На нагревание погружного двигателя

Выведенные выше соотношения (4.17)—(4.23) позволяют оценить изменение температуры ПЭД в зависимости от условий его эксплуатации. Условия эти многообразны. В частность в широком диапазоне меняются свойства добываемой и, следо вательно, обтекающей ПЭД жидкости. Меняются также свойства технологической жидкости, используемой для задавки.

Учитывая, что резкое возрастание температуры происходит при ламинарном обтекании ПЭД, т. е. в начальный период,. проанализируем этот процесс по (4.21). При малых значениях. критерия Био с достаточной для практических расчетов точностью можно принять В =1 и μ² = 2Bi, а уравнение (4.21) переписать в виде

                                                     (4.24)

Данная упрощенная формула позволяет провести в явном виде анализ роли свойств охлаждающей жидкости на нагрев ПЭД. Эти свойства в приведенных здесь формулах действуют через критерий Био. Приняв в качестве отправной формулу для числа Нуссельта при вынужденном ламинарном движении жидкости в трубе, критерий Био можно записать в виде

                            (4,25)

где Gд - весовой расход омывающей ПЭД жидкости, г/с; Дд, Д - диаметры двигателя и колонны соответственно, см; λд, λ - коэффициенты теплопроводности цилиндра и жидкости соответственно, кал/(г·см· ºС); С - теплоемкость жидкости, кал/(г·ºС); η - вязкость жидкости, г/(см·с). На рис. 4.3 представлена зависимость температуры ПЭД-40 от времени при ламинарном обтекании его пластовой водой Ромашкинского месторождения в скважине с обсадной колонной диаметром 146 мм.

Использование Другой жидкости для охлаждения приведет к изменению степени нагрева погружного двигателя. Для заданного времени степень этого изменения (Т - Тс)/(Тв— Тс) будет однозначно определяться отношением Bi/Biв

                                              (427)

Из графика этой зависимости (рис. 4.4) видно, что чем меньше Bi/Biв, тем больше нагревается погружной двигатель.

Например, при охлаждении ПЭД безводной пластовой нефтью Ромашкинского месторождения (Вi/Вiв = 0,3) степень перегрева по сравнению с пластовой водой при 2BiвFо = 2, что соответствует 0,5 - 0,6 ч, составляет 1,7. Это имеет принципиальное значение, в особенности при малом темпе притока и» пласта. Если кризис ламинарного течения наступает при t = 0,5 - 0,6 ч, обтекание двигателя нефтью приводит к недопустимому его перегреву (121 °С против 71 °С при охлаждении водой).

Таким образом, в самый начальный период освоения насосных скважин наиболее оптимальной для охлаждения ПЭД является технологическая жидкость, которая обеспечивает максимальные значения критерия Био. Такие условия, согласно формулы (4.25), обеспечиваются жидкостями с высокими значениями теплоемкости и теплопроводности. Влияние вязкости непосредственно на критерий Био при ламинарном режиме обтекания незначительно. В то же время от вязкости в определяющей степени зависит продолжительность начального интервала времени, при котором сохраняется ламинарный режим потока в кольцевом пространстве между погружным двигателем и обсадной колонной. Чем больше вязкость, тем при более высоких значениях расхода жидкости происходит кризис ламинарного режима течения, тем более продолжителен начальный промежуток времени, характеризующийся высоким темпом роста температуры ПЭД. Таким образом, можно сказать, что маловязкая технологическая жидкость будет обеспечивать при прочих равных условиях более благоприятный температурный режим погружного двигателя в период его освоения.

Качественно характер влияния теплофизических свойств жидкости на температуру ПЭД сохраняется и при выходе скважины на стационарный режим G = Gном. Критерий Био в этом случае вычисляется по формуле

                                      (4.27)

а средняя температура ПЭД по формуле (4.23).

Из этих соотношений следует, что в безводных скважинах температура погружного двигателя выше, чем в сильно обводненных, так как продукция последних имеет более низкую вязкость и более высокое значение теплоемкости и теплопроводности. Например, для условий Ромашкинского месторождения критерий Био безводной скважины в 5 - 6 раз меньше, чем в полностью обводненной. Величина же нагрева двигателя (Т - Тс) в безводной скважине в 2,5 - 3 раза выше, хотя абсолютные значения температуры двигателя Т при стационарном режиме работы скважины незначительны и всегда находятся в пределах допустимого.