ПОДБОР УЭЦН К СКВАЖИНЕ

Расчёт потенциала скважины и параметров установки ЭЦН — исправленная методика
…
Плановый дебит жидкости
—
м³/сут
Плановый дебит нефти
—
т/сут
Прирост добычи нефти
—
т/сут
к текущему режиму
Необходимый напор (к воде)
—
м
Типоразмер насоса
—
5-я серия
Число ступеней
—
шт
Подобранный ПЭД
—
кВт (на валу)
Мощность от СУ
—
кВт
ПЭД + кабель
Частота: базовая / ПЧ
—
Гц

Контроль — сводка автоматических проверок

Баланс давления на выкиде насоса

Итого: — атм
Столб жидкости в НКТ — — атм
Устьевое давление — — атм
Потери на трение — — атм

Рабочая точка (базовая частота)

Забойное давление (план)
—
Давление на приёме
—
Давление на выкиде
—
Газосодержание после сепаратора
—
Погружение под динамический уровень
—
Допустимый диапазон ПЧ
—
Как пользоваться. Меняйте значения в любых полях — весь расчёт (потенциал, напор, ступени, ПЭД, таблица ПЧ, контроль, отчёт) пересчитывается мгновенно. Характеристики насосов и ПЭД редактируются на вкладке «Каталог оборудования». Экспорт JSON сохраняет все исходные данные и каталог в файл (для переноса между компьютерами, архива подборов, передачи коллегам); Импорт JSON загружает такой файл обратно с проверкой каждого поля. Данные также сохраняются в браузере автоматически; кнопка «Сбросить» возвращает демо-данные из книги. Готовый печатный отчёт — на вкладке «Отчёт» или по кнопке «Печать отчёта» (Ctrl+P). Единицы давления — физические атмосферы (1 атм = 10,35 м столба жидкости плотностью 1,0).

Флюид

Плотность смеси в скважине ρсм = ρн.пл·(1−обв) + ρв·обв
—
Текущее забойное давление по динамическому уровню
—

Продуктивность

Коэфф. продуктивности по жидкости обобщённое уравнение Вогеля
—
Произведение kh формула Дюпюи, скин учтён
—

Дебиты

Плановый дебит жидкости Вогель при плановом Рзаб
—
Максимальный дебит (Рзаб = 0)
—

Кривая притока (КВД) и рабочие точки

Кривая — обобщённое уравнение Вогеля: выше давления насыщения линейный участок, ниже — парабола. Точки: ▲ текущий режим, ● плановый режим.
Текущий дебит нефти
—
т/сут
Плановый дебит нефти
—
т/сут
Прирост дебита нефти
—
т/сут

Газ на приёме

Допустимое газосодержание на приёме βпр βпр = βнас / (1 − (1−βнас)·ηсеп)
—
Коэффициент свободного газа y y = Г·(1−обв)·(1−βпр)
—
Предельное давление на приёме по газу P = Рнас·y / (Рнас·βпр + y)
—
Принятое минимальное давление на приёме не ниже Рзатр + 10 атм
—

Давления при плановом режиме

Плановый дебит жидкости
—
Давление на приёме Рпр Рзаб план − столб смеси насос→забой
—
Проверка по газу
—
Объём свободного газа Vг Г·(1−обв)·(Рнас−Рпр)/(Рнас·Рпр)
—
Объём жидкости Vж (1−обв)·B + обв
—
Газосодержание на приёме (факт)
—
Газосодержание после газосепаратора
—
Доля выделившегося газа δ (1−обв)·(Рнас−Рпр)/Рнас
—
Поправка напора на газ Kг Kг = основание^δ
—

НКТ и выкид

Скорость жидкости в НКТ по объёмному дебиту в пластовых условиях
—
Число Рейнольдса Re = 14,737·ρсм·Q/(d·μ)
—
Коэфф. гидравлического трения λ ламинар ≤ 2320: 64/Re; иначе Блазиус
—
Потери напора на трение в НКТ Дарси—Вейсбах
—
Плотность смеси в НКТ по нефти в станд. условиях
—
Вертикальная длина ствола до насоса
—
Давление на выкиде насоса гидростатика + буферное + трение
—

Напор и насос

Перепад давления на насосе
—
Поправка напора на вязкость Kв Kв = 0,9^(μ/10)
—
Необходимый напор (приведённый к воде) H = ΔP·10,35/(ρсм·Kг·Kв)
—
Напор 100 ступеней по каталогу
—
Базовая частота подбора / α_б = f_баз/f_ном
—
Расчётное число ступеней Z = H·100/(H100·попр·α_б²)
—
Принятое число ступеней (вверх)
—
Развиваемый напор насоса
—
Запас по напору
—

