1474

скважину рассчитывают глубину расположения динамического уровня по известному расположению статического уровня, ко­ эффициенту продуктивности и заданному объему отбираемой жидкости. Глубина спуска насоса будет равна сумме глубины расположения динамического уровня жидкости в скважине и глубины погружения насоса под этот уровень.

Типоразмер погружного агрегата выбирается по подаче и на­ пору насоса и габариту погружного агрегата. Подача насоса за­ дана. Напор, который должен развивать погружной насос, оп­ ределяется в случае, если добытая жидкость поднимается по свободной внутренней полости НКТ и применена замкнутая циркуляция жидкости. При подъеме жидкости по кольцевому пространству в этой формуле должны быть изменены зависи­ мости, принятые для определения работы газа в подъемном канале, и определения сопротивления потоку в нем. Также уточ­ няются эти зависимости и при смешивании добытой и рабочей жидкостей.

Габариты погружного агрегата выбираются в зависимости от принятой схемы обустройства скважины (параллельные или кон­ центричные колонны, использование пакера), принятой схемы циркуляции рабочей жидкости и диаметра обсадной колонны скважины.

Параметры поверхностного оборудования, а это прежде всего подача и давление рабочей жидкости, определяются в зависимо­ сти от размеров выбранного погружного агрегата. Объем подачи рабочей жидкости зависит от диаметра, длины хода и частоты ходов плунжера двигателя погружного агрегата. При расчете этого объема необходимо учесть утечки жидкости в системе, потери жидкости на переключение золотника. При расчете давления рабочей жидкости у поверхностного насоса учитываются разме­ ры поршней двигателя и насоса, штока, соединяющего поршни, потери напора в трубах и в самом погружном агрегате, силы трения движущихся деталей в агрегате.

Определение расхода рабочей жидкости

При подборе гидропоршневого насоса необходимо стремить­ ся к максимальному сокращению удельного расхода рабочей жид­ кости (расхода на тонну добываемой нефти).

где F2 — площадь поперечного сечения плунжера погружно­ го двигателя в м2; / — площадь поперечного сечения штока, м2; s — длина хода плунжера погружного двигателя, м; п — число двойных ходов плунжера в минуту; Кр— коэффициент расхода рабочей жидкости (отношение фактического расхода к теорети­ ческому).

Определение силового давления рабочей жидкости

Для определения давления (напора) рабочей жидкости у си­ лового (поверхностного) насоса пользуются уравнением равно­ весия статических сил, действующих на плунжеры погружного агрегата (двигателя и насоса) при ходе их вверх и вниз (рис. 6.9).

где F{, F2 и / — площади сечения соответственно плунжера насоса, плунжера двигателя и штока в м2; Рн — давление столба нагнетаемой жидкости с учетом потерь напора в подъемной ко­ лонне; Рп — давление подпора, определяемое погружением на­ соса под динамический уровень жидкости в скважине, МПа, Р,р— потери напора в погружном агрегате (механическое трение в плунжере и штоке), МПа;

Р'р и Р — давление рабочей жидкости у плунжера двигателя погружного агрегата при ходе вверх и вниз, МПа.

Из этих уравнений находят Р 'р и Р"р.

Среднее давление рабочей жидкости на входе в погружной

Найденное количество рабочей жидкости и ее давление у поверхностного насоса дают возможность подобрать его по

6.2.СК ВА Ж И Н Н Ы Е СТРУ Й Н Ы Е

НА СО СН Ы Е УСТАНОВКИ

Впоследние десятилетия ведутся активные поиски новых способов добычи нефти, особенно в области эксплуатации на­ клонных скважин. При использовании бесштанговых гидропри­ водных струйных насосных установок вместо УСШН в скважи­ нах со значительной кривизной ствола энергетические затраты существенно снижаются, а межремонтный период (МРП) сква­ жинного оборудования увеличивается. Компактность, высокие монтажеспособность, эффективность и степень унификации уз­ лов позволяют применять гидроприводные насосные установки при эксплуатации кустовых скважин в труднодоступных райо­ нах Сибири и на морских месторождениях.

