Выбор кабеля, трансформатора и определение эксплуатационных параметров УЭЦН

Сечение жилы кабеля выбирают по номинальному току электродвигателя, исходя из плотности i рабочего тока в этом кабеле:

, (3.22)

 

где I - номинальный ток электродвигателя, А; i - допусти­мая плотность тока, А/мм².

При выборе кабеля следует учитывать температуру и дав­ление окружающей среды, допустимое напряжение (табл. 3.5).

Если в добываемой жидкости имеется растворенный газ, предпочтение следует отдать кабелю с полиэтиленовой и эластопластовой изоляцией, так как она не поглощает растворен­ный в нефти газ и не повреждается им при подъеме на поверх­ность. При наличии в скважине коррозионно-активных аген­тов предпочтение отдают кабелю с фторопластовой изоляцией (табл. 3.5).

Потери мощности в кабеле, кВт, определяются по форму­ле [19,27]

(3.23)

 

где I - рабочий ток в электродвигателе, A; Lк - длина кабеля, м; R - сопротивление кабеля, Ом/м,

, (3.24)

 

где ρ = 0,0175 Ом·мм2/м - удельное сопротивление меди при t = 20°C; α = 0,004 - температурный коэффициент для меди; tз - температура на заборе у приема насоса; S - площадь поперечного сечения жилы кабеля.

Общая длина кабеля должна быть равна глубине спуска насоса плюс расстояние от скважины до станции управления и небольшой запас на ремонт кабеля:

. (3.25)

 

 

Выбирать трансформатор (автотрансформатор) следует на соответствие двух параметров: мощности и напряжения. Мощность трансформатора должна быть:

, (3.26)

 

где Рэд, ηэд - полезная мощность и КПД электродвигателя соответственно (табл. 3.3); ΔРк - потери мощности в кабеле. Для определения величины напряжения во вторичной об­мотке трансформатора найдем величину падения напряжения в кабеле [27], В:

, (3.27)

 

где Rк = R·10³ - активное удельное сопротивление 1 км ка­беля, Ом/км; Хо - индуктивное удельное сопротивление кабе­ля (Хо = 0,1 Ом/км); cosφ - коэффициент мощности электро­двигателя; sinφ - коэффициент реактивной мощности; Lк - длина кабеля, км.

Напряжение на вторичной обмотке трансформатора долж­но быть равно сумме рабочего напряжения электродвигателя и величине потерь напряжения в кабеле:

. (3.28)

 

 

Габаритный диаметр насосного агрегата определяют в двух сечениях с учетом того, что электродвигатель, насос и первые от насоса трубы представляют жесткую систему, и их размещение в скважине должно рассматриваться совместно [19].

В первом сечении учитываются диаметры электродвигате­ля насоса и плоский кабель:

, (3.29)

 

где Dэд, Dн - наружные диаметры электродвигателя и насо­са соответственно; hк - толщина плоского кабеля; Sx - тол­щина хомута, крепящего кабель к насосу.

Во втором сечении учитывается размер муфты НКТ и круглый кабель:

, (3.30)

 

Должно быть, чтобы величина Dmax > Amax, в противном случае первые над насосом 100 - 150 м НКТ устанавливают на типоразмер меньше или устанавливают на этой длине плос­кий кабель.

Величина диаметрального зазора между эксплуатационной колонной и Dmax должна быть не менее 5 - 10 мм для эксплуа­тационных колонн диаметром до 219 мм в неосложненных ус­ловиях для вертикальной скважины.

Скорость движения охлаждающей жидкости в расположе­нии электродвигателя определим по формуле

, (3.31)

 

где Dвн - внутренний диаметр эксплуатационной колонны; Q - дебит скважины, м³/сут.

Важным энергетическим показателем работы УЭЦН явля­ется расход электроэнергии на 1 т добываемой жидкос­ти, кВт·час/т, определяемый по формуле [19]

, (3.32)

 

где Н - высота подъема жидкости из скважины, м; ηоб = ηтр·ηн·ηдв·ηавт·ηк - общий кпд установки.

По техническим данным оборудования определяется ηтр - КПД труб; ηн - КПД насоса; ηдв - КПД электродвигателя; ηавт - КПД автотрансформатора или трансформатора; КПД кабеля ηк можно определить исходя из потерь мощности в ка­беле:

, (3.23)

 

где Рэд - номинальная мощность электродвигателя; ΔРк -потери мощности в кабеле.

Задача 22. По параметрам эксплуатационной скважины и оборудованию выбрать кабель, трансформатор, определить габариты УЭЦН, скорость охлаждающей жидкости и удель­ный расход электроэнергии.

Дано: наружный диаметр эксплуатационной колонны - 140 мм;

размер НКТ - - 48 x 4 мм;

дебит скважины Q = 120 м³/сут;

динамический уровень hд = 1100 м;

тип насоса ЭЦН5-130-1200.

тип электродвигателя ПЭД-40-103;

глубина спуска насоса - 1400 м;

температура на приеме насоса - 50°С;

расстояние до станции управления - 100 м.

Решение. По табл. 3.3 определим основные характеристики двигателя: напряжение U = 1000 В, ток I = 40 А, КПД 72%, соsφ = 0,80. Температура окружающей среды - 55°С, скорость охлаждающей жидкости > 0,12 м/с.

По формуле (3.22) определим сечение жилы:

.

 

Учитывая, что в жидкости имеется растворенный газ, вы­берем кабель с полиэтиленовой изоляцией (табл. 3.5) КПБК З x 10 мм и КПБП 3 x 10 мм с рабочим напряжением 2500 В, допустимым давлением до 25 МПа и температурой до 90°С и размером 13,6 х 33,8 мм.

Длина кабеля (формула (3.25))

.

 

Сопротивление кабеля (формула (3.24))

.

 

Потери мощности в кабеле (по формуле (3.23))

 

Мощность трансформатора (по формуле (3.26))

 

Падение напряжения в кабеле (формула (3.27))

 

где cosφ = 0,80; φ = arccos = 36,87°; sinφ = 0,60.

Напряжение на вторичной обмотке трансформатора

 

Этому условию удовлетворяет трансформатор ТСБЗ-100 [7, табл. 20] с пределами регулирования во вторичной обмотке 900 - 1300 В и мощностью 84,5 кВт на отпайке 1200 В.

Определим габаритный размер Dmax (формула (3.29)):

 

Габаритный размер Amax с учетом НКТ

 

Внутренний диаметр 140 мм эксплуатационной колонны равен 122 мм, следовательно, минимальный зазор составит 122 - 112,1 = 10 мм, что допустимо.

Скорость движения охлаждающей жидкости в расположе­нии электродвигателя (формула (3.31))

.

 

Полученная скорость превышает необходимую скорость охлаждения (0,12 м/с) по характеристике электродвигателя ПЭД-40-103.

Удельный расход электроэнергии определим по формуле (3.32). По исходным данным оборудования найдем

 

По формуле (3.33) получим

 

Тогда ηоб = 0,94·0,57·0,72·0,727·0,96 = 0,269. Удельный расход электроэнергии на 1 т добытой жидкости (формула (3.32))

.