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