Изменение условий эксплуатации многих нефтяных место­ рождений, связанное с увеличением числа объектов разработки

втруднодоступных северных районах и на континентальном шельфе, вызвало возрождение интереса к струйным насосным установкам.

6.2.1.КОНСТРУКЦИИ СКВАЖИННЫХ

СТРУЙНЫХ НАСОСОВ

Струйные насосы являются разновидностью гидроприводных насосов, и они обладают всеми достоинствами этого вида обо­ рудования. Благодаря своим конструктивным особенностям струйные аппараты отличаются высокой надежностью и эффек­ тивностью, особенно в осложненных условиях эксплуатации, например при добыче пластовой жидкости со значительным со­ держанием механических примесей, коррозионно-активных ве­ ществ и из наклонно направленных скважин.

К преимуществам струйных насосов относят их малые габа­ риты, большую пропускную способность и возможность стабиль­ но отбирать пластовую жидкость с высоким содержанием сво­ бодного газа. Кроме того, проста конструкция установок, отсут­ ствуют движущиеся детали, возможно исполнение струйного насоса в виде свободного, сбрасываемого агрегата.

В струйном насосе или инжекторе (рис. 6.10) поток откачи­ ваемой жидкости перемещается от забоя скважины до устья скважины за счет получения энергии от потока рабочей жид­ кости, подаваемого поверхностным силовым насосом с устья скважины.

Рис. 6.10. Схема струйного насоса (а)

идвижение жидкостей в нем (6):

1— подвод откачиваемой жидкости; 2 — подвод рабочей жидко­ сти; 3 — входное кольцевое сопло; 4 — рабочее сопло; 5 — камера смешения; 6 — диффузор; I — невозмущенная откачиваемая жид­ кость; II — пограничный слой; III — невозмущенная рабочая жид­ кость (ядро)

Нагнетание скважинной жидкости осуществляется благодаря явлению эжекции в рабочей камере, т.е. смешению скважинной жидкости с рабочим потоком жидкости, обладающим большой энергией, см. рис. 6.10.

Режим работы струйного насоса характеризуется следующи­ ми параметрами: рабочий напор Я , 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 Нр, создаваемый насосом и равный разности напоров подаваемой жидкости за насосом (сечение О -С ) и перед ним

(сечение А—А); расход рабочей жидкости Q,; полезная подача Qo. КПД струйного насоса равен отношению полезной мощности к затраченной

Qoff,

ая,

иможет достигать величины КПД = 0,2...0,35. Такое значение КПД струйных насосов обусловлено большими потерями энер­ гии, 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 Vx из сопла в затопленное про­ странство сразу за передним срезом сопла на поверхности струи возникает область смешения. Быстрые частицы проникают в ок­ ружающий медленный поток невозмущенной жидкости, подса­ сываемый через кольцевой проход в камеру со скоростью К и передают ей энергию. Этот процесс, основанный на интенсив­ ном вихреобразовании, происходит в непрерывно утолщающем­ ся по длине струйном пограничном слое. Вместе с тем внутрен­ няя область рабочей струи, а именно ее ядро и внешняя область невозмущенной подсасываемой жидкости — постоянно умень­ шаются и на расстоянии L от рабочего сопла потоки рабочей и откачиваемой жидкости уже полностью перемешаны. На даль­ нейшем участке камеры смешения происходит только выравни­ вание профиля скоростей потока жидкости. Чаще всего в струй­ ных насосах применяют цилиндрические камеры смешения, тех­ нологические простые в изготовлении и обеспечивающие отно­ сительно высокий КПД.

Для преобразования достаточно высокой скорости потока в

камере смешения в давление поток направляется в диффузор. Схема струйного насоса представлена на рис. 6.11. Струйный

аппарат является сменным узлом. В нем устанавливаются насад­ ка и камера смешения, изготовленные из износоустойчивых материалов. Насадки и камеры смешения выполняются с раз­ ными диаметрами проходного канала и подбираются в зависи­ мости от параметров скважины, давления рабочей жидкости,

сравнению с расходом рабочей жидкости. При этом гидравличес­ кая энергия передается сравнительно малому объему откачивае­ мой жидкости и развивается высокий напор.

