Гидравлический расчет трубопровода

 

Запишем уравнение Бернулли с учетом источника энергии (напор насоса H):

 

 

Пренебрегая разностью скоростных напоров в виду малости по отношению к напору статическому, преобразуем уравнение:

 

 

где h ₁ - превышение уровня жидкости в трапе над устьем скважины, высота до сепаратора;

γ - удельный вес жидкости;

p _с - давление на входе в сепаратор.

Для определения суммарных потерь на трение:

 

 

где l ₂ - расстояние от устья скважины до системы сбора;

l - общая глубина спуска насоса;

v - средняя скорость скоростного потока;

ξ - коэффициент местных сопротивлений, принимаем ξ = 10.

Определим коэффициент гидравлического сопротивления λ, для чего вычислим число Рейнольдса:

 

В зоне смешанного трения:

 

 

Определим общую глубину спуска насоса:

 

 

где h _дин - динамический уровень жидкости;

h _ст - статический уровень жидкости;

h _п - глубина погружения под динамический уровень;

Δ h - депрессия скважины, падение статического уровня жидкости после начала эксплуатации скважины;

k - коэффициент продуктивности;

l ₂ - расстояние от устья скважины до трапа.

Центробежные насосы нормально работают при перекачке мертвых жидкостей. При попадании в насос газ работа насоса ухудшается и может полностью сорваться.

Показатели работы погружного центробежного насоса при наличии в добываемой жидкости газа в большой степени зависят от глубины погружения насоса под динамический уровень. Увеличение глубины погружения под динамический уровень приводит к уменьшению количества газа, попадающего в насос вместе с жидкостью.

Для нормальной работы центробежного насоса желательно принимать такую глубину его погружения под уровень, при котором весь газ будет растворен в нефти.

Глубина погружения насоса под динамический уровень будет:

 

 

где p _сетки - давление у приемной сетки насоса, которое можно принять равным устьевому давлению, так как вес столба газа составляет ничтожно малую величину;

γ _ср - средний удельный вес нефти в межтрубном пространстве.

Удельный вес нефти на глубине динамического уровня можно считать равным удельному весу дегазированной нефти, т.е. 0,84 г/см³.

На основании графика кривых изменения объемного газосодержания, усадки, кинематической вязкости и удельного веса нефти в зависимости от давления, удельный вес нефти при давлении p _у = 10,2 атм равен 0,84 г/см³.

 

 

Потребный напор для трубопровода:

 

 

График потребного напора представляет собой характеристику трубопровода. Характеристика трубопровода - зависимость потерь напора от расхода жидкости. Построим по результатам гидравлического расчета для 16 значений.

 

Таблица 1 - Расчет графика потребного напора

Q, м3/сут	Re	Режим движения	λ	Hд, м	L, м	hтр, м	hм, м	∑h, м	Hпотр
0	0	ламин	-	1094,8	1151,2	0,00	0,00	0,00	906,0
20	627	ламин	0,10209	1066,9	1179,1	1,57	0,01	1,58	935,5
40	1254	ламин	0,05104	1039,0	1207,0	3,21	0,03	3,24	965,0
60	1881	ламин	0,03403	1011,1	1234,9	4,93	0,06	4,99	994,7
80	2508	гладкие трубы	0,04471	983,3	1262,7	11,78	0,11	11,89	1029,4
100	3135	гладкие трубы	0,04229	955,4	1290,6	17,80	0,17	17,97	1063,4
120	3762	переходный	0,04189	927,5	1318,5	25,94	0,24	26,18	1099,5
140	4388	переходный	0,04054	899,6	1346,4	34,89	0,32	35,22	1136,4
160	5015	переходный	0,03943	871,7	1374,3	45,24	0,42	45,67	1174,7
180	5642	переходный	0,03850	843,9	1402,1	57,04	0,54	57,58	1214,5
200	6269	переходный	0,03770	816,0	1430,0	70,33	0,66	71,00	1255,8
220	6896	переходный	0,03701	788,1	1457,9	85,17	0,80	85,97	1298,7
240	7523	переходный	0,03640	760,2	1485,8	101,60	0,95	102,55	1343,2
260	8150	переходный	0,03586	732,3	1513,7	119,67	1,12	120,79	1389,3
280	8777	переходный	0,03538	704,5	1541,5	139,45	1,30	140,74	1437,1
300	9404	переходный	0,03494	676,6	1569,4	160,97	1,49	162,46	1486,7

Рисунок 2 - График потребного напора

 

Подбор центробежного насоса

 

Существующий нормальный ряд погружных центробежных электронасосов предусматривает в зависимости от диаметра эксплуатационной колонны и производительности скважин несколько типов насосов. Подбор насоса для скважины производим в соответствии с характеристикой скважины, ее дебитом, необходимым напором и диаметром эксплуатационной колонны на основании характеристики погружных центробежных насосов. Для получения дебита Q = 200 м³/сутки и напора H = 1250,0 м наиболее подходит центробежный насос ЭЦНА5-200-1300: