Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВПО «РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени Серго Орджоникидзе» (МГРИ-РГГРУ)

_________________________________________________________________________ ­­­­­­

КАФЕДРА СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ БУРЕНИЯ СКВАЖИН

РАСЧЁТНАЯ РАБОТА ПО МЕХАНИКЕ СПЛОШНОЙ СРЕДЫ

Механика сплошной среды в работе скважинной струйной насосной установки

Выполнил: ст. группы ………

…………………..

Проверил: проф. Куликов В.В.

МОСКВА, 2014г.

Струйным насосом (СН) называют устройство, в котором кинетическая энергия струи жидкого рабочего потока передаётся внешней жидкой инжектируемой среде путём жидкостного трения и смешивания самого рабочего и инжектируемого потоков. В результате рабочий и инжектируемый потоки совместно формируют смешанный поток.

Рабочий, инжектируемый и смешанный потоки жидкости можно рассматривать как сплошные среды, поведение которых описывается аппаратом механики сплошных сред.

Механика сплошной среды – наука, изучающая равновесие, движение и деформацию деформируемых сред – газов, жидкостей, газожидкостных смесей и твёрдых деформируемых тел. При движении и деформации расстояния между отдельными точками сплошной среды изменяются. Отдельными разделами механики сплошных сред являются такие науки как гидромеханика, газовая динамика, теория упругости и др.

Сплошная среда – это среда, непрерывно заполняющая всю занятую ею область. Сплошная среда является моделью реальных сред. Если масштаб реальной среды существенно превышает расстояние между частицами, слагающими среду, и размеры самих частиц, то можно использовать модель сплошной среды. Сплошными средами могут быть потоки жидкостей, газов, воздуха, песка, зерна, камней, а также твёрдые и пластичные деформируемые тела и др.

Струйные насосы называют также водоструйными, или гидроструйными, насосами, струйными аппаратами, гидроэлеваторами, эжекторами, инжекторами и др. Термины «эжекция» (откачка, отсасывание, понижение давления), «инжекция» (нагнетание, повышение давления), «подсасывание», «подмешивание» часто используют как синонимы (принято в расчётах). Термины «коэффициент эжекции» и «коэффициент инжекции» также часто используют как синонимы (принято в расчётах).

При скважинных откачках используются струйные насосные установки (СНУ), состоящие из двух насосов – приводящего, обычно поверхностного (например, поршневого) или иногда погружного (центробежного), и струйного насоса, связанных между собой гидравлическими магистралями (трубами, шлангами).

Скважинные струйные насосные установки применяют при освоении, опробовании и эксплуатации скважин, пробуренных на жидкие подземные флюиды – воду, рассолы, нефть, жидкие руды, а также при скважинной гидродобыче несвязных полезных ископаемых (песок, гравий) при депрессионных воздействиях на нефтяной пласт с целью интенсификации притока нефти, для удаления песчаных пробок из нефтяных скважин и др.

Скважинные СН могут быть как пакерной (т.е. с гидравлическим пакером), так и беспакерной конструкции. СН с пакером могут использоваться в обсаженных скважинах, либо в необсаженных, но с применением дополнительной эксплуатационной колонны, в которой устанавливается СН. Струйные насосы с пакером являются основным типом скважинных СН. Из-за высокой потери давления в водоподъёмном трубопроводе небольшой площади поперечного сечения (в сравнении с пакерными СН), беспакерные СН для производства откачек из глубоких скважин не пригодны.

Основные преимущества СН:

- простота конструкции;

- отсутствие движущихся быстро изнашиваемых деталей, узлов и механизмов;

- возможность транспортирования смесей с высоким содержанием твёрдой фазы;

- возможность применения в слабонапорных и безнапорных продуктивных горизонтах.

Основные недостатки СН:

- необходимость в приводящем насосе;

- низкое значение коэффициента полезного действия (КПД) работы СН (η_сн ≤ 0,3).

Основные уравнения механики сплошных сред, применяемые при исследовании работы струйных насосных установок (СНУ)

1.Уравнение расхода (уравнение сплошности, или неразрывности, потока жидкости).

= const,

где Q_н, Q_р, Q_с – инжектируемый, рабочий и смешанный (сжатый) поток соответственно.

2.Уравнение импульса для потока жидкости.

Δ(ρ · Q · υ) = ΣF_i,

где ρ – плотность жидкости; Q – объемный расход; υ – скорость движения жидкости;

(ρ · Q · υ) – импульс; Δ(ρ · Q · υ) – приращение импульса; ΣF_i – сумма внешних сил.

3.Уравнение механической энергии (уравнение Бернулли для стационарного потока жидкости).

Уравнение Бернулли справедливо для потока между двумя поперечным потоку сечениями жидкости:

Р1 + r × g × z1 + a × r × u12/2 = Р2 + r × g × z2 + a × r × u22/2 + Ртр + Рмех,

где 1 – индекс первого сечения; 2 – индекс второго сечения; P – абсолютное давление в сечении, Па; ρ·g·z - геометрическое давление в сечении, Па; a × r × u²/2 – динамическое давление в сечении, Па; Р + r × g × z + a × r × u²/2 – полное давление в сечении (в первом всегда выше, чем во втором), Па; z – геометрическая высота центра сечения (вертикальная) над произвольной горизонтальной плоскостью, называемой плоскостью сравнения, м; α - коэффициент Кориолиса (для турбулентных потоков можно принять α = 1, а для ламинарных и структурных α = 2); u – средняя скорость потока в сечении, м/с; Р_тр – потеря давления на трение между сечениями, Па; Р_мех – механическое давление (давление, расходуемое жидкостью на совершение механической работы (например, на работу гидродвигателя или др.), Па.