Когда осуществляется эксплуатация скважин погружными центробежными насосами?

Погружные центробежные электронасосы (ПЦЭН) – это многоступенчатые центробежные насосы с числом ступеней в одном блоке до 120, приводимые во вращение погружным электродвигателем (ПЭД) специальной конструкции. Электродвигатель питается  с поверхности электроэнергией, подводимой по кабелю от повышающего автотранспорта или трансформатора через станцию управления, в которой сосредоточена вся контрольно-измерительная аппаратура и автоматика.

ПЦЭН опускается в скважину под расчетный динамический уровень обычно на 150-300 м.Жидкость подается по НКТ, к внешней стороне  которых прикреплен специальными поясками электрокабель. В насосном  агрегате между самим насосом и электродвигателем имеется промежуточное звено, называемое протектором или гидрозащитой.Установка ПЦЭН (рис.1) включает масло заполненный электродвигатель ПЭД 1; звено гидрозащиты или протектор 2; приемную сетку насоса  для забора жидкости 3; многоступенчатый центробежный насос ПЦЭН 4; НКТ 5; блокированный трехжильный электрокабель 6; пояски для крепления кабеля к НКТ 7; устьевую арматуру 8; барабан для намотки кабеля при спускоподъемных работах и хранения некоторого запаса кабеля 9; трансформатор или автотрансформатор  10; станцию управления  с автоматикой 11 и компенсатор 12.Насос, протектор и электродвигатель являются отдельными узлами, соединяемые болтовыми шпильками. Концы  валов имеют шлицевые соединения, которые стыкуются при сборке всей установки.При необходимости подъема жидкости с больших глубин секции ПЦЭН соединяются друг с другом так, что общее число ступеней достигает 400.Всасываемая насосом жидкость последовательно проходит, все степени и покидает насос с напором, равным внешнему гидравлическому   сопротивлению.Установки погружного центробежного электронасоса (УПЦЭН) отличаются малой металлоемкостью, широким диапазоном рабочих характеристик, как по напору, так и по расходу, достаточно высоким к.п.д., возможностью откачки больших количеств жидкости и большим межремонтным периодом. Погружные центробежные электронасосы делятся  на две основные группы: обычного и изностойного исполнения. Насосы изностойного исполнения предназначены для работы в скважинах, в продукции которых имеется небольшое количество, песка и других механических примесей (до 1 % то массе).По поперечным размерам все насосы делятся на 3 условные группы: 5; 5А и 6, которые означают номинальный диаметр обсадной колонны в дюймах.Группа 5 имеет наружный диаметр корпуса 92 мм;Группа 5 А имеет наружный диаметр корпуса 103 мм;Группа 6 имеет наружный диаметр корпуса 114 мм.Частоты вращения вала насосов соответствует  частоте переменного тока в электросети.В шифре ПЦЭН заложены их основные номинальные  параметры, такие как подача и напор при работе на оптимальном режиме.Например, ЭЦН 5А-360-600 означает насос группы 5А с подачей 360м3/сут и напором 600 м.Все типы насосов имеют паспортную рабочую характеристику в виде кривых зависимостей  (напор, подача),  (к.п.д., подача),  (потребляемая мощность, подача). Паспортная характеристика снимается на пресной воде в заводских условиях, в цехе перед в скважину, а также после ремонта установки или после его перекомпоновки.Применение установки погружного центробежного электронасоса (УПЦЭН)  позволяет вводить нефтяные скважины в эксплуатацию как непосредственно после бурения, так и при переводе с фонтанного способа добычи нефти на механизированный.Применение УПЦЭН позволяет эффективно разрабатывать месторождения, находящиеся  на поздней стадии эксплуатации, когда форсированные режимы работы являются одним из решающих факторов, существенно влияющих на объемы добычи нефти.При эксплуатации малодебитных скважин, особенно пескопроявляющих и наклонных, предусматривается применение электродиафрагменных насосов, позволяющих сократить расход электроэнергии и увеличить их межремонтный период.Продукция добывающих скважин содержит нефть, соленую воду, свободный и растворенный газ, агрессивные компоненты. При откачке таких сред характеристики ПЦЭН изменяются  в зависимости от вязкости, газосодержания и других физико-химических свойств смеси. Разработанные методики подбора  ПЦЭН учитывают влияние этих факторов на характеристику насоса.Для обеспечения работы ПЦЭН при высоких входных газосодержаниях (до 75 %) используют газосепараторы. Наиболее эффективны газосепараторы  центробежного типов. В первом случае поток закручивается при выходе потока в тангенциальном  направлении из направляющих аппаратов, а во втором – поток вращается в специальном устройстве, закрепленном на валу насоса.При умеренном газосодержании (до 45-50 %) эффективно применение диспергаторов, в которых приходит дробление пузырьков газа в потоке жидкости. Смесь при этом приобретает мелкодисперсную структуру. Для перекачки газожидкостной смеси с повышенным газосодержанием применяется “коническая” компоновка проточной части насоса – уменьшается оптимальный объем подачи ступеней в направлении потока в соответствии с уменьшением объема потока перекачиваемой среды вследствие сжатия и растворения газовой фазы. Определение глубины подвески ПЦЭНГлубина подвески насоса определяется:1) глубиной динамического уровня жидкости в скважине Нд при отборе заданного количества жидкости;) глубиной погружения ПЦЭН под динамический уровень Hп, минимально необходимый для обеспечения нормальной работы насоса;3) противодавлением на устье скважины ру, которое необходимо преодолеть;4) потерями напора на преодоление сил трения в НКТ при движении потока hтр;5) работой выделяющегося из жидкости газа Hг, уменьшающего суммарный необходимый напор. Таким образом, можно записатьH= Hд + Hп + ру/ρg + hтр  – Hг. По существу все слагаемые в (1) зависят от отбора жидкости из скважины.Глубина динамического уровня определяется из уравнения притока или по индикаторной кривой.Если уравнение притока известното, решая его относительно давления на забое рс и приведя это давление в столб жидкости получимилиоткуда

