Определение средней плотности жидкости в УЭЦН.
Плотность ГЖС, проходящей через ПЦЭН, будет равна
(18.15)
где p1 — плотность ГЖС на приеме насоса при давлении р1; р2— плотность жидкости в насосе, где р>рнас. Подставляя в (18.13) значение рЖ1 согласно (18.14), можем записать
(18.16)
Величина р2 соответствует плотности при полном растворений газа (β=0), следовательно,
(18.17)
Индекс «2» означает, что плотности нефти рнг и воды рВ2 берутся для условий выкида насоса или давления насыщения. Если давление на выкиде насоса меньше давления насыщения, т. е. полного растворения газа в ступенях насоса не происходит (ρ2<рнас), то на выкиде насоса будет некоторая газонасыщенность β2 <β1
В этом случае по аналогии с (18.16)
(18.18)
Значения p1 и р2 согласно (18.16) и (18.17) при р2>рнас и согласно (18.16) и (18.17). При р2<ρнас вычисляются и подставляются в формулу (18.15), по которой определяется средневзвешенная плотность жидкости, проходящей через ПЦЭН. Определение рср и QCР, т. е. истинных значений плотности жидкости и подачи ПЦЭН при средних термодинамических условиях, существующих в насосе, необходимо для правильного согласования напорной характеристики скважины и рабочих характеристик ПЦЭН. Если задан дебит Q при стандартных условиях и при построении кривых распределения давлений определен необходимый перепад давлений Ар, который должен развивать насос, то для сопоставления этих величин Q и Δр с рабочими характеристиками, выбираемого типоразмера насоса необходимо их пересчитать в истинные усредненные по формулам для Qcp и для рср. Зная среднюю плотность рср, можно определить напор, который должен развивать насос.
|
|
|
(18.19)
Только после такого пересчета можно сопоставить Qcp и Qопт подачи ПЦЭН на оптимальном режиме, добиваясь их равенства (в пределах области рекомендованных режимов). Одновременно напор Нопт, развиваемый насосом при подаче Qопт = Qcp, должен удовлетворять соотношению (18.19), т. е.
(18.20)
При малых газонасыщенностях на приеме, низких температурах и большой обводненности объемные изменения потока, проходящего через ступени насоса, невелики и в ряде случаев ими можно пренебречь. При больших давлениях на приеме насоса, повышенных газонасыщенностях, высоких температурах и растворимости газов и малой обводненности объемные изменения потока существенны и могут достигать 25 %. Также существенными могут быть отклонения и величины плотности потока, проходящего через насос, по сравнению с плотностью при стандартных условиях.
Влияние газа и вязкости жидкости на рабочие характеристики ПЦЭН.
Присутствие эмульгированного газа увеличивает объем смеси, проходящей через первые рабочие ступени насоса, и забирает часть энергии, подводимой к валу насоса, на сжатие газовых пузырьков и их полное растворение в нефти. При откачке однородной несжимаемой жидкости напор h = H/z0 (рис. XI.12, кривая 1), развиваемый каждым рабочим колесом, одинаковый, а давление в насосе равномерно нарастает от Р1 до Р2. Напор h = H/z0 остается для каждой ступени одинаковый. В результате напоры суммируются и давление равномерно возрастает от давления на приеме Р1 до давления на выкиде Р2 (линия 2). Если на приеме насоса существует газонасыщенность β, плотность газожидкостной смеси при переходе ее от одной ступени к другой в результате сжатия будет увеличиваться. Минимальная плотность будет на входе в первую ступень, максимальная — при давлении насыщения, когда весь газ растворится в нефти (рис. XI.12, кривая 3). Точка а соответствует той ступени насоса 2нас, в которой давление равно давлению насыщения Рнас.
|
|
|
Рис. XI.12. Распределение плотности ГЖС и давления по ступеням ПЦЭН: 1 — напора, развиваемого каждой ступенью; 2 — распределение давления по ступеням при откачке однородной несжимаемой жидкости; 3 — распределение плотности ГЖС по ступеням насоса; 4 — распределение давления при откачке газированной жидкости.
