Подбор ПЭЦН для конкретных условий работы скважины.

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего образования
«Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова»
Высшая школа энергетики, нефти и газа
(наименование высшей школы / филиала / института / колледжа)
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
По дисциплине/междисциплинарному курсу/модулю:
нефтяных и газовых месторождений
Особенности разработки морских
На тему: Подбор ПЭЦН для конкретных условий работы скважины. Вариант №11
Выполнил обучающийся:
Лукьянов Иван Михайлович
(Ф.И.О.)
Направление подготовки / специальность:
21.04.01 Нефтегазовое дело
(код и наименование)
Курс: 1
Группа:111320
Руководитель:
Иконникова Людмила Никовна – к.т.н., доцент
(Ф.И.О. руководителя, должность / уч. степень / звание)
Отметка о зачете
(отметка прописью)
Руководитель
(подпись руководителя)
Архангельск 2023
(дата)
Иконникова Л.Н.
(инициалы, фамилия)
ЛИСТ ДЛЯ ЗАМЕЧАНИЙ
2
ОГЛАВЛЕНИЕ
1 ПОДБОР ПЦЭН ДЛЯ КОНКРЕТНЫХ УСЛОВИЙ РАБОТЫ СКВАЖИНЫ ......... 4
1.1 Условие задачи и вводные данные ............................................................. 4
1.2 Построить индикаторную диаграмму, выбрать режим работы
скважины; ....................................................................................................................... 5
1.3 Определение давления на приеме насоса. ................................................. 6
1.4 Вычисление глубины спуска ПЭЦН .......................................................... 7
1.5 Давление необходимое для подъема заданного объема жидкости
на поверхность. .............................................................................................................. 8
1.6 Перерасчет потребного давления в напор. ................................................ 9
1.7 Выбор ПЭЦН. ............................................................................................... 9
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ...................................................... 11
3
1 ПОДБОР ПЦЭН ДЛЯ КОНКРЕТНЫХ УСЛОВИЙ РАБОТЫ
СКВАЖИНЫ
1.1 Условие задачи и вводные данные
Подобрать погружной насос ПЭЦН для конкретных характеристик скважины.
Режим работы скважины – дебит скважины выбрать самостоятельно, используя
индикаторную диаграмму. ПЭЦН подобрать таким образом, чтобы насос работал
при оптимальном КПД в пределах рекомендуемой зоны при выбранном режиме
работы скважины. Обводненность скважины равна B = 0. Показатель степени в
уравнении притока равен n = 1. Устьевое давление равно Pу = 0,1 МПа. При расчете
использовать экспериментальные кривые распределения давления.
Требуется:
1)
Построить
индикаторную
диаграмму,
выбрать
режим
работы
скважины;
2)
Определить давление на приеме насосах;
3)
Определить оптимальное давление на приеме насоса;
4)
Вычислить глубину спуска ПЭЦН;
5)
Определить давление, необходимое для подъема заданного объема
жидкости на поверхность;
6)
Пересчитать давление, необходимое для подъема заданного объема
жидкости на поверхность в напор;
7)
Задаваясь несколькими значениями дебитов вычислить для каждого из
них напор, необходимый для подъема заданного объема жидкости на поверхность.
Построить кривую H=f(Q);
8)
Выбрать ПЭЦН исходя из того, чтобы ПЭЦН работал при оптимальном
КПД для выбранного режима работы скважины;
9)
Построить характеристику работы скважины и характеристику работы
выбранного насоса в координатах Q от H. Сделать вывод о правильности подбора
насоса для конкретных условий;
4
Таблица 1 – Исходные данные
Параметр
Обозначение Единица измерения
Коэффициент продуктивности
K
м3 / (сут · МПа)
Пластовое давление
Pпл
МПа
Забойное давление
Рз
МПа
Давление насыщения
Рнас
МПа
Вязкость нефти в пластовых условиях
μпл
мПа · с
Плотность дегазированной нефти
ρнд
кг / м3
Плотность воды
ρв
кг / м3
Обводненность скважины
B
%
о
Пластовая температура
Tпл
С
Глубина скважины
L
м
1.2
Построить
индикаторную
диаграмму,
выбрать
Значение
23
15,21
7,12
6,5
6,7
869
1000
0
38
1800
режим
работы
скважины;
Построение индикаторной диаграммы выполняется по обобщённой формуле
притока
𝑄 = 𝐾(𝑃пл − 𝑃заб )𝑛
(1)
К заданным пластовым и забойным давлениям при заданном коэффициенте
продуктивности принимаем:
𝑄 = 23 ∙ (15.21 − 7.12) = 186 м3 /сут
Задавая несколько значений забойного давления получим индикаторную
диаграмму однофазного потока.
