Подбор УЭЦН к скважине — расчёт потенциала и параметров установки

Плановый дебит жидкости

—

м³/сут

Плановый дебит нефти

—

т/сут

Прирост добычи нефти

—

т/сут

к текущему режиму

Необходимый напор (к воде)

—

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, Гц	α	Qж, м³/сут	Qн, т/сут	Рзаб, атм	Рпр, атм	β приёма, %	H, м	N вала, кВт	I, А	N 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.

Типовые ориентировочные данные

Перед реальным подбором замените характеристики данными производителя (Новомет, Алнас, Борец и т.п.). Номинальная мощность ПЭД — мощность НА ВАЛУ; потребляемая из сети выше на величину потерь (Pпотр = Pвала/КПД). Отредактированный каталог также сохраняется при экспорте JSON.

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

Насос	Q ном, м³/сут	Q min	Q max	Напор 100 ст., м	Макс. ступеней

ПЭД (номинальный ряд мощностей)

P ном, кВт (на валу)	U ном, В	I 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

Проверка	Значение	Критерий	Статус

Проверки частотного регулирования

Проверка	Значение	Критерий	Статус

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.