|
|
|
Если дисперсность газовых пузырьков велика и газожидкостную смесь можно рассматривать как однородную с пониженной плотностью, то кавитационные явления могут не возникать. В этом случае напор, развиваемый каждой ступенью, может оставаться постоянным, равным h = H/z0, и соответствующим характеристике насоса при работе его на данном режиме (Q). Однако давление, развиваемое каждой ступенью, равное ΔР = hpCMg даже при постоянстве напора h будет различным возрастая по мере увеличения рсм. После первой ступени оно будет минимальным, затем будет возрастать и после zHАС ступени (точка а) останется постоянным, так как ρ = const. При суммировании давлений, развиваемых каждым рабочим колесом, не получится равномерного нарастания давления вдоль ступеней насоса, как при однородной жидкости с постоянной плотностью. Сначала давление будет нарастать медленно (рис. XI. 12, линия 4), затем быстрее и после точки а линия Р(z) перейдет в прямую, параллельную линии 2, но расположенную ниже. Линия 4 при z = z0 имеет ординату Р2’ меньше чем Р2, так как давление на последней ступени насоса при откачке газированной жидкости Р2’ будет меньше, чем при Р = const, перепад давления, развиваемый насосом ΔР = Р2’— Р1, при откачке газированной жидкости будет также меньше, так как часть энергии двигателя затрачивается на сжатие и растворение газа в насосе. Эта энергия частично возвращается потоку жидкости, но уже в НКТ, где выделяющийся газ создает так называемый газлифтный эффект, способствующий подъему жидкости на поверхность и уменьшающий необходимый для работы скважины напор. Многочисленные исследования работы насоса на газожидкостных смесях показали ухудшение их рабочих характеристик. Установлено, что при 0<β<5—7 % H(Q) характеристика практически не изменяется. При увеличении Р, H(Q) и η(Q) характеристики смещаются влево, при этом к. п. д. сильно уменьшается, Установлено также, что не все насосы одинаково «чувствительны» к газосодержанию на приеме насоса. Для улучшения работы ПЦЭН при откачке газированной жидкости П. Д. Ляпковым был предложен специальный газовый центробежный сепаратор, устанавливаемый на валу насоса перед первой его ступенью. Газ, как более легкий компонент, концентрируется в центральной части сепаратора, откуда отводится по специальным каналам в межтрубное пространство. Жидкость, как более тяжелый компонент, концентрируется на периферии сепаратора и по каналам направляется к первой рабочей ступени насоса. Другим способом улучшения рабочих характеристик ПЦЭН при работе их на газированной жидкости является установка рабочих колес повышенной производительности вместо нескольких первых рабочих ступеней насоса. Для сохранения высоких рабочих характеристик насоса в соответствии с изменением объемного расхода газожидкостной смеси необходимо иметь рабочие ступени, имеющие объемную производительность, уменьшающуюся по тому же закону. Только после полного растворения газа объемные производительности рабочих колес, а следовательно, их конструкция и размеры должны оставаться одинаковыми. Однако конструкция ПЦЭН с набором ступеней переменной производительности была бы слишком сложной для массового производства, кроме того, для каждого газосодержания на приеме насоса надо было бы иметь различный набор ступеней переменной производительности. Поэтому на практике в качестве первых 10—15 рабочих ступеней устанавливают рабочие колеса и направляющие аппараты от насоса тех же габаритов, но с большей подачей. Работа ПЦЭН при откачке вязкой жидкости также сопровождается ухудшением его рабочих характеристик. В теории гидромашин и компрессоров разработаны методы пересчета рабочих характеристик центробежных насосов для перекачки вязких жидкостей. Эти методы основаны на обобщении результатов практических испытаний насосов на жидкостях различной вязкости и определения поправочных коэффициентов к величинам H, Q и η в зависимости от числа Re. В теории центробежных насосов применяются различные формы записи числа Рейнольдса. В данном случае используется следующий безразмерный комплекс:
|
|
|
(20.1)
Здесь n — частота вращения вала; Q — подача; v — кинематическая вязкость жидкости.
Рис. XI.13. Графики П. Д. Ляпкова для пересчета характеристик ПЦЭН на жидкость, имеющую вязкость, отличную от вязкости воды
П. Д. Ляпков, детально занимавшийся вопросом пересчета характеристик ПЦЭН с воды на вязкие жидкости, использовал соотношение (20.1) и построил расчетную номограмму для определения поправочных коэффициентов
кн = Нν/Нв кQ = Qν/Qв кη = ην / ηв (20.2)
В (20.2) индекс «в» означает соответствующие значения Н, Q и η при испытании насоса на воде, индекс «v» означает те же характеристики при испытании на вязкой жидкости (рис. XI. 13). Верхний график позволяет найти пересчетные значения коэффициентов при работе ПЦЭН на оптимальном режиме, т. е. на режиме максимального к. п. д. По оси абсцисс отложены значения Re согласно (20.2). Справа и слева графика по оси ординат отложены значения соответствующих пересчетных коэффициентов. Сплошные линии означают зависимость пересчетных коэффициентов от Re. Пунктирные линии ограничивают область разброса фактических точек, по которым строились сплошные линии. нижний график на рис. XI. 13 позволяет определить пересчетный коэффициент только для напора (кн = Нν/Нв), но для режимов работы, отличающихся от оптимального в большую и меньшую стороны, а именно для
Q = 0,4Qопт; Q = 0,6Qопт ; Q = 0,8Qопт;Q = 1,2Qопт и Q = 1,4Qопт.
Из графиков видно, что при Re>60000 кн=1, т. е. при этих значениях Re вязкость не оказывает влияние на напорную характеристику насоса. Значение kQ стабилизируется при Re>30000, кη — при Re > 200 000. Из графика видно, что вязкость перестает влиять (кн=1) на напорную характеристику ПЦЭН при режимах работы 0,4 Qопт <Q<l,4 Qопт при Re>60000.
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 762; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!