12
10
∆P.МПа
8
6
4
2
0
0
50
100
150
200
Q,м3/сут
Рисунок 1 – Индикаторная диаграмма
5
250
300
1.3
Определение давления на приеме насоса.
Прежде чем рассчитать соответствующее давление вычислим вязкость
дегазированной нефти при пластовой температуре T=38С рассчитывается
формулой:
lg𝜇 𝑇 = lg𝜇20 (
lg𝜇50
lg𝜇20
)
𝑇−20
30
(2)
Вязкость дегазированной нефти при пластовой температуре будет равна:
lgμT = lg14,4(
lg6,2 38−20
) 30 = 0,92236.
lg14,4
𝜇нд = 𝜇38 = 8,4 мПа ∙ с.
Проверяем отношение
𝜇нд
=
𝜇пл
8,4
6,7
= 1,25 < 3. Тогда при данном отношении
𝜇нд
𝜇пл
,
не превышающим 3, будут справедливы эмпирические зависимости для расчета
оптимального, допускаемого и предельного давлений на приеме насоса.
Оценку оптимального давления на приеме при B ≤ 0,6 можно выполнить по
формуле:
𝑃опт =
𝑃опт =
𝜇нд
𝑃 (0,325 − 0,316𝐵)
𝜇пл нас
(3)
8,4
∙ 6,5 ∙ 106 ∙ (0,325 − 0,316 ∙ 0) = 2,65 МПа
6,7
Для оценки допускаемого давления на приеме при B ≤ 0,6 можно использовать
формулу:
𝑃доп =
𝑃доп =
𝜇нд
𝑃 (0,198 − 0,18𝐵)
𝜇пл нас
(4)
8,4
∙ 6,5 ∙ 106 ∙ (0,198 − 0,18 ∙ 0) = 1,61 МПа
6,7
Предельное давление на приеме насоса при 0 ≤ B ≤ 1 можно рассчитать по
следующей зависимости:
𝑃пред =
𝜇нд
𝑃 (0,125 − 0,115𝐵)
𝜇пл нас
6
(5)
𝑃пред =
8,4
∙ 6,5 ∙ 106 ∙ (0,125 − 0,115 ∙ 0) = 1,02 МПа
6,7
Вычисление глубины спуска ПЭЦН
1.4
Максимально возможный дебит скважины ограничен условием:
𝑃заб 𝑚𝑖𝑛 = 0,75𝑃нас = 0,75 ∙ 6,5 = 4,88 МПа.
Тогда максимальный дебит скважины можно рассчитать по обобщенному
уравнению притока:
𝑄𝑚𝑎𝑥 = 𝐾(𝑃пл − 𝑃заб 𝑚𝑖𝑛 )𝑛 = 23 ∙ (15,21 − 4,88) = 237,59 м3 /сут
Задаемся следующими значениями дебитов (подач): 𝑄1 = 100 м3 /сут; 𝑄2 =
150 м3 /сут; 𝑄3 = 200 м3 /сут.
Средняя плотность нефти определяется по формуле:
𝜌
̅̅̅н =
𝜌
̅̅̅н =
829+869
2
𝜌пл +𝜌нд
2
(6)
= 849 кг/м3 .
Средняя плотность жидкости:
𝜌ж, = 𝜌
̅̅̅н + (𝜌в − 𝜌
̅̅̅н )𝐵
(7)
𝜌ж, = 849 + (1000 − 849) ∙ 0 = 849 кг/м3 .
