Влияние вязкости откачиваемой жидкости и газа на рабочую характеристику насоса. Способы защиты погружного насоса от попадания в него свободного газа, страница 7

На практике коэффициент подачи УШГН изменяется в широ­ких пределах и является в известной мере показателем правиль­ности выбора оборудования и режима откачки установки. Нор­мальным считается, если  α ≥ 0,6...0,65.

6.1. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА КОЭФФИЦИЕНТ ПОДАЧИ УШГН

Коэффициент подачи штангового глубинного насоса зависит от ряда факторов, в том числе:

— количества свободного газа, поступающего из скважины в насос;

— величины деформации колонны штанг и подъемных труб;

— величины утечек жидкости через зазор между цилиндром и плунжером  насоса,  через  неплотности в  муфтовых    соединениях
труб, в клапанах;

— уменьшения объема нефти  вследствие    выделения    из нее
растворенного газа.

Каждый из указанных факторов учитывают при подсчете коэффициента подачи насоса: коэффициентом наполнения насоса η_нап, коэффициентом длины хода η_ход, коэффициентом утечек η_ут, коэффициентом объема нефти η_об. При этом коэффициент подачи «УШГН равен произведению названных коэффициентов

                                                                              α = η_нап ·η_ход ·η_ут · η_об.                                                                 (15)

Рассмотрим порядок определения каждого из этих коэффици­ентов.

6.1.1.   КОЭФФИЦИЕНТ  НАПОЛНЕНИЯ  НАСОСА

Свободный газ, попадая в цилиндр насоса, занимает часть его объема. Поэтому объем жидкости V_жц, поступающей из скважины в цилиндр, уменьшается по сравнению с объемом V_ост , освобожда­емым плунжером насоса при его ходе вверх. Отношение этих ве­личин называют коэффициентом наполнения насоса:

                                                   η_нап =   V_жц/V_осв. (16)

Учитывая, что в цилиндр насоса вместе с жидкостью попадает свободный газ, можем написать:

                                         V_осв = V_жц+V_гц.                                              (17)

С учетом  (17) преобразуем формулу (16):

                                               (18)

где Г_ц — газовое число газожидкостной смеси в цилиндре насо­са.

Видно, что чем больше свободного газа попадает в цилиндр, тем меньше коэффициент наполнения насоса.

Уравнение. (18) справедливо, если в насосе отсутствует так называемое вредное пространство, то есть пространство, остающе­еся в цилиндре насоса при крайнем нижнем положении плунжера. Обычно объем этого пространства составляет примерно 10% от объема цилиндра. Оно характеризуется коэффициентом вредного пространства насоса:

m = V_вр/V_ц.

Вредное пространство увеличивает влияние газа на подачу на­соса, так как из жидкости, находящейся в этом пространстве, газ сначала выделяется (при ходе плунжера вверх), а затем в ней растворяется (при ходе плунжера вниз).

В результате массообмена между жидкостью во вредном про­странстве и газом в цилиндре клапаны насоса срабатывают с за­паздыванием, что приводит к снижению подачи насоса.

С учетом коэффициента вредного пространства выражению (18) придают вид:

                                                                                       (19)

Здесь вычитаемое в числителе характеризует количество газа, растворяющегося в объеме вредного пространства.

Учитывая, что Г_ц = β_гц/(1—β_гц), где β_гц—объемное расходное газосодержание в цилиндре, можем написать:

                                                   (20)

Таким образом, для окончательного определения коэффици­ента наполнения необходимо определить β_гц с учетом сепарации свободного газа из жидкости при входе ее в насос.

Объемный расход свободного газа, поступающего в цилиндр насоса, с учетом сепарации определяем по формуле

                                                                          Q_гц, =  (l - K_ec)Q_гвх                                                                            (21)

Здесь Q_rвх — объемный расход газа перед входом в насос;

 К_ес — коэффициент естественной сепарации газа.

Преобразуем теперь выражение (20), принимая Q_г=Q_гц. по (21):

                  (22)