Скважинные струйные насосные установки

В последние десятилетия ведутся активные поиски новых способов добычи нефти, особенно в области эксплуатации наклонных скважин. При использовании бесштанговых гидроприводных струйных насосных установок вместо УСШН в скважинах со значительной кривизной ствола энергетические затраты существенно снижаются, а межремонтный период (МРП) скважинного оборудования увеличивается. Компактность, высокие монтажеспособность, эффективность и степень унификации узлов позволяют применять гидроприводные насосные установки при эксплуатации кустовых скважин в труднодоступных районах Сибири и на морских месторождениях.

Изменение условий эксплуатации многих нефтяных месторождений, связанное с увеличением числа объектов разработки в труднодоступных северных районах и на континентальном шельфе, вызвало возрождение интереса к струйным насосным установкам.

8.3.1. Конструкции скважинных струйных насосов

Струйные насосы являются разновидностью гидроприводных насосов, и они обладают всеми достоинствами этого вида оборудования,

Благодаря своим конструктивным особенностям струйные аппараты отличаются высокой надежностью и эффективностью, особенно в осложненных условиях эксплуатации, например при добыче пластовой жидкости со значительным содержанием механических примесей и коррозионно-активных веществ из наклонно направленных скважин.

К преимуществам струйных насосов относят их малые габариты, большую пропускную способность и возможность стабильно отбирать пластовую жидкость с высоким содержанием свободного газа. Кроме того, простая конструкция установок, отсутствуют движущиеся детали, возможно исполнение струйного насоса в виде свободного, сбрасываемого агрегата.

В струйном насосе или инжекторе (рис. 8.3) поток откачиваемой жидкости перемещается от забоя скважины до устья скважины за счет получения энергии от потока рабочей жидкости, подаваемого поверхностным силовым насосом с устья скважины.

Нагнетание скважинной жидкости осуществляется благодаря явлению эжекции в рабочей камере, т.е. смешению скважинной жидкости с рабочим потоком жидкости, обладающим большой энергией, см. рис. 8.3.

Режим работы струйного насоса характеризуется следующими параметрами: рабочий напор Н _р, затрачиваемый в насосе и равный разности напоров рабочего потока на входе в насос (сечение В—В) и на выходе из него (сечение С—С), полезный напор Н _р, создаваемый насосом и равный разности напоров подаваемой жидкости за насосом (сечение С—С) и перед ним (сечение А—А); расход рабочей жидкости Q₁; полезная подача Q_o. КПД струйного насоса равен отношению полезной мощности к затраченной и может достигать величины КПД = 0,2...0,35.

Такое значение КПД струйных насосов обусловлено большими потерями энергии, сопровождающими рабочий процесс: в камере смешения (на вихреобразование и гидравлическое трение жидкости о стенки камеры); в элементах насоса, подводящих и отводящих жидкость (в рабочем и кольцевом сопле и диффузоре).

Струйный насос работает следующим образом. При истечении рабочей жидкости со скоростью V₁из сопла в затопленное пространство сразу за передним срезом сопла на поверхности струи возникает область смешения. Быстрые частицы проникают в окружающий медленный поток невозмущенной жидкости, подсасываемый через кольцевой проход в камеру со скоростью V_oи передают ей энергию. Этот процесс, основанный на интенсивном вихреобразовании, происходит в непрерывно утолщающемся по длине струйном пограничном слое. Вместе с тем внутренняя область рабочей струи, а именно ее ядро и внешняя область невозмущенной подсасываемой жидкости — постоянно уменьшаются и на расстоянии Lот рабочего сопла потоки рабочей и откачиваемой жидкости уже полностью перемешаны. На дальнейшем участке камеры смешения происходит только выравнивание профиля скоростей потока жидкости. Чаще всего в струйных насосах применяют цилиндрические камеры смешения, технологические простые в изготовлении и обеспечивающие относительно высокий КПД.

Для преобразования достаточно высокой скорости потока в камере смешения в давление поток направляется в диффузор.

Схема изменения давления и скорости потока жидкости в струйном насосе представлена на рис. 8.4. Эффективность передачи энергии потоком рабочей жидкости зависит от конструкции основных элементов насоса, определяемой соотношением площадей поперечных сечений рабочего и кольцевого сопла и камеры смешения. Если площадь поперечного сечения рабочего сопла составляет 50...60 % площади камеры смешения, то насос можно назвать высоконапорным. В этом случае площадь поперечного сечения кольцевого сопла сравнительно мала, что уменьшает расход откачиваемой жидкости по сравнению с расходом рабочей жидкости. При этом гидравлическая энергия передается сравнительно малому объему откачиваемой жидкости и развивается высокий напор. Если же площадь рабочего сопла не превышает 20 % площади камеры смешения, то соответственно увеличивается объем откачиваемой жидкости и, следовательно, уменьшается развиваемый напор. Такие насосы относятся к низконапорным.

Чтобы удовлетворить различным требованиям условий работы насоса в скважинах (по подачам и напорам), необходимо подобрать сочетания площадей проходных сечений.

Основные фирмы-изготовители выпускают комплекты струйных насосов с набором рабочих сопел (насадок) различных размеров и несколькими (от 1 до 6) комплектами камер смешения (горловин) для каждой насадки.

Площади поперечных сечений рабочих сопел струйных насосов фирм; Kobe, Nationalи Cuibersonизменяются в диапазоне 1,03..250,00 мм², площадь камеры смешения этих насосов — 2,84...1390 мм².

Выбор соотношения размеров рабочего сопла и камеры смешения зависит от условий эксплуатации. Зарубежные фирмы наиболее часто используют струйные насосы с соотношением площадей сопла и горловины 0,235...0,400.

Дата добавления: 2014-01-04