Файл: Расчет и конструирование многоступенчатого лопастного насоса внн525 с учетом условий перекачки газожидкостных смесей.docx

Газосодержание на выходе из предпоследней ступени:

(5.2.12)

Объемная подача на выходе из предпоследней ступени:

(5.2.13)

Напор, создаваемый предпоследней ступенью:

(5.2.14)

Плотность газожидкостной смеси на выходи из предпоследней ступени:

(5.2.15)

С помощью программы Excel и имеющихся формул, производим расчет для всех ступеней. Результаты расчетов приведены в файле на листе «Расчет по ступеням».

Расчет газосодержания на всех ступенях позволил построить график зависимости газосодержания от порядкового номера ступени, изображенный на рисунке 5.2.2. Исходя из графика, можно сделать вывод, что доля газосодержания снижается по мере увеличения порядкового номера ступени, что благоприятно влияет на работу насоса.



Рисунок 5.2.2 – Изменение газосодержания по длине насоса при n=2910

Аналогично состроим график зависимости давления на выходе из ступени насоса от порядкового номера ступени (рисунок 5.2.3). Исходя из графика, можно сделать вывод, что давление на выходе из ступени увеличивается с повышением порядкового номера ступени.



Рисунок 5.2.3 – Изменение давления по длине насоса при n=2910

Смоделируем условие, когда часть ступеней не создают напор. Изменим давление на входе в насос P01 (с 16,171 МПа до 18 МПа). Произведя расчет по формулам 5.2.1 – 5.2.12 получим графики распределения газосодержания по длине насоса (5.2.4) и изменение давления по длине насоса (5.2.5)

---

Рисунок – 5.2.4. Распределение газосодержания по длине многоступенчатого насоса.


Рисунок. 5.2.5. Изменение давления по длине многоступенчатого насоса

Решая оптимизационную задачу, необходимо стремиться к равномерному распределению нагрузки между всеми насосными ступенями и избегать режима роботы насосной ступени с нулевым напором. Одним из примеров оптимизации расчетов является снижение частоты вращения вала двигателя. Результаты расчета показали, что при каталожной частоте 2910 об/мин из 195 ступеней 50 не создают напора из-за кавитации в рабочей камере каждой из ступени. При снижении частоты ротора до 2010 об/мин исключается кавитация в насосных ступенях, и каждая насосная ступень работает в расчетном режиме, обеспечивая повышение давления (рисунок 5.2.6).



Рисунок 5.2.6 – Распределение давления по длине многоступенчатого насоса при скорости вращения ротора – 2910 и 2010 об/мин.

Еще одним из примеров оптимизации расчетов является дросселирование потока на выходе из насоса, то есть увеличение давления на выходе Pz. Результаты расчета показали, что при давлении 22,658 МПа из 195 ступеней 50 не создают напор из-за кавитации в рабочей камере каждой ступени. При увеличении давлении на выходе из насоса с 22,658 МПа до 24,3 МПа исключается кавитация в насосных ступенях, и каждая насосная ступень работает в расчетном режиме, обеспечивая повышение давления (рисунок 5.2.7).



Рисунок 5.2.7 – Распределение давления по длине при – 22,658 МПа и 24,3 МПа.

3. 
   Частотная регулировка
   

Если в процессе эксплуатации скважины не прибегать к использованию системы ППД, то со временем начнут снижаться такие показатели как пластовое давление и коэффициент продуктивности. В следствии этого снизится подача и давление, создаваемые насосом. В целях сохранения объемов добычи необходимо применять частотное регулирование вращения вала насоса в зависимости от изменения вышеуказанных параметров.

Исходные данные для расчета приведены в таблице 5.3.1.

Таблица 5.3.1 – Исходные данные

Параметр	Ед. измерения	Численное значение
Подача необходимая, Q	м3/сут	29,31
Глубина зоны перфорации, H1	м	3000
Глубина подвески насоса, H2	м	2000
Плотность жидкости, ρ	кг/м3	900
Буферное давление, P5	МПа	5
Частота вращения насоса, n	об/мин	2910
Количество ступеней насоса, z	шт	195

---

В данной работе дополнительными исходными данными является зависимости пластового давления и коэффициента продуктивности от времени (таблица 5.3.2).

Таблица 5.3.2 – Зависимости пластового давления и коэффициента продуктивности от времени.



В таблице 5.3.3 вводятся проценты снижения пластового давления и коэффициента продуктивности, а также требуемый дебит. Требуемый дебит заносится автоматически ля максимального Кпрод, но по желанию может быть выбрано другое значение, например, Qопт.

Таблица 5.3.3 – Проценты снижения пластового давления и коэффициента продуктивности, и также требуемый дебит.



В таблице 5.3.4 приведена характеристика ступени скважинного насоса.
Таблица 5.3.4 – характеристика ступени скважинного насоса



Для отслеживания динамики изменения режима работы насоса необходимо сначала определить исходную рабочую точку системы насос – скважина. В начале строиться характеристика скважины, а затем напорная характеристика насос по каталогу, затем аппроксимируется по уравнению эллипса, аналогично п. 5.1. Результат расчета по формулам 4.1 – 4.4 представлен в таблицах 5.3.5 – 5.3.6.

Таблица 5.3.5 – Результаты расчёта скважины при изменяющемся во времени Кпрод и Рпл



Таблица 5.3.6 – результаты расчета скважины



Для нахождения точки пересечения характеристик насоса и скважины необходимо решить систему уравнений:



Подставляя значение давления из второго уравнение в первое получим:



Заменим:

---

Необходимой найти эти коэффициенты и решить квадратное уравнение (формула 5.3.2). После нахождения подачи подставляем это значение во второе уравнение формулы 5.3.1. Результаты расчета приведены в таблице 5.3.7.
Таблица 5.3.7 – Результаты расчета рабочей точки системы



Далее необходимо составить уравнение регулирования частоты вращения для сохранения постоянной подачи (Q=29,31 м3/сут=idem).

Новая частота вращения:



Давление, создаваемое насосом после регулировки частоты вращения:



Подача после регулировки частоты вращения:



Результаты вычислений сведены в таблицу 5.3.8.

Таблица 5.3.8 – Регулирование частоты вращения вала насоса



На основе полученных данных строятся графики зависимости подачи (рисунок 5.3.1) и давления насоса (рисунок 5.3.2) от времени работы, а также зависимости частоты вращения (рисунок 5.3.3) от времени (при постоянной подаче).



Рисунок 5.3.1 – Зависимость подачи от времени



Рисунок 5.3.2 – Зависимость давления от времени



Рисунок 5.3.3 – Зависимость частоты вращения от времени

Итог: при уменьшении коэффициента продуктивности и пластового давления на 10% каждый месяц в течении года подача насоса будет уменьшаться с 29,31 м3/сут до 20,43 м3/сут, а давление, создаваемое насосом, увеличится с 7,35 МПа до 8,61 МПа. Для того, чтобы поддерживать постоянную подачу (Q=29,31 м3/сут), необходимо увеличивать частоту вращения вала насоса с 2910 об/мин до 4173 об/мин, при этом давление, создаваемое насосом, увеличится с 7,35 МПа до 17,70 МПа.

---

2. 
   Разработка рабочих чертежей
   

---