Влияние вязкости откачиваемой жидкости и газа на рабочую характеристику насоса. Способы защиты погружного насоса от попадания в него свободного газа, страница 2

Рис. 2. Влияние наличия свободного газа в откачиваемой жидкости на ра­бочую характеристику погружного центробежного насоса. а — объемное   газосодержание у входа в насос   β_гвх ≥ 0,3;   б — объемное газосодержание у входа  в  насос небольшое β_гвх ≤ 0,3;  Q_c  — среднеиптег-ральная подача газожидкостной смеси; Н — напор насоса в метрах столба ГЖС среднеинтегральной плотности в насосе.

Кривая потребляемой мощности N_гжз—Q_гжзсмещается вниз на величину, пропорциональную отношению плотностей газожидкост­ной смеси и жидкости (рис. 2б).

Необходимо иметь в виду при этом, что при работе насоса на ГЖС его напор выражается не в метрах столба жидкости, а в метрах столба газожидкостной смеси среднеинтегральной плотно­сти, проходящей через насос, и определяется но формуле:

                            Н_гжс = (Р_вых—Р_вх) / (gρ_cp),                                            (5)

где      ρ_ср — среднеинтегральная плотность смеси, равная

                                               ρ_ср= m_гжс/(gρ_ср)                                                 (6)

m_гжс— массовый расход газожидкостнон смеси через на­сос;

Q_cp — объемный среднеинтегральный расход   газожидкост­ной

           смеси, определяемый по формуле:

                               .                                    (7)

Здесь Q_гжс — текущий объемный расход среды, движущейся в на­сосе от входа в первую его ступень до выхода из последней. Этот расход является в первом приближении функцией давления по длине насоса:

3. КОЭФФИЦИЕНТ СЕПАРАЦИИ ГАЗА ОТ ЖИДКОСТИ ПРИ ВХОДЕ ЕЕ В НАСОС

При подъеме па поверхность продукции скважины УЭЦН в насос попадает не весь газ, содержащийся в газожидкостной сме­си в стволе скважины на глубине расположения насоса. Часть га­за, минуя насос, поступает в затрубное пространство, а затем, через обратный клапан арматуры устья — в выкидную линию сква­жины (рис. 3).

Пусть Q_гвх — общий объем­ный расход газа в скважине у входа в насос, Q_гс — объемный расход газа, поступающего вмес­те с жидкостью в насос, и Q_rc — объемный расход газа, уходяще­го в результате действия гравита­ционных и инерционных сил ми­мо насоса в затрубное простран­ство скважины.

Тогда отношение

К_ec = Q_гc/Q_гвх                                                                          (8)

является коэффициентом естест­венной сепарации газа при пере­ходе смеси из скважины в насос. Выразим количество поступа­ющего в насос газа через коэф­фициент сепарации:

Q_гн = Q_гвх – Q_гс = Q_гвх – К_есQ_гвх = Q_гвх(1 - К_ес)   (9)

В литературе приводятся фор­мулы для определения коэффици­ента естественной сепарации в зависимости от скорости движе­ния пузырьков газа, приведенной скорости жидкости величины

расходного газосодержания, соотношения   площадей    поперечного сечения подъемных труб и насоса и др.

Например, в [7] рекомендуется следующая    экспериментально-теоретическая формула для определения К_ес:

                                                  Кес = 1/[1+0,6W_пж/W_дг]                                       (10)

где приведенная скорость жидкости w_nmопределяется как

,                                                                     (11)

а скорость дрейфа газа принимается в зависимости от величины обводненности продукции скважины:

ω_дг = 0,02 м/с при β_в<0,5;

ω_дг = 0,17 м/с при β_в>0,5.

Если перед насосом смонтирован газосепаратор, назначением которого является предотвращение попадания свободного газа в насос вместе с откачиваемой жидкостью, то значение полного ко­эффициента сепарации газа из ГЖС, поступающей в первое рабо­чее колесо насоса, определяют по формуле