Если же площадь рабочего сопла не превышает 20 % площа­ ди камеры смешения, то соответственно увеличивается объем откачиваемой жидкости и, следовательно, уменьшается разви­ ваемый напор. Такие насосы относятся к низконапорным.

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

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

Площади поперечных сечений рабочих сопел струйных насо­ сов фирм: Kobe, National и Cuiberson изменяются в диапазоне 1,03—250,00 мм2, площадь камеры смешения этих насосов — 2,84-1390 мм2.

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

Малые габаритные размеры и возможность работы струйных насосов при прямой и обратной циркуляции рабочей жидкости позволяют применять различные конструктивные схемы сква­ жинного оборудования.

Так, в каталогах фирмы TRIKO Industries, Inc. представлены «свободные» струйные насосы в сочетании с двумя параллель­ ными или коаксиальными рядами НКТ, а также с НКТ, уста­ новленными на пакере. Оригинально решение, в котором струй­ ный насос устанавливается в клапанной камере скважинного газлифтного оборудования.

Все виды струйных насосов могут эксплуатироваться в сква­ жинах со значительным искривлением ствола и большим содер­ жанием механических примесей и свободного газа в откачивае­ мой жидкости.

Струйные насосы могут применяться при освоении скважин по окончании бурения, при очистке призабойной зоны добыва­ ющих и нагнетательных скважин, а также при комплексном при­

менении метода создания циклических депрессий — репрессий

всочетании с другими методами воздействия на пласт.

ВСКТБ «Недра» ИваноФранковского института нефти и газа [4] с участием конструкторов Калушского завода «Карпатнефтемаш» была разработана и усовершенствована конструкция, стационарного аппарата, которому присвоен шифр УОС-1 М.

Вэтой конструкции не используются дефицитные цветные ме­ таллы и уплотнительные резиновые кольца, а также значитель­ но уменьшена материалоемкость. При изготовлении аппарата данной конструкции существенно снижается трудоемкость фре­ зерных и токарных работ, упрощается .сборка. Струйные аппа­ раты указанных конструкций предназначены для добычи нефти или других жидкостей из скважин, а также для воздействия на пласт. Стационарный струйный аппарат УОС-ДМ состоит из корпуса, камеры смешения с технологической заглушкой, твер­ досплавной насадки, запрессованной в гнездо и шара. Наруж­

ный диаметр устройства уменьшен со 107 до 96 мм, длина — с 650 до 460 мм, а масса его составляет 11 кг.

Вставной струйный аппарат УЭОС-1 состоит из корпуса и эжек­ торного насоса. Эжектируемая из пласта жидкость поступает в ка­ меру смешения по каналам корпуса устройства. Конструкция уст­ ройства дает возможность устанавливать и извлекать из внутрен­ ней полости корпуса эжекторный насос, а также транспортировать его в полости НКТ диаметром не менее 73 мм. Максимальный наружный диаметр эжекторного насоса 55 мм.

Эжекторный насос включает в себя хвостовик, корпус, гнездо с запрессованной в него твердосплавной насадкой (соплом), смеситель и наконечник. Эжекторный насос гер­ метизируется в корпусе устройства с помощью уплотнитель­ ных элементов, выполненных из фторопластового материала или асборезиновой смеси. Уплотнительные элементы и со­ единение смесителя с корпусом фиксируются соответственно гайками. Минимальный внутренний диаметр (46 мм) корпуса позволяет пропускать через него глубинные манометры диа­ метром до 42 мм автономно или совместно с эжекторным на­ сосом. В последнем случае оперативно оценивается создавае­ мая депрессия на пласт. Соединение глубинного манометра с эжекторным насосом фиксируется посредством установочного винта.