Глубина спуска насоса определяется по формуле:
𝐻н = 𝐿 +
𝑄
𝐾
𝑃опт + −𝑃пл
,
𝜌ж
𝑔
Вычислим глубины спуска насоса для заданных подач по формуле (8):
При 𝑄1 = 100 м3 /сут
𝐻н1 = 1800 +
(2,65+
100
−15,21)∙106
23
849∙9,81
= 814 м;
При 𝑄2 = 150 м3 /сут
𝐻н2 = 1800 +
(2,65+
150
−15,21)∙106
23
849∙9,81
= 1075 м;
При 𝑄3 = 200 м3 /сут
𝐻н3 = 1800 +
(2,65+
200
−15,21)∙106
23
849∙9,81
= 1336 м.
7
(8)
Для каждой глубины насоса по кривым распределения давления (рисунок 2)
определим давления на выходе насоса при Pу = 0,1 МПа и B = 0.
Рисунок 2 – Кривые распределения давления (где при В=0 линия-1)
Давления на выходе насоса:
𝑃вых1 = 4 МПа;
𝑃вых2 = 6,2 МПа;
𝑃вых3 = 8,3 МПа.
1.5
Давление необходимое для подъема заданного объема жидкости на
поверхность.
Давление необходимое для подъема заданного объема жидкости на
поверхность рассчитывается по формуле:
𝑃Н = 𝑃вых − 𝑃опт
Потребные давления вычислим по формуле (9):
𝑃Н1 = 4 − 2,65 = 1,35 МПа;
𝑃Н2 = 6,2 − 2,65 = 3,55 МПа;
𝑃Н3 = 8,3 − 2,65 = 5,65 МПа.
8
(9)
1.6
Перерасчет потребного давления в напор.
Для перерасчета потребного давления в напор используют формулу:
𝐻=
𝑃Н
(10)
,
𝜌ж
𝑔
Потребные напоры:
𝐻1 =
𝐻2 =
𝐻3 =
1,35∙106
849∙9,81
3,55∙106
849∙9,81
5,65∙106
849∙9,81
= 162 м;
= 426 м;
= 678 м.
По результатам расчета строим зависимость H = f(Q) рисунок 3.
800
700
H.м
600
500
400
300
200
100
95
115
135
155
175
195
215
Q,м3/сут
Рисунок 3 – Зависимость H = f(Q)
1.7
Выбор ПЭЦН.
При подборе ПЭЦН мною были предложены три насоса кандидата это ЭЦН
5А-240, ЭЦН 5.1-200 и ЭЦН 5А-160 рабочие характеристики которых представлены
на рисунке 4 совместно с характеристикой работы скважины.
9
H,м
950
900
850
800
750
700
650
600
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
H=f(Q)
ЭЦН 5А-240
ЭЦН 5.1-200
ЭЦН 5А-160
95
115
135
155
175
195
215
235
255
275
295
315
Q,м3/сут
Рисунок 4 – Характеристики работы скважины и насосов кандидатов
Как видно из графика максимальный возможный дебит невозможно
обеспечить
насосами
ПЭЦН.
Наиболее
близкий
дебит
(Q=205 м3 /сут)
обеспечивается ЭЦН 5А-240 с рабочими подачами от 200 до 300 м3 /сут , но при
снижении дебита в будущем его следует заменить на более оптимальные насосы
ЭЦН 5.1-200 (Q=167м3 /сут , с рабочими подачами от 160 до 240 м3 /сут) или ЭЦН
5А-160 с лучшим максимальным дебитом Q= 175 м3 /сут и с рабочим диапазоном
120-200 м3 /сут. Предпочтительнее выбрать ЭЦН 5А-240 или ЭЦН 5А-160.
Определим глубину спуска этих насосов по формуле (8).
𝐻ЭЦН 5А−240 = 1800 +
𝐻ЭЦН 5А−160 = 1800 +
(2,65+
205
−15,21)∙106
23
849∙9,81
(2,65+
175
−15,21)∙106
23
849∙9,81
= 1362 м;
= 1205 м;
Таким образом, по заданным характеристикам скважины мы подобрали ПЭЦН, при
однофазном потоке.
10
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 Мищенко И.Т. Скважинная добыча нефти: Учебное пособие для вузов. – М:
ФГУП Изд-во Нефть и газ РГУ нефти и газа им. Губкина, 2003. – 816 с.
2 Мищенко И.Т. Расчеты при добыче нефти и газа: ФГУП Изд-во Нефть и газ
РГУ нефти и газа им. Губкина, 2008. – 296 с.
11