Свердловинна струминна насосна установка

1. Свердловинна струминна насосна установка, що містить змонтований на колоні насоснокомпресорних труб (НКТ) знизу-вверх: хвостовик з вхідною лійкою, пакер, струминний насос, корпус якого має прохідний канал з посадочним місцем, канал підведення активного середовища до активного сопла, камеру змішування (приймальну камеру), дифузор та канал підведення відкачуваного із свердловини середовища, причому канал підведення активного середовища підключено до затрубного простору свердловини (колони НКТ), а канал для підведення відкачуваного зі свердловини середовища підключений до внутрішньої порожнини колони НКТ нижче герметизуючого вузла, встановленого на посадочному місці, при цьому герметизуючий вузол з отвором вздовж осі розмі U 2 (19) 1 3 користання струминного насоса в стиснутих умовах обсадної колони свердловини; - низький коефіцієнт ежекції струминного насоса. Відомий струминний насос (див. патент RU 2246642) в якому активне сопло робочого потоку має внутрішню поверхню, що представляє собою перехід від круглого перетину на вході в перетин у вигляді рівностороннього трикутника на виході. Інший струминний насос має активне сопло робочого потоку виконано у вигляді профільованого каналу, конфігурація котрого являє собою симетрично розміщені відносно вісі сопла, поступово розширюються та поглиблюючи канавки, що у вихідному зрізі сопла мають форму пелюстка чи фігурну рівно боку трапецію (див. патент RU 2161273). Зазначені раніш сопла хоча і мають просту конструкцію, але в той же час не забезпечують виконання умови: - зменшення інверсності струменя робочого середовища (розширення); - відсутність можливості використання Найближчим до заявляемого технічного рішення відноситься свердловинна струминна установка (RU 2205993), що має колону насосно компресорних труб (НКТ), герметизуючий вузол (наприклад, блокувальну вставку), встановлений на струминому насосі з активним соплом, камерою змішування та дифузором, які встановлені співвісно та зі сторони зовнішньої поверхні НКТ, при цьому канал підводу робочого середовища до активного сопла прикріплено вище герметизуючого вузла таким чином, що вісь активного сопла паралельна вісі НКТ, а герметизуючий вузол розміщений по вісі НКТ. Описане вище технічне рішення, як і зазначені раніше має ті ж недоліки. Крім того, раніш згадана струминна установка не може бути використана при експлуатації нафтових і газових свердловин. Перед корисною моделлю поставлена задача: Створити струминний насос з високим коефіцієнтом ежекції та КПД в цілому. Таким чином, щоб в режимі видобутку нафти насос працював безвідмовно і при цьому мав незначні габарити (оптимізація розташування і розмірів різних елементів конструкції установки); використання насосу сприяло підвищенню продуктивності. Зазначимо, що у корисній моделі, що заявляється для зменшення тиску нагнітання і підвищення КПД струминного насоса використовують: - сопло струминного насоса виконано у виді кільцевого сопла з центральним тілом; Зазначена задача вирішується за рахунок того, що струминний насос (у тому числі і для іспитів), установлений на колоні труб у свердловинні з обсадною колоною до корпуса котрого співвісно встановлене активне сопло з камерою змішування та дифузором. У корпусі виконаний прохідний канал з посадковим місцем для установки герметизуючого вузла (у вигляді знімних вставок з наскрізним каналом або з установленими під ними автономними приладами, наприклад блокуюча вставка, ....). 53906 4 Площа вихідного перетину сопла і поперечного перетину камери змішування струминного насосу, виконанні з можливістю регулювання (регулюються), при цьому сопло струминного насоса виконано у виді кільцевого сопла з центральним тілом. Вихід струминного насоса підключений до затрубного простору колони труб, а вхід каналу подачі робочого середовища, який з'єднаний з активним соплом струминного насоса підключений до внутрішньої порожнини колони труб вище герметизуючого вузла і канал підведення відкачуваної струминним насосом зі свердловинни середовища, підключений до внутрішньої порожнини колони труб нижче герметизуючого вузла. Перелік фігур одного із можливих варіантів виконання корисної моделі, що розкривають її суть: Фіг. 1 - На кресленні представлений поздовжній розріз свердловини; Фіг. 2 - На кресленні представлений поздовжній розріз струминного насосу з герметизуючим вузлом; Фіг. 3 - На кресленні представлений поздовжній розріз струминного насосу з прохідною вставкою (блокувальною вставкою); Фіг.4 - На кресленні представлений поздовжній розріз струминного насосу з депресійною вставкою; Фіг. 5 - Графік залежності тиску насосного агрегату від коефіцієнта ежекції свердловинного струминного насоса (Ра - тиск струминного насосу при використанні водогазовой суміші (аерованої), (Па); Р - тиск струминного насосу при використанні не аерованої суміші, (Па); Фіг. 6 - Графіки залежності безрозмірних перепадів тисків струминного насоса (OP(U)); КПД струминного насоса (μ(U)) від коефіцієнта ежекції ((U)=dк.