Оптимизация работы установок электроцентробежных насосов на Первомайском нефтяном месторождении
3.3 Рабочая характеристика УЭЦН
Электроцентробежные насосы широко применяются для эксплуатации высокодебитных и малодебитных скважин с различной высотой подъема жидкости.
Электронасосы применяются для эксплуатации скважин:
1. нефтяных с высоким содержанием парафина;
2. малодебитных с низким уровнем жидкости;
3. малодебитных с водонапорным режимом;
4. высокодебитных;
5. сильнообводненных, где для добычи определенного количества нефти необходимо отбирать большое количество воды;
6. глубоких, для рентабельной эксплуатации которых требуются насосы большой мощности;
7. наклонных скважин;
8. с высоким газосодержанием;
9. с содержанием солей в добываемой жидкости.[3]
Однако эффективность работы значительно снижается при наличии в откачиваемой жидкости свободного газа.
Характеристика работы насоса резко снижается уже при 1…2% содержании газа (по объему). Методами борьбы с попаданием газа в насос являются:
- увеличение погружения насоса под динамический уровень;
- установка различного вида газосепараторов ниже приема насоса.
Все виды насосов имеют паспортную характеристику в виде кривых зависимостей H(Q) (напор, подача), з(Q) (коэффициент полезного действия, подача), N(Q) (потребляемая мощность, подача), которая обычно дается в диапазоне рабочих значений расходов или в несколько большем интервале (рис. 3.3)
Рисунок 3.3 - Типовая характеристика погружного центробежного насоса
Всякий центробежный насос, в том числе и ПЦЭН, может работать при закрытой задвижке (Q = 0, H = max) и при отсутствии противодавления на выкиде (Q = Qmax, H = 0). Полезная работа насоса пропорциональна подаче на напор, на этих двух точках она будет равна нулю, а следовательно и з= 0.[3]
При определенном соотношении Q и H, обусловленными минимальными внутренними потерями, з достигает максимального значения равного примерно 0,5…0,6. Подача и напор соответствующие максимальному коэффициенту полезного действия, называются оптимальными.
Зависимость з(Q) около своего максимума изменяется плавно, поэтому допускается работа ПЦЭН при режимах, отличающихся от оптимального в ту или иную сторону на некоторую величину. Пределы этих отклонений зависят от конкретной характеристики ПЦЭН и должны соответствовать снижению КПД насоса на 3…5%. Это обуславливает целую область работы ПЦЭН, которая называется рекомендованной областью.[3]
Номинальные значения КПД установки соответствуют работе на воде.
Показатели назначения по перекачиваемым средам следующие:
- среда - пластовая жидкость (смесь нефти, попутной воды и нефтяного газа);
- максимальная кинематическая вязкость однофазной жидкости, при которой обеспечивается работа насоса без изменения напора и к.п.д. - 1 мм2/с;
- водородный показатель попутной воды рН 6,0…8,5;
- максимальное массовое содержание твердых частиц - 0,01 % (0,1 г/л);
- микротвердость частиц - не более 5 баллов по Моосу;
- максимальное содержание попутной воды - 99%;
- максимальное содержание свободного газа у основания двигателя - 25%, для установок с насосными модулями- газосепараторами (по вариантам комплектации) - 55 %, при этом соотношение в откачиваемой жидкости нефти и воды регламентируется универсальной методикой подбора УЭЦН к нефтяным скважинам (УМП ЭЦН-79);
- максимальная концентрация сероводорода: для установок обычного исполнения - 0,001% (0,01 г/л); для установок коррозионностойкого исполнения - 0,125% (1,25 г/л);
- температура перекачиваемой жидкости в зоне работы погружного агрегата - не более 90 °С.
Для установок, укомплектованных кабельными линиями К43, в которых взамен удлинителя с теплостойким кабелем марки КФСБ используется удлинитель с кабелем марки КПБП, температуры должны быть не более:
- для УЭЦНМ 5 и УЭЦНМК 5 с двигателем мощностью 32 кВт - 90 °С;
- для УЭЦНМ 5, 5А и УЭЦНМК 5, 5А с двигателями мощностью 45…125 кВт - 95 °С;
- для УЭЦНМ 6 и УЭЦНМК 6 с двигателями мощностью 90…250 кВт - 100 °С (табл.3.1).
Таблица 3.1 - Габаритные размеры насосных агрегатов
Наружный диаметр корпуса насоса, мм. |
Длинна секций, м |
СВ |
СС |
СН |
||
5 |
92 |
С-3 |
3365 |
3365 |
3510 |
|
5А |
103 |
С-4 |
4365 |
4365 |
4510 |
|
6 |
114 |
С-5 |
5365 |
5365 |
5510 |
Внутренний диаметр колонны обсадных труб не менее и поперечный габарит насосной установки с кабелем не более соответственно: для установок УЭЦНМ 5 - 121,7 и 112 мм: для УЭЦНМ 5А - 130 и 124 мм; для УЭЦНМ 6 с подачей до 500 м 3/сут (включительно) - 144,3 и 137 мм, с подачей свыше 500 м 3/сут - 148,3 и 140,5 мм. [3]
Насосный агрегат, состоящий из погружного центробежного насоса 7 и двигателя 8 (электродвигатель с гидрозащитой), спускается в скважину на колонне насосно-компрессорных труб 4. Насосный агрегат откачивает пластовую жидкость из скважины и подает ее на поверхность по колонне НКТ.
Установки УЭЦНМ и УЭЦНМК (рис. 3.4) состоят из погружного насосного агрегата, кабеля в сборе 6, наземного электрооборудования - трансформаторной комплектной подстанции (индивидуальной КТППН или кустовой КТППНКС) 5.
Рисунок 3.4 - Установка погружного центробежного электронасоса УЭЦНМ
Вместо подстанции можно использовать трансформатор и комплектное устройство.
Кабель, обеспечивающий подвод электроэнергии к электродвигателю, крепится к гидрозащите, насосу и насосно-компрессорным трубам металлическими поясами (клямсами) 3, входящими в состав насоса.[3]
Комплектная трансформаторная подстанция (трансформатор и комплектное устройство) преобразует напряжение промысловой сети до значения оптимального напряжения на зажимах электродвигателя с учетом потерь напряжения в кабеле и обеспечивает управление работой насосного агрегата установки и ее защиту при аномальных режимах.
Электроцентробежные погружные насосы производства "АЛНАС" (сокращенно ЭЦНА) применяются для подъема пластовой жидкости, а также в системах поддержания пластового давления. "АЛНАС" производит и поставляет центробежные погружные насосы в габаритных группах 5, 5А и 6, производительностью от 10 до 1500 м 3/сут и напором до 2500 м. Широкая номенклатура насосов позволяет подобрать оборудование практически под любые условия эксплуатации, (рис.3.5).