  .где ρср — средняя плотность столба жидкости в скважине от забоя до уровня; h — высота столба жидкости от забоя до динамического уровня по вертикали.Вычитая h из глубины скважины (до середины интервала перфорации) Нс, получим глубину динамического уровня НД от устья

НД = Нс − h. Если скважины наклонны и φ1 — средний угол наклона относительно вертикали на участке от забоя до уровня, а φ2 — средний угол наклона относительно вертикали на участке от уровня до устья, то необходимо внести поправки на кривизну скважины.С учетом кривизны искомое Нд будет равно

Здесь Нс — глубина скважины, измеренная вдоль ее оси.Величина Нп— погружение под динамический уровень, при наличии газа определяется сложно. Как правило, Нп принимается таким, чтобы на приеме ЭЦЭН обеспечить за счет давления столба жидкости газосодержание β потока, не превышающее 0,15—0,25. В большинстве случаев это соответствует 150—300 м.

Величина ру/ρg есть устьевое давление, выраженное в метрах столба жидкости плотностью ρ. Если продукция скважины обводнена и n — доля воды в единице объема продукции скважины, то плотность жидкости определяется как средневзвешеннаяЗдесь ρн, ρв — плотности нефти и воды.Величина ру зависит от системы нефтегазосбора, удаленности данной скважины от сепарационных пунктов и в некоторых случаях может составлять значительную величину.Величина hтр рассчитывается по обычной формуле трубной гидравлики,    где с — линейная скорость потока, м/с, Здесь Qн и Qв — дебит товарной нефти и воды, м3/сут; bн и bв — объемные коэффициенты нефти и воды для средних термодинамических условий, существующих в НКТ; f — площадь сечения НКТ.Как правило,  — малая величина и составляет примерно 20—40 м.Величину Нг можно определить достаточно точно. Однако такой расчет сложный и, как правило, проводится на ЭВМ.