з./Da, де Da=4 мм - діаметр аерованого струменю, dк.з.=6 мм - діаметр камери змішування; Фіг. 7 - Графіки залежності безрозмірних перепадів тисків струминного насоса (OP(U)); КПД струминного насоса (μ(U)) від коефіцієнта ежекції ((U)=dк.з./Da, де Da=4 мм, dк.з.=6 мм); Фіг. 8 - Місцевий перетин сопла струминного насосу; Фіг. 9 - Схема кільцевого сопла з центральним тілом і течій на різних протитисках; Фіг. 10 - Графік зміни втрат імпульсу J, (Дж) при різних значеннях відношень (Рп.к./Рпротитиск) де Рп.к. - тиск в приймальній камері ежектора, (Па), Рпротитиск - протитиск в привибійній підпакерній зоні, (Па); а - звичайне сопло; b - кільцеве сопло. Свердловинна струминна насосна установка, що містить змонтований на колоні насоснокомпресорних труб (НКТ) 1 знизу-вверх: хвостовик з вхідною воронкою 35, пакер 22, струминний насос 23. Струминний насос 23 (фіг. 1-3) установлюють на НКТ 1 через перехідник НКТ 2 у свердловинні з обсадною колоною 25. Співвісно корпусу 3 струминного насосу 23 (фіг. 4), встановлене активне сопло 8, камера змішування 9, дифузор 10 та виконані: канал підведення робочої рідини 5, канал 7 для підведення 5 відкачуваної зі свердловини середовища (фіг. 4) та прохідний канал 24 (фіг. 2) з посадочним місцем 4. Канал 7 для підведення відкачуваної зі свердловини середовища є по суті приймальною камерою ежектора 6, яка розділяє канал 5 на два (дві частини), перша частина утворена продовженням каналу 5 з активним соплом 8, а інша - з камерою змішування 9 та дифузором 10, причому продовження камери є бокова поверхня ежектора в якій встановлена технологічна заглушка 11. В прохідному каналі 24 передбачена можливість установки герметизуючого вузла 14, що розміщений з можливістю переміщення на каротажному кабелі 16 або дроті вище наконечника 26 для приєднання приладу для виміру тиску чи іншого 17 (далі, приладу), і функціональних вставок: блокувальної 18 з наскрізним прохідним каналом, депресійної 19 з автономним приладом, наприклад, глибинним манометром (непоказаний), що встановлюється на місце 20 (фіг. 4) і вставки для запису кривих відновлення пластового тиску (далі, КВТ) в підпакерному просторі свердловини разом із пробовідбірником і автономним приладом (не показано), що має датчики тиску, температури, дебіту та пластового флюїду. Вихід 27 струминного насоса 23 підключений до внутрішньої порожнини колони НКТ 1 вище герметизуючого вузла 14, активне сопло 8 струминного насоса 23 через канал підведення активного середовища 5 підключено до затрубного простору свердловини (колони НКТ 1), а канал 7 для підведення відкачуваного зі свердловини середовища підключений до внутрішньої порожнини колони НКТ 1 нижче герметизирующего вузла 14. В струминний насос можливо встановлювати функціональні вставки 18, 19. Активне сопло 8 виконане у вигляді кільцевого сопла 12 з центральним тілом 13. Як відомо, що ефективність технології з використанням струминного насосу насамперед залежить від гірничогеологічних умов, величини тиску, числа циклів депресій - репресій та як буде далі розглянуто від активного сопла. Відомі сопла струминних насосів мають наступний недолік - вони досить чуттєві до змін протитиску. У початковий момент при запуску струминного насоса тиск (Рп.к,(Па)) у прийомній камері (канал 7 для підведення відкачуваного зі свердловини середовища) ежектора 6 дорівнює гідростатичному тискові на глибині установки (фахівцеві відомо, що тут протитиск (Рпротитиск, (Па)) мінімальний), а на заключному етапі роботи в привибійній підпакерній зоні можливе утворення вакууму (протитиск максимальний (Рпротитиск, (Па)). При виході струменю із сопла його форма змінюється так як змінюється навколишній тиск. При високих протитисках навколишнього середовища струмінь, що виходить із сопла розходиться під таким широким кутом, що її зовнішній граничний шар виходить за границю вхідного перетину камери змішування, у результаті відбувається «запирання» (надмірне розширення струменя, що виходить із сопла), при якому подальша відкачка струминним насосом неможлива. 