РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТА НАПОЛНЕНИЯ СКВАЖИННОГО НАСОСА

 

Влияние свободного газа, поступающего в цилиндр насоса на его подачу, оценивают коэффициентом наполнения

«н = Vx(pu)/V,                                                       (2.54)

где Уж(ри) - объем жидкости, поступающей в цилиндр насоса из скважины в течение хода всасывания при давлении ри; V -объем, описываемый плунжером при всасывании, причем V = FUSU; Fu - площадь плунжера; Su - длина хода плунжера.

Наиболее полная расчетная схема процессов, протекающих в цилиндре скважинного насоса, разработана М.М. Глоговским и И.И. Дунюшкиным. Она включает шесть предельных случаев изменения характеристик газожидкостной смеси в цилиндре при работе насоса в зависимости от предполагаемого течения процессов фазовых переходов и сегрегации фаз.

Расчет коэффициента наполнения в соответствии с этой схемой рекомендуется выполнять в следующем порядке.

1. При рвс ц > рнас свободный газ в цилиндре насоса отсутствует и коэффициент наполнения

а,, = 1 - /уг,                                                (2.55)

где

/ут = <7ут/[2Ож(Рнас)]-                                     (2-56)

Множитель 2 в формуле (2.56) обусловлен тем, что утечка жидкости в зазоре плунжерной пары происходит только при ходе плунжера вверх, т.е. в течение половины времени работы насоса.

2. При рвс ц < рнас, где рнас - давление насыщения, определенное с учетом сепарации газа у приема насоса, в цилиндре насоса в течение по крайней мере части хода всасывания имеется свободный газ.

В общем случае зависимость для расчета коэффициента наполнения 0Сн имеет следующий вид для i = 1, ..., 5:

а„ = (1 - /ут)/(1 + R) - &ч;                   (2.57)

где

/ут = <7ут/[2Осм(рвс ц)];                             (2.58)

R = vT св(Рвс ц)/[Ож(рвс ц)];                             (2.59)

8ц = ЩфКщ/а + R),                         (2.60)

где тгавр - отношение объема вредного пространства насоса к объему, описываемому плунжером; Ксц - коэффициент, зависящий от характера фазовых переходов и сегрегационных процессов.

Далее рассмотрены возможные предельные варианты поведения газожидкостной смеси в цилиндре насоса при его работе.

При г = 1 процесс растворения газа неравновесный, т.е. растворимостью газа в нефти при увеличении давления в цилиндре от рвс ц до ря

 

ц можно пренебречь. Скорость сегрегации фаз такова, что к концу хода плунжера вниз вредное пространство насоса заполнено только жидкостью.

 

При Кщ = 0 и 5<xi = 1

obi = (/ - /ут)/(1 + R).                          (2.61)

Величина o^i определяет верхнюю границу значений коэффициента наполнения, когда снижение объемной подачи насоса по жидкости обусловлено только наличием свободного газа в откачиваемой газожидкостной смеси.

При г = 2 процесс растворения газа неравновесный. Одновременно отсутствует сегрегация фаз, т.е. нефть, свободный газ и вода равномерно распределены в объеме цилиндра насоса.

В этом случае

Ка2 = (1 + Д)/[1 + ЖрВСц)/рнц] - 1.                       (2.62)

При i = 3 процессы растворения и выделения газа равновесные, т.е. количество растворенного в нефти газа при произвольном давлении в цилиндре р определяется зависимостью (2.20) и сегрегация фаз отсутствует. В этом случае при рн ц > рнас к моменту открытия нагнетательного клапана весь газ растворится в нефти и коэффициент Ка$ определится по формуле

Ка3 = 6ж(Рвсц)[1 + Д/(1 - «в)]/[Ьж(рНас)] " L                     (2-63)

Случай, когда г = 4 соответствует условию 1^ = 0; пв = 0; Ьж(р) = = 1. Поэтому для расчета а^ получим общеизвестную формулу

Он4 = (1 - mBVR)/{\ + R).                                              (2.64)

Если i = 5, а рн ц > рнас, то это означает, что за время нагнетания не весь свободный газ растворился в нефти. В этом случае

<х„ =—----------------------------- ^^------------------------------------- 1. (2.65)

Ранее рассмотрены предельные случаи поведения газожидкостной смеси. Однако реальные процессы, протекающие в цилиндре насоса, им редко соответствуют.

Верхней границей для всех возможных случаев будет значение o^i, а нижняя граница будет изменяться в зависимости от того, к какому процессу - равновесному или неравновесному будет ближе реальное поведение газожидкостной смеси в насосе. Для каждого из рассмотренных случаев можно определить средний вероятный коэффициент наполнения 0^;, а также максимальное абсолютное отклонение 5; реального коэффициента от вероятного среднего

 = 0,5(Он1 + Ohj);                                      (2.66)

 (2.67)