潜油电泵设计
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5.3电动潜油泵
5.31设备描述
典型的沉没式泵送装置由电机、保护器、吸人段、多级离心泵、电缆、地面配电柜、接线盒和变压器组成。还有其它一些组件,诸如使电缆紧靠油管的固定装置和井口装置等。任选设备包括:检测井底压力和温度的压力检测器、单流阀和放泄阀等。电机在相对恒定的速度下运转,并且电机是通过保护器或密封段直接与泵联接的。动力是通过三芯电缆传送到并下设备,并且,电缆须捆扎到油管上。流体由吸人段进人泵并被排人油管,泵送装置也是接在油管上而下入井内的。
当泵只泵送液体时,其泵效才可达最高点。当然泵能够而且确实在处理混有游离气的液体。虽然泵处理气的方式还不完全明了但是已经得知,游离气含量过高会使泵效大大降低。
5.32泵性能曲线
布朗先生等已经提供了几种泵的性能曲线。根据泵所能下人的最小套管尺寸,泵可分成儿组。即便是同一组泵,其性能也不尽相同。
沉没式电泵的性能曲线(图5.32和5.33)表示了泵的压头、马力和泵效随着泵的排量变化而变化的情况。泵的排量系指采出流体的体积,它包括游离气及/或溶解气。这些曲线是基于固定的动力频率绘出的——通常是50或60赫兹——可以用变频控制器改变频率。
将方程5. 17代人上述力程,可得:
由离心泵产生的压头(英尺/每级),不管泵送流体的种类或重度如何,都是相同的。但如果将压头换成压力,则必须乘上被泵送流体的梯度。因此,可用以下式子表示【4】:
(泵产生之压力)=(压头/每级)x (流体梯度)x (级数)
当液体与气体同时泵送时,泵的排量及相应产生的每级压头和梯度会随着流体从吸人值p3升高到排出值p2而发生变化。这样,上述公式可改写如下:
dp = h(V) x G r(V) x d (S t)
(5.7)
式中dp——泵所产生的压差的微分,磅/英寸2;
h——每级压头,英尺/级;
G r——泵送流体的梯度,磅/英寸/英尺;
d (S t)——泵级数的微分。
注意,上式中的括号是表示,h和G r是排量V的函数,V由方程5.4求出。
在任何压力和温度下的流体梯度由下式求得:
γ(V)
G r (V) = 0.433
f
(5.8)
但
式中W是在任何压力下和温度下排量V的重量,它相当于在标准条件下的重量,因此:
将方程5.9代入方程5.8便得出:
ρ在标准条件下1桶液体加上泵送的气体(每一桶液体),或
fsc
ρ是在标准条件下气体的密度(桶/标准英尺3)
式中
gsc
将方程5.10代人方程5.7得到:
总的级数可通过将上式在吸人压力和排出压力之间的数值积分求得:
根据相对密度相当于1.0的流体,泵的性能曲线(图5.32和5.33)可给出每级的马力数。该马力必须乘以该流体的相对密度.因此,可表示如下:
(所需马力)=(每级马力)x (流体相对密度)x (级数)
由于每级马力数、流体的相对密度及级数取决于在吸人压力和排出压力下不同的排量V,那么,上述公式可表示如下:
γ(V) x d(S,)
d(HP) = h p (V) x
(5.14)
f
将方程5.9和5.10代人上面公式,可得到:
总的所需马力可通过将上式在吸人和排出压力下的数值进行积分求得:
对于每一个泵,都有一个排量范围,在此范围内,泵效可达到或接近其最高点(见图5.32和5.33)。因此,在吸人压力和排出压力间所选排量的体积范围应保持在泵效范围之内.当然,此范围也可用变频控制器改变.
5.33泵的吸入曲线
对沉没泵的吸入曲线进行预测应该考虑以下两种情况:(1)只泵送液体;(2)泵送液体和气体.对两种情况都是假设将泵下在井底并且井口压力和油管尺寸固定。第二种情况,假设所有伴生气同液体一起泵送。所选择的敏感性变量是泵的级数。正如下文所述对第一种情况进行电动沉没泵吸人压力的预测是直接的,而对第二种情况则是间接的。
5.331 只泵送液体
由于液体只是稍有压缩性,所以采出量的体积可视为不变并且相当于地面的产液量,从而,每级压头也是不变的。这样,方程5.13可归并成以下公式:
解方程5.17,求p3
方程5.16也可归并成:
将方程5.17代入上述方程,可得
HP = h p fsc γ S t (5.20)
泵的选择,如前所述,由于套管尺寸的原因使泵的选择受到了限制。另外,所计划的产量也使选泵受到一定束缚。若想得到最高产量,则应考虑选择那种泵效范围适于泵送接近该井的最高产量的流量的泵。
5.3311 只泵送液体时泵的吸入曲线的标绘步骤
下面叙述了预测泵在只泵送液体时的吸人曲线的标绘次序,并用实例表示。其计算结果列在图 5.34、5.35、 5.36 和 5.37 中。
(1) 根据套管尺寸和井的产液能力,选择合适的泵。
(2) 由方程5.11计算fsc ρ(气液比=0 ),由方程5.9计算fsc γ (V =
q sc )
(3) 假设一些不同的产量,并对每一种假设的产量,再进行以
下几步:
(a) 由泵的性能曲线读出每级压头,并计算出数量(fsc ρ/808.3141);
(b)由压力梯度相关式,确定所需排放压力;
(c)假设出各种级数,对每一个级数,根据方程5.18计算出吸人压
力,
(4)对于每个假设的级数,在绘IPR的曲线图上,按照相同的刻度,绘出吸入压力与产量的相关曲线(见图5.34和5.36)。(5)读出泵的吸人压力与IPR曲线相交点上的各种产量数值。
(6)对于每一种产量,由泵的性能曲线,读出每级的马力数,然后根据方程5.20计算总的马力要求。
(7)绘出产量与级数和马力要求的相关曲线。将泵的效率范围标绘在同一图上(图5.35和5.37)。
(8)选择合适的排量。
排量的选择。无论是只泵送液体还是同时泵送液体和气体,所选定的排量必须满足以下标准:
(1 )吸人和排出压力之间的体积排量范围必须在泵效范围内。
(2)所选排量在经济上必须是可行的。
在级数以及由此而使产量增加时,油管柱内摩阻的影响便会显著地增大,从而使排出压力升高。因此,每一级的产量增加数量便不断减少,一直到消失为止。
例题
为了说明泵在只泵送液体时吸人曲线的标绘步骤,对两个例题进行了计算。该泵下在井底,井口压力及油管尺寸固定不变.
1号井采用电动沉没泵(只泵送液体)。
由于泵下在井底,所以泵的吸人压力与井底压力相同,因此图5.8中的标准桶液/日IPR是适用的。
有儿种泵可用于7英寸套管井中,但既然下泵的目的就是为了得到最高产量,所以应选择那种泵效范围包含排量接近井的最高产量的泵。该泵的性能曲线在图5.32中绘出。
由方程5.11可知: