Расчёт электродиафрагменного насоса ЭДН5 – 4 – 1600-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

Расчёт электродиафрагменного насоса ЭДН5 – 4 – 1600-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа
1.4 Обоснование основных параметров насоса ЭДН5 4 – 1600
1.4.1 Определение подачи насоса
Подачей Q насоса называется расход жидкости через напорный (выходной) патрубок. Диафрагменные насосы относятся к объемным насосам.
Подача насоса определяется по формуле:

, (1)

где: V – объем рабочей камеры насоса, м3/сут;
n – число двойных ходов, об/мин;
k – поправочный коэффициент;
Таким образом, имея исходные данные по насосу ЭДН5 4-1600 можно определить:
V= 3,89∙10-6 м3;
n=750 об/мин;
k= 0,95.
Подставив данные в формулу (1) найдем подачу насоса:

м3/сут.

1.4 Обоснование основных параметров насоса ЭДН5 4 – 1600
1.4.1 Определение подачи насоса
Подачей Q насоса называется расход жидкости через напорный (выходной) патрубок. Диафрагменные насосы относятся к объемным насосам.
Подача насоса определяется по формуле:

, (1)

где: V – объем рабочей камеры насоса, м3/сут;
n – число двойных ходов, об/мин;
k – поправочный коэффициент;
Таким образом, имея исходные данные по насосу ЭДН5 4-1600 можно определить:
V= 3,89∙10-6 м3;
n=750 об/мин;
k= 0,95.
Подставив данные в формулу (1) найдем подачу насоса:

м3/сут.

1.4.2 Напор насоса ЭДН5 4 – 1600
Работа насоса характеризуется его подачей, напором, потребляемой мощностью, к. п. д. и частотой вращения. Напор Н представляет собой разность энергий единицы веса жидкости в сечении потока после насоса и перед ним. В поле сил тяжести напор насоса равен разности полного напора жидкости после насоса и перед ним выражается в метрах столба перемещаемой жидкости и определяется по формуле:

, (2)

где РН, zН, VН, - давление, высота и скорость потока при выходе из насоса на стороне нагнетания;
РВ, zВ, VВ, - давление, высота и скорость потока при входе в насос.
Таким образом, имея исходные данные по насосу ЭДН5 4-1600 можно определить:
Q= 4 м3/сут=0,0012 м3/с;
= 0,36;
= 1000 кг/м3;
VН= 0,48 м/с;
VВ= 13,86 м/с;
zН= 1,5 м;
zВ= 0 м;
РН= 16 МПа;
РВ= 0,39 МПа;
g= 9,81 м/с2.
Напор насоса определяем по формуле (2):

м.

1.4.3 Мощность насоса
Потребляемой мощностью насоса называется энергия, подводимая к насосу от двигателя за единицу времени. Потребляемую мощность можно определить так. Каждая единица веса жидкости, прошедшая через насос, приобретает энергию в количестве Н м; за единицу времени через насос проходит единица веса жидкости. Для диафрагменного насоса мощность можно определить по формуле:

, (3)

где: k – переводной коэффициент при Р = 16 МПа;
– коэффициент полезного действия.
Подставив числовые значения в формулу (3), получим:

кВт

При соединении насоса с двигателя при помощи конического редуктора мощность двигателя определяется по формуле:

, (4)

где: k коэффициент запаса мощности двигателя в зависимости от мощности насоса (k=1,03).
Мощность двигателя находим по формуле (4):

кВт

Определение потерь давления в клапанах при прохождении жидкости.
Потери давления в клапанах определяются по формуле:

, (5)

где: Δркл.в. - потери давления во всасывающем клапане, Па;
Δркл.н. - потери давления в нагнетательном клапане, Па.

Потери давления во всасывающем клапане:

, (6)

где: μк - коэффициент расхода клапана, зависит от числа Re.
Число Re определяется по формуле:

, (7)

По диаграмме, зависимости коэффициента расхода клапанов насоса от числа Re, приведенной в [4], определяем μк = 0,22.
Тогда потери давления во всасывающем клапане определяются по формуле (6):



Потеря давления в нагнетательном клапане определяется аналогичным образом по формулам (6) и (7).
Число Рейнольдса для нагнетательного клапана:




Потеря давления в нагнетательном клапане:



Таким образом, потеря давления в клапанах при прохождении через них жидкости по формуле (5):



Далее определим коэффициента наполнения скважинного насоса.
Коэффициент наполнения определяется по формуле:

, (8)

где: m – относительный объем вредного пространства насоса. Для насоса ЭДН принимается m=0,1;
R – часть газа, поступаемая в насос вместе с единицей объема жидкости;
Г‘ - газосодержание у приема насоса, м3/ м3.
Газосодержание у приема насоса определяется по формуле:

(9)



Часть газа, поступающая в насос определяется по формуле:

, (10)

где: u – скорость движения газа относительно жидкости, м/с. При обводненности жидкости больше 45 % принимается u=0,17 м/с;
f3 – площадь поперечного зазора между эксплуатационной колонной и корпусом насоса, м2.
Площадь поперечного сечения зазора определяется по формуле:

(11)

где: dнас - наружный диаметр насоса, м.
Коэффициент R по формуле (10):



Тогда коэффициент наполнения находим по формуле (8):



1.4.4 Расчёт распределения температуры по глубине скважины оборудованной УЭДН
Распределение температуры по глубине скважины зависит от способа
эксплуатации, дебита скважины, диаметра скважины или НКТ, обводненности продукции и других параметров.
В общем случае распределение температуры можно рассчитать используя уравнение теплопроводности:

, (12)

где: t(h) – температура на глубине h, отсчитываемая от забоя скважины, 0С;
tЗАБ – температура на забое скважины (принемается равной пластовой температуре tПЛ), 0С;
ω – геотермический градиент, град/м;
с – удельная теплоёмкость жидкости, Дж/(кг град);
ρ – плотность жидкости, кг/м3;
q – объёмный расход жидкости, м3/с;
К – коэффициент теплопередачи через стенку трубы, Вт/(м2 град);
d – внутренний диаметр НКТ, м.
Наиболее трудно определяется коэффициент теплопередачи. Обобщение температурных режимов работы добывающих скважин и использование уравнение (12) позволяют записать следующие выражения для расчета температуры по глубине скважины оборудованной УЭДН:
при расчёте от забоя скважины;

, (13)

где: St – критерий Статона;
tпл – температура пласта скважины, 0С;
h – высота отсчитываемая от забоя, м;
Н – глубина отсчитываемая от устья, м;
α – угол отклонения скважины от вертикали, градус.
при расчёте от устья скважины;

, (14)

где: tу – температура на устье скважины, 0С.
Зависимость критерия Стантона от массового дебита скважины записывается в следующем виде:

, (15)

где: QМ – массовый дебит скважины, т/сут.
Распределение температуры по глубине скважины можно установить по следующему выражению:

, (16)

где: Тпл – пластовая температура, К;
Нкп – глубина кровли пласта, м;
Н – текущая глубина отсчитываемая от устья скважины, м;
q – дебит жидкости, приведенный к стандартным условиям, м3/с;
d – диаметр скважины, м.
Геотермический градиент:
, (17)
где: Тнс – температура нейтрального слоя, К;
Ннс – глубина нейтрального слоя, м.
При известном массовом дебите скважины Qм и известной плотности нефти в стандартных условиях ρнд дебит жидкости нефти рассчитывается так: