного пласта Нскв | М | 2000 | 2050 | 2100 | 2150 | 2200 | 2250 | 2300 | 2350 | 2400 | 2450 |
| 6 | Объемное содержание газа в скважине, α | % | 26 | 25 | 24 | 23 | 22 | 21 | 20 | 19 | 18 | 17 |
| 7 | Оптимальное давление на приеме насоса | МПа | 2.1 | 2.2 | 2.3 | 2.4 | 2.5 | 2.6 | 2.7 | 2.8 | 2.9 | 3 |
| 8 | Коэффициент продуктивности скважины, Кпр | М3 ̸МПа сут | 2 | 1.3 | 1.1 | 1.2 | 1.3 | 1.4 | 1.5 | 1.55 | 1.25 | 1 |
| 9 | Пластовое давление, Рпл | МПа | 20 | 20.5 | 21 | 21.5 | 22 | 22.5 | 23 | 23.5 | 24 | 24.5 |
| 10 | Давление затрубное (устьевое) | МПа | 0.6 | 0.7 | 0.8 | 0.9 | 1 | 1.1 | 1.2 | 1.3 | 1.4 | 1.5 |
Для подбора УШГН для оптимальных условий работы пласта, скважины и насоса воспользуемся рекомендациями [1].
1. Оптимальное давление на забое (Рз.опт) будем определять из формулы
Рз.опт = 0,8хРнас, (1)
2. Определение оптимальной депрессии на пласт (ΔРопт) производится по формуле:
ΔРопт = Рпл - Рз.опт; (2)
3. Оптимальный дебит скважины (QЖ) определяется по формуле:
QЖ = Кпр · ΔРопт; (3)
4. Определение среднего значения плотности жидкости (ρжз) на забое скважины производится по формуле:
ρжз = [ ρн (100 – В) + Вхρв] ̸ 100 (Кг/м3) (4)
5. Определение расчетного динамического уровня (Ндин) для оптимальной работы продуктивного пласта выполняется по формуле:
Ндин = Нскв - (Ро.заб - Ру ) х108 ̸ [g х ρжз х(100 – α) ],м (5)
6. Погружение насоса под динамический уровень (Нпогр) производится по формуле:
Нпогр = (Рпр - Ру)х106 ̸ [ g х ρн], м. (6)
7. Глубина спуска насоса (Нсп.н) определяется как сумма значений динамического уровня (Ндин) и значения погружения насоса под динамический уровень (Нпогр) по формуле:
Нсп.н = Ндин + Нпогр (7)
8. Определение диаметра плунжера насоса (Dпл) производится по формуле
Dпл = [QЖ·106 ̸ 0.785 ̸ n ̸ 0.8 ̸ L ̸ 1440]0,5, см, (8)
где: n - число ходов станка качалки за 1 мин, принять 6 об/мин; L – длину хода станка качалки, принять 180 см.
9. Для принятия решения по диаметру плунжера насоса расчетное значение Dпл округляют (в большую сторону) до ближайшего стандартного размера.
| Таблица 2.2 | |||||
| № п/п. | Параметры | Размерность | Вариант | ||
|
| 1 | ||||
| 1 | Давление насыщения, Рнас | МПа | 6 | ||
| 2 | Обводненность, В | % | 10 | ||
| 3 | Плотность нефти в скважине ρн | кг/м3 | 780 | ||
| 4 | Плотность воды, ρв | кг/м3 | 1000 | ||
| 5 | Глуб скв по верт. до пласта, Нскв | м | 2000 | ||
| 6 | Объемное газосод в ств. скв,α | % | 26 | ||
| 7 | Оптим давл на приеме насоса Рпр | МПа | 2.1 | ||
| 8 | Коэфф продукт, Кпр | м3/МПа/ сут | 2 | ||
| 9 | Пластовое давление Рпл | МПа | 20 | ||
| 10 | Давление затрубное (устьевое) Ру | МПа | 0.6 | ||
| 11 | Длина хода станка-качалки L | см | 180 | ||
| 12 | Число качаний станка-качалки n | мин^-1 | 6 | ||
|
| Рассчетные значения
|
| |||
| 1 | Оптим заб. давл. (Рз.опт) | МПа | |||
| 2 | Оптим депрессия на пласт (ΔР) | МПа | |||
| 3 | Рассчетный дебит скв. Qж | М3/сут | |||
| 4 | Плотность смеси на забое ρжз | кг/м3 | |||
| 5 | Рассчет динам уровня Ндин | М | |||
| 6 | Погруж под динам уровень(Нпогр) | М | |||
| 7 | Глубина спуска насоса (Нсп) | М | |||
| 8 | Диаметр плунжера Dпл | мм | |||
| 9 | Стандартный диаметр плунжера, мм | мм |
Условный номинальный внутренний диаметр, мм 27, 29, 32, 38, 44, 57, 70, 95
Задача № 3.
