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.
.