Мощность и ПЭД

Мощность на валу насоса N = ρgQH/ηнас
—
Мощность, потребляемая ПЭД из сети с учётом КПД ПЭД
—
Расчётный ток статора I = Nсети·1000/(√3·U·cosφ)
—
Напряжение при f_баз (U/f = const)
—
Температура жидкости у насоса геотермическая оценка
—
Сопротивление кабеля (100 м при t° насоса)
—
Потери мощности в кабеле 3·I²·R·L
—
Потребляемая мощность установки
—

Подбор ПЭД и уровни

Требуемый номинал ПЭД (с учётом f_баз) Nвала/α_б; ПЭД номинируется по валу
—
Подобранный ПЭД (ближайший больший)
—
Загрузка ПЭД по валу норма 60–100 %
—
Мощность от станции управления для выбора ТМПН и СУ
—
Динамический уровень при плане (вертикаль)
—
Динамический уровень (по стволу)
—
Погружение насоса под дин. уровень
—
Скорость жидкости у приёма (экспл. колонна)
—

Допустимый диапазон ПЧ

—
по совокупности ограничений: зона насоса, мощность ПЭД, давление на приёме, газосодержание

Точка согласования

Базовая частота f_баз
—
Дебит при f_баз
—

Ограничения

Зона насоса (эквивалент 50 Гц)
—
Предельное Рпр по газу
—

Рабочие точки при изменении частоты

Таблица рабочих точек (шаг 1 Гц)

f, ГцαQж, м³/сутQн, т/сут Рзаб, атмРпр, атмβ приёма, % H, мN вала, кВтI, АN от СУ, кВт Загрузка ПЭД, %Статус
Рабочие точки — замыкание характеристики насоса (законы пропорциональности: Q ∝ α, H ∝ α²) с кривой притока Вогеля; трение ∝ Q². Кривая Вогеля продолжена выше давления насыщения гладкой параболой (значение и наклон в точке насыщения совпадают с линейной ветвью). Строка базовой частоты выделена. Ограничения: Рпр ≥ предельного по газу, β после сепаратора ≤ допустимого, Q/α в зоне насоса, N вала ≤ Pном·α.

Насосы (5-я серия) — характеристики при номинальной частоте каталога

НасосQ ном, м³/сутQ minQ maxНапор 100 ст., мМакс. ступеней

ПЭД (номинальный ряд мощностей)

P ном, кВт (на валу)U ном, ВI ном (расч.), А
I ном = P·1000/(√3·U·cosφ·КПД) — пересчитывается по параметрам листа «Исходные данные»; уточняйте по паспорту ПЭД.

Автоматические проверки режима и оборудования

ПроверкаЗначениеКритерийСтатус

Проверки частотного регулирования

ПроверкаЗначениеКритерийСтатус
Печатная форма: итоговые результаты, полный расчёт, таблица частотного регулирования и проверки контроля. Используйте «Печать / Сохранить в PDF» — в диалоге печати доступен пункт «Сохранить как PDF».

Единицы и база

  • Давления — физические атмосферы; перевод столба жидкости в давление везде /10,35 (ранее местами ошибочно /10).
  • Дебит жидкости — в поверхностных м³/сут; плотности — г/см³; вязкость — сПз; мощность — кВт.

Цепочка расчёта

  • 1. Текущее забойное давление — по динамическому уровню: столб смеси (насос→забой) + столб нефти (уровень→насос) + Рзатр.
  • 2. Коэффициент продуктивности — из обобщённого уравнения Вогеля: Q = Кпр·[(Рпл−Рнас) + Рнас/1,8·(1−0,2·Рзаб/Рнас−0,8·(Рзаб/Рнас)²)].
  • 3. kh — по формуле Дюпюи: kh = 18,4·Кпр·B·μ·(ln(Rк/rс) − 0,75 + S); скин-фактор включён в формулу.
  • 4. Плановый дебит — по той же формуле Вогеля при плановом Рзаб.
  • 5. Допустимое газосодержание на приёме: βпр = βнас/(1−(1−βнас)·ηсеп).
  • 6. Предельное давление на приёме: P = Рнас·y/(Рнас·βпр + y), где y = Г·(1−обв)·(1−βпр). ИСПРАВЛЕНО: в исходном файле в знаменателе был пропущен множитель βпр.
  • 7. Газосодержание на приёме: β = Vг/(Vг+Vж); Vг = Г·(1−обв)·(Рнас−Рпр)/(Рнас·Рпр); Vж = (1−обв)·B + обв.
  • 8. Трение в НКТ — Дарси—Вейсбах; Re = 14,737·ρсм·Q/(d·μ) (добавлена плотность смеси); λ = 64/Re при Re < 2320 (исправлен порог, было 1530), иначе Блазиус 0,3164/Re^0,25.
  • 9. Давление на выкиде = гидростатика НКТ + буферное + трение (всё /10,35).
  • 10. Необходимый напор (к воде): H = ΔP·10,35/(ρсм·Kг·Kв). ИСПРАВЛЕНО: деление на плотность перекачиваемой смеси ρсм, а не на константу 1,04 (напор был занижен на ~9 %).
  • 11. Поправки: на газ Kг = 0,83^δ, δ = (1−обв)·(Рнас−Рпр)/Рнас; на вязкость Kв = 0,9^(μ/10) — эмпирические.
  • 12. Число ступеней — по напору 100 ступеней из каталога с пользовательской поправкой; округление вверх.
  • 13. Мощность: Nвала = ρgQH/ηнас; потребляемая = Nвала/КПДпэд + потери в кабеле. ИСПРАВЛЕНО: ранее КПД ПЭД не учитывался (мощность занижалась на ~20–25 %).
  • 14. Ток статора: I = Nсети·1000/(√3·U·cosφ). ИСПРАВЛЕНО: ранее ток был константой 26 А и не пересчитывался.
  • 15. ПЭД — ближайший больший по мощности вала из каталога; ток и загрузка проверяются на листе «Контроль».