53906 6 Струмінь води при розрахунковому протитиску входить у камерузмішування 9, зберігаючи свою первісну циліндричну форму. На відстані приблизно від початку камери змішування 9 виявляється заповненою робочою рідиною, причому біля стінок спостерігаються зворотні струми (потоки). Робоча рідина, що рухається в зворотному напрямку, знову захоплюється струменем. Зворотний рух обумовлений підвищенням тиску по довжині камери змішування 9. Тиск на початку камери змішування 9 звичайно близький до тиску в приймальній камері 7 ежектора 6. При низьких протитисках (Рпротитиск, (Па)) підвищення тиску у камері змішування 9 невелике, в основному підвищення тиску відбувається в дифузорі 10. При збільшенні протитиску градієнт тиску в камері змішування 9 зростає, а в дифузорі 10 зменшується. Тиск у камері змішування 9 підвищується на порівняно короткій її ділянці (стрибкоподібно). При збільшенні протитиску стрибок тиску переміщується проти потоку і при визначеному тиску досягає початку камери змішування 9. При цьому припиняється підсмоктування рідини. При зменшенні протитиску, а також при збільшенні тиску активного середовища (робочої рідини) перед соплом 8, зона підвищення тиску може переміщатися вниз за течією, досягаючи дифузора 10 і навіть проникати за його бокові торці (грані). Експериментально було встановлено, що максимальна ефективність КПД (μ(U)) ежектора 6 досягається, коли зона підвищення тиску знаходиться у вихідному перетині камери змішування 9. У тих випадках, коли стрибок тиску знаходиться в дифузорі 10, розрахункове значення відношення dк.з./Da збільшується. Шляхом зміни величини відношення dк.з./Da здійснюється управління перебуванням області змішування потоків у камері змішування 9 при зміні протитиску. Сопло 8 в струминному насосі призначено для перетворення потенційної енергії рідини (робочої рідини) в кінетичну енергію струменя, що минає із сопла. У соплі 8 виникають гідродинамічні втрати, зв'язані з нерівномірністю розподілу поля швидкості по величині і напрямкові на зрізі сопла. Розглядаючи характеристики ідеального струминного насоса, маємо на увазі одномірну течію з однаковою швидкістю по всьому зрізі сопла. Насправді течія у соплах просторово близька до його різновиду - осесиметричного потоку. У цьому випадку в залежності від різних причин на зрізі сопла розподіл швидкості по величині і напрямкові може значно відрізнятися від ідеального випадку. Так у конічному соплі з деякою наближеністю можна вважати радіальним, що характеризується прямолінійними поверхнями - лініями струму, що виходять із сопла. У цьому випадку параметри потоку швидкість, тиск, щільність, температура - зберігають рівні значення на сферичних поверхнях. Зрозуміло, що нерівномірність у розподілі швидкості на зрізі сопла викликають втрати імпульсу J, Дж. У технічному рішенні, що заявляється, сопло 8 (фіг. 6) має кільцевий корпус 12 з застопореним 7 (наприклад, шайбою з радіальними упорами) в його центральній частині спеціально профільованим тілом 13, наприклад, конічним, край якого виходить за торець кільцевого корпуса 12, таким чином, що при проходженні робочого середовища у сопло утворюються ділянка розрідження, а потім ділянка стиснення). Сопло 8 має щілинну форму критичного перетину. Контур цього сопла можна уявити собі як отриманий шляхом обертання контуру звичайного сопла (наприклад, Лаваля) з віссю Х-Х навколо центральної осі І-І. Усередині сопла розташовується тіло обертання, центральне тіло 13 (фіг. 7). Площина критичного перетину розташована під деяким кутом до центральної осі сопла 8 (вектор швидкості в критичному перетині спрямований до осі сопла). Роботу кільцевого сопла на розрахунковому (експериментальному) режимі проілюстровано на фіг. 9. На розрахунковому режимі роботи сопла 8 потік, як у звичайному соплі, минає (проходить) паралельно осі сопла, а виходячи з крапки В тече паралельно осі і має тиск, рівний тискові навколишнього середовища при цьому діаметр струменя дорівнює Da. Припустимо тепер, що тиск у середовищі підвищився (або упав). У крайки обичайки виникає косий стрибок ущільнення, що відновлює тиск у потоці до тиску навколишнього середовища. У результаті не відбудеться значного перерозподілу потоку, що падає на стінку центрального тіла 13 стрибок ущільнення викликає обрив прикордонного шару. Перерозподіл потоку на центральному тілі 12 і виникненню великої ділянки з негативною тягою перешкоджає також градієнт тиску на увігнутій поверхні центрального тіла 12, коли діаметр центрального тіла 12 стає малим. У цьому випадку формується кільцевий струмінь меншого діаметру: із зовнішнім діаметром Da і внутрішнім D. У результаті з'являється можливість регулювання діаметра струменя в залежності від протитиску та створюється струмінь, що витікає паралельно осі сопла 8. На фіг. 8 показане якісне протікання імпульсної характеристики звичайного і кільцевого сопла у залежності від не розрахункового витікання. При відношенні тисків (Рп.к./Рпротитиск)>1 кільцеве сопло має таку ж імпульсну характеристику, що і звичайні сопла; однак при (Рп.к./Рпротитиск