Определение эксплуатационных параметров ЭЦН

Практическая работа 76

Основные технологические расчеты выбора кабеля, трансформатора и определение эксплуатационных параметров ЭЦН

Цель: научиться производить основные технологические расчеты выбора кабеля, трансформатора и определение эксплуатационных параметров ЭЦН

Выбор кабеля

Выбор конструкций кабельных линий зависит от условий эксплуатации установок ЭЦН, в первую очередь, от температуры скважинной продукции. Часто кроме пластовой температуры используется расчетная величина снижения этой температуры за счет температурного градиента, а также повышение температуры окружающей среды и самого скважинного агрегата за счет нагрева погружного электродвигателя и центробежного насоса. Повышение температуры может быть довольно значительным и составлять 20-30 °С.

Другим критерием выбора конструкции кабеля является температура окружающего воздуха, которая влияет на работоспособность и долговечность изоляционных материалов кабельных линий.

Важными факторами влияющими на выбор конструкции кабеля являются свойства пластового флюида - коррозионная активность, обводненность, газовый фактор.

Сечение токоподводящих жил кабеля выбирают в зависимости от мощности погружного двигателя и глубины его спуска.

 

Сечения жилы кабеля выбирают по номинальному току электродвигателя, исходя из плотности i рабочего тока в этом кабеле:

              ,                                                         (1)

где  – номинальный ток электродвигателя, A;

 – допустимая плотность тока, A/мм².

При выборе кабеля следует учитывать температуру и давление окружающей среды, допустимое напряжение (смотреть приложение 4).

  Если в добываемой жидкости имеется растворенный газ, предпочтение следует отдать кабелю с полиэтиленовой и эластопластовой изоляцией, так как она не поглощает растворенной в нефти газ и не повреждается им при подъеме на поверхность.

  При наличии в скважине коррозионно-активных агентов предпочтение отдают кабелю с фторпластовой изоляцией.

 Потери мощности в кабеле, кВт, определяются по формуле:

            ,                       (2)

где  – рабочий ток в электродвигателе, А;

 – длина кабеля, м;  – сопротивление кабеля, Ом/м,

  

         ,                       (3)

где  – удельное сопротивление меди при ;

 – температурный коэффициент для меди;

 – температура на заборе у приема насоса;

 – площадь поперечного сечения жилы кабеля.

 Общая длина кабеля должна быть равна глубине спуска насоса плюс расстояние от скважины до станции управления и небольшой запас на ремонт кабеля:

         .                                      (4)

Примем =20 м.

Выбор трансформатора

 Выбирать трансформатор (автотрансформатор) следует на соответствие двух параметров – мощности и напряжения (приложение 5).  Мощность трансформатора должна быть

          ,                                   (5)

где ,  – полезная мощность и КПД электродвигателя соответственно;

 – потери мощности в кабеле.

 Для определения величины напряжения во вторичной обмотке трансформатора найдем величину падения напряжения в кабеле, В:

              (6)

где  – активное удельное сопротивление 1 км кабеля, Ом/км;

 – индуктивное удельное сопротивление кабеля ();

   – коэффициент мощности электродвигателя;

      – коэффициент реактивной мощности;

     – длина кабеля, км.

Произведением  можено пренебречь, тогда

                                          (7)

 

 Напряжение на вторичной обмотке трансформатора должно быть равно сумме рабочего напряжения электродвигателя и величины потерь напряжения в кабеле:

     

        .                                         (8)

 

Определение эксплуатационных параметров ЭЦН

Габаритный диаметр насосного агрегата определяют в двух сечениях с учетом того, что электродвигатель, насос и первые от насоса трубы представляют жесткую систему, и их размещение в скважине должно рассматриваться совместно.

В первом сечении учитываются диаметры электродвигате­ля насоса и плоский кабель:

,                          (9)

где Dэд, Dн - наружные диаметры электродвигателя и насо­са соответственно; hк - толщина плоского кабеля;

Sx - тол­щина хомута, крепящего кабель к насосу.

Во втором сечении учитывается размер муфты НКТ и круглый кабель:

,                                   (10)

Должно быть, чтобы величина Dmax > Amax, в противном случае первые над насосом 100 - 150 м НКТ устанавливают на типоразмер меньше или устанавливают на этой длине плос­кий кабель.

Величина диаметрального зазора между эксплуатационной колонной и Dmax должна быть не менее 5 - 10 мм для эксплуа­тационных колонн диаметром до 219 мм в неосложненных ус­ловиях для вертикальной скважины.

Скорость движения охлаждающей жидкости в расположе­нии электродвигателя определим по формуле

,                          (11)

где Dвн - внутренний диаметр эксплуатационной колонны; Q - дебит скважины, м³/сут.

Важным энергетическим показателем работы УЭЦН явля­ется расход электроэнергии на 1 т добываемой жидкос­ти, кВт·час/т, определяемый по формуле

,                                      (12)

где Н - высота подъема жидкости из скважины, м;

 ηоб = ηтр·ηн·ηдв·ηавт·ηк - общий кпд установки.

По техническим данным оборудования определяется ηтр - КПД труб; ηн - КПД насоса; ηдв - КПД электродвигателя; ηавт - КПД автотрансформатора или трансформатора; КПД кабеля ηк можно определить исходя из потерь мощности в ка­беле:

,                                          (13)

где Рэд - номинальная мощность электродвигателя; ΔРк -потери мощности в кабеле.

.