Определить приток жидкости в скважину при плоско-радиальном движении из пласта при следующих параметрах:
Таблица 3.1
| № п/п. | Исходные параметры | Размерность, | Варианты | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |||
| 1 | Давление пластовое Рпл | МПа | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 |
| 2 | Давление забойное Рзаб | МПа | 6 | 6,5 | 7 | 7,5 | 8 | 8,5 | 9 | 9,5 | 10 | 10,5 |
| 3 | Вязкость нефти µн | Па.с ·10-3 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
| 4 | Эффективная толщина пласта h | м | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 |
| 4 | Радиус контура питания Rк | м | 300 | 310 | 320 | 330 | 340 | 350 | 360 | 370 | 380 | 390 |
| 5 | Приведенный радиус ствола скважины rск | м | 0.01 | 0.02 | 0.03 | 0.04 | 0.05 | 0.06 | 0.07 | 0.08 | 0.09 | 0.1 |
| 6 | Проницаем. пласта | м2·10-13 | 1,5 | 1,4 | 1,3 | 1,2 | 1.1 | 1 | 0,9 | 0,8 | 0,7 | 0,6 |
Для плоско-радиального потока основное уравнение по определению притока жидкости и газа в скважину является уравнение Дюпюи:
Q = 2πkh (Рпл-Рзаб) ̸ [µ·ln(Rk ̸ r ск)], м3 (1)
где: k – проницаемость пласта, м2;
h – эффективная толщина пласта, м;
Рпл и Рзаб – пластовое и забойное давление, Па;
µ - вязкость жидкости, Па·с;
Rk и r ск – радиусы контура питания и скважины, м
Расчеты притока жидкости по формуле 1 разместим в таблице 3.2.
| Таблица 3.2 | |||||
| № п/п. | Параметры | Размерность | Вариант | ||
| 1 | |||||
| 1 | Пластовое давление Рпл | МПа | 16 | ||
| 2 | Забойное давл. (Рз) | МПа | 6 | ||
| 3 | Эффективная толщина пласта,м | м | 6 | ||
| 4 | Вязкость жидкости (нефти) | Па.с | 0.003 | ||
| 5 | Радиус контура питания, R | м | 300 | ||
| 6 | Приведенный радиус скважины r скв. | м | 0.01 | ||
| 7 | Проницаемость пласта | м2 | 1.5E-13 | ||
|
| Логарифм натуральный R/r |
| 10.30895266 | ||
| Рассчетные значения дебита | м3/с | ||||
| 1 | Рассчетные значения дебита
| м3/сут | |||
Задача № 4.
Ограничение производительности УЭЦН установкой штуцера
Пояснение к задаче №4.
Создание дополнительного сопротивления на устье скважины приводит к изменению напорно-расходной характеристики электроцентробежного насоса. Линия оптимальной производительности (Qопт) вынужденно смещается в левую зону. При этом, отбор продукции скважины ЭЦН снижается. С использованием графо-аналитического метода для отечественных ЭЦН установлено, что изменение напора одной ступени (ΔРс) УЭЦН (в диапазоне их номинальной производительности от 30м3/сут до 125 м3/сут) происходит в пределах Δ=0,03-0,04 метров водяного столба (м в. с.) при изменении производительности рабочей ступени на 1м3/сут. Расчетное значение изменение (увеличениние) напора на одну рабочую ступень при снижении производительности насоса находится по формуле:
ΔРс =Δ × (Qт – Qож); (1)
где: ΔРс – расчетное значение увеличения напора на одну ступень, в метрах водяного столба (м.в.ст);
Qт – текущий отбор ЭЦН из скважины, м3/сут;
Qж – ожидаемый отбор продукции из скважины, м3/сут,
Таким образом по формуле (1) при известном значении текущего отбора ЭЦН из скважины (Qт) и ожидаемого отбора флюида пласта из скважины (Qж) можно рассчитать необходимое изменение (увеличение) напора на одну ступень спущенного в скважину ЭЦН в м в.ст. В целом, для ЭЦН изменение (увеличение) противодавления на выкидной линии насоса (ΔРш) и, соответственно, на штуцерной камере можно рассчитать по выражению (2).
ΔРш = ΔРс × N; (2)
где: N – количество рабочих ступеней насоса, шт.
Для определения диаметра сопла штуцера можно воспользоваться формулой
Qож = µ×f ×1,41 
(3)
где: µ- коэффициент расхода сопла, принимается 0,9;
f1 – площадь сечения сопла штуцера, см2;
Рр – перепад давления, 10МПа,
Qож – расход жидкости через сопло, л/с.
Из уравнения (3) выразим расчетную площадь сопла (f).
= 
, (4)
Где: d – диаметр сопла штуцера, см.
После преобразования выразим диаметр сопла штуцера (d)
d = 
, см (5)
Пример 4.
Для скважины № 2018 в которой работает установка УЭЦН5А -100- 2200 (326 рабочих колес- ступеней) при динамическом уровне 1900м необходимо снизить отбор жидкости с 100 м3/сут до 80м3/сут с помощью установки одинарного износостойкого штуцера с проведением расчета его диаметра.
Решение.
По формуле (1) определим расчетное значение изменения (увеличения) напора на одну ступень ЭЦН, в метрах водяного столба при снижении отбора из скважины со 100 м3/сут до 80 м3/сут с применением способа штуцирования.
ΔРс = Δ× (Qт – Qож) = 0,035× (100– 80) = 0,7 м в.с.
По выражению (2) определим расчетный перепад на штуцере
ΔРш = ΔРс × N = 0,7×326 = 228 м.в.ст. = 2,28МПа =22,8 ат.
По формуле (5) определим расчетное значение штуцера при Qож = 80м3/сут = 0,926 л/с
d = = 
= 0,44см 
4,4 мм.
Задача 5.