Допущения (осознанные упрощения)

  • Уравнение Вогеля применено к обводнённой продукции — при росте обводнённости прогноз перепроверять по замерам.
  • Плотность столба в НКТ — по плотности нефти в стандартных условиях, без свободного газа в подъёмнике (расчёт «в запас» по напору).
  • Теплоёмкость смеси 2100·(1−обв)+4186·обв Дж/(кг·К); температура у насоса — геотермическая оценка.
  • Продуктивность постоянна во времени; радиусы контура и скважины — параметры исходных данных.

Частотное регулирование (ПЧ)

  • 16. При изменении частоты f характеристика насоса пересчитывается по законам пропорциональности: Q ∝ α, H ∝ α², N ∝ α³, где α = f/f_баз.
  • 17. Рабочая точка — пересечение пересчитанной характеристики насоса с кривой притока: напор насоса приравнивается требуемому напору системы (в приложении решается численно).
  • 18. Для каждой частоты считаются: дебит жидкости и нефти, забойное давление и давление на приёме, газосодержание, напор, мощность на валу, ток, мощность от станции управления.
  • 19. Автоматически отсекаются: физически недостижимые точки, режимы вне рабочей зоны насоса и с превышением мощности ПЭД — строки помечаются «вне зоны», «ПЭД мал», «не достижимо».
  • 20. Важно: мощность ПЭД выбирается по МАКСИМАЛЬНОЙ рабочей частоте. Если планируется работа выше 50 Гц, ПЭД подбирается по мощности на этой частоте, а не по базовому режиму.
  • 21. При работе на пониженной частоте ухудшается теплоотвод ПЭД — не рекомендуется длительная работа ниже 30–35 Гц без проверки теплового режима.

Подбор на базовую частоту

  • 22. Подбор (ступени, ПЭД, ток, мощность) выполняется на базовую частоту f_баз. Гидравлика скважины (требуемый напор, давления, газ) от частоты не зависит.
  • 23. Число ступеней: Z = H_тр·100/(H100·α_б²), где α_б = f_баз/f_ном — напор ступени пропорционален квадрату частоты. Рабочая зона проверяется в эквиваленте 50 Гц.
  • 24. При U/f = const допустимая мощность ПЭД пропорциональна частоте: P_доп = P_ном·α. Поэтому ПЭД подбирается по требуемому номиналу N_вала/α_б, а рабочее напряжение U_раб = U_ном·α_б.
  • 25. Таблица ПЧ строится в относительной частоте α = f/f_баз; точка согласования — базовый режим (α = 1). Статус ПЭД в таблице: N_вала(f) ≤ P_ном·α.

Исправления относительно исходного файла «Расчет УЭЦН.xlsx»

  • Расчёт завершён: каталожный напор ступени подставляется автоматически — исходный файл выдавал #ДЕЛ/0! и не считал число ступеней.
  • Исправлена формула предельного давления на приёме (п. 6).
  • Исправлен пересчёт напора на водяную характеристику (п. 10).
  • Учтён КПД ПЭД; ток статора вычисляется из мощности; потери в кабеле пересчитываются от расчётного тока.
  • Единый переводной коэффициент 10,35 во всех гидростатических формулах.
  • Скорость в НКТ — по объёмному дебиту в пластовых условиях.
  • Порог ламинарного режима Re = 2320 (было 1530); в Re учтена плотность смеси.
  • Исправлены единицы измерения; добавлены автопроверки контроля, графики КВД и баланса давлений, печатный отчёт, экспорт/импорт данных в JSON.