Свердловинна струминна насосна установка

1. Свердловинна струминна насосна установка, що містить змонтований на колоні насоснокомпресорних труб (НКТ) знизу-вверх хвостовик з вхідною лійкою, пакер, корпус з наскрізним осьовим каналом, радіальними та поздовжніми каналами, наконечником, до якого можливо прикріпити депресивну вставку з автономним приладом та посадочним місцем для встановлення депресивної вставки, причому у корпус встановлено ежектор з соплом, камерою змішування та дифузором таким чином, що подачу робочого середовища (робочої рідини) з затрубного простору здійснюють через радіальні канали у сопло ежектора, при цьому U 2 53907 1 3 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 містить змонтований на колоні насосно-компресорних труб (НКТ) знизувверх хвостовик з вхідною воронкою, пакер, пустотілий корпус з наскрізним осьовим радіальними та поздовжніми каналами, наконечником до якого можливо прикріпити зрівняльний клапан з посадочним місцем для поєднання з глибинним манометром. У корпус встановлюють ежектор, що має сопло, камеру змішування та дифузор та який виконаний з можливістю виймання та заміни на блокувальну вставку. Описане вище технічне рішення, як і зазначені раніше має ті ж недоліки 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 і за рахунок цього підвищення надійності роботи свердловинної струминної установки. Зазначимо, що у корисній моделі, що заявляється для зменшення тиску нагнітання і підвищення КПД струминного насоса використовують: - як робочу рідину переважно газорідинну суміш, створювану аератором; - сопло струминного насоса виконано у виді кільцевого сопла з центральним тілом; Зазначена задача вирішується згідно з формулою корисною моделлю. 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. 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 вставного струминного насосу; Фіг.3 - На кресленні представлений поздовжній розріз струминного насосу з блокувальною вставкою; 53907 4 Фіг.4 - 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.5- Графіки залежності безрозмірних перепадів тисків струминного насоса (OP(U)); КПД струминного насоса ( (U)) від коефіцієнта ежекції ((U) dк.з . / Da , де Da 4 мм - діаметр аерованого струменю , dк.з. 6 мм - діаметр камери змішування; Фіг.6 - Графіки залежності безрозмірних перепадів тисків струминного насоса (OP(U)); КПД струминного насоса ( (U)) від коефіцієнта ежекції ((U) dк.з . / Da , де Da 3 мм, dк.з. 6 мм); Фіг.7 - Місцевий перетин ежектора струминного насосу; Фіг.8 - Схема кільцевого сопла з центральним тілом і течій на різних протитисках; Фіг.9 - Графік зміни втрат імпульсу J, (Дж) при різних значеннях відношень (Pп.к. /Pпротитиск ) де Pп.к. - тиск в приймальній камері ежектора, (Па), Pпротитиск - 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 (непоказано), пакер 22, корпус 3 струминного насосу 23. Корпус 3 струминного насосу 23 містить наскрізний осьовий прохідний канал 24, радіальні струминного насосу 23 містить наскрізний осьовий прохідний канал 24, радіальні 30 та повздовжні 33 канали, причому на поверхні осьового каналу 24 розташоване посадочне місце 4 для посадки ежектора 6 (вставної частини струминного насосу) (Фіг.2, 3). Як робоча рідина використовується газорідинна суміш, що створюється аератором і підводиться через вхідний канал (5) в ежектор (6). Ежектор (6) має активне сопло (8), камеру змішування (9) та дифузор (10). Вихід струминного насосу 23 (вихід ежектора 6) сполучений з простором навколо НКТ (1) через наскрізний осьовий канал 24 та повздовжні канали 33 за якими закріплений наконечник 31. Наконечник 31 має внутрішню різь 32 до якої можливо прикріпити глибинний манометр (непоказаний) (Фіг.2). Активне сопло (8) виконане у вигляді кільцевого сопла (12) з центральним тілом (13). У корпусі 3 можливо вставити блокувальну вставку 18 . 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. Для наочності приведемо аналіз відомого конструктивного рішення, при цьому посилання 5 буде на конструктивні елементи заявленого технічного рішення. У початковий момент при запуску струминного насоса 23 тиск ( Pп.к. ,(Па)) у каналі для відкачування середовища 7 (приймальній камері) ежектора 6 дорівнює гідростатичному тискові на глибині установки (фахівцеві відомо, що тут протитиск ( Pпротитиск , (Па)) мінімальний), а на заключному етапі роботи в привибійній підпакерній зоні можливе утворення вакууму (протитиск максимальний ( Pпротитиск , (Па)). Тому при виході струменю із сопла 8 його форма змінюється так як змінюється навколишній тиск. При високих протитисках навколишнього середовища струмінь, що виходить із сопла 8 розходиться під таким широким кутом, що його зовнішній граничний шар виходить за границю вхідного перетину камери змішування 9, у результаті відбувається «запирання» (надмірне розширення струменя, що виходить із сопла 8), при якому подальша відкачка струминним насосом неможлива. Струмінь води при розрахунковому протитиску входить у камеру змішування 9, зберігаючи свою первісну циліндричну форму. На відстані приблизно 2-4 діаметрів від початку камери змішування 9 виявляється заповненим водоповітряною емульсією (піною), причому біля стінок спостерігаються зворотні струми (потоки). Емульсія, 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 каналі для відкачування середовища 7 (приймальній камері) ежектора 6. При низьких протитисках ( Pпротитиск , (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 ( (U)) ежектора 6 досягається, коли зона підвищення тиску знаходиться у вихідному перетині камери змішування 9 (див. Фіг.7,8). 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 перебування області змішування потоків у камері змішування 9 при зміні протитиску. 53907 6 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 8. 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 (наприклад, шайбою з радіальними упорами) в його центральній частині спеціально спрофільованим 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 (експереминтальному) режимі проілюстровано на Фіг.8. 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 7 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 нерасчетности витікання. При відношенні тисків (Pп.к. /Pпротитиск ) 1 кільцеве сопло має таку ж імпульсну характеристику, що і звичайні сопла; однак при (Pп.к. /Pпротитиск ) 1 мають значну перевагу, унаслідок менших втрат імпульсу. З раніш зазначеного зрозуміло, що для того, щоб поліпшити характеристики звичайного сопла його необхідно регулювати, змінюючи співвідношення площ критичного і вихідного перетинів. Приведемо приклади реалізації заявленої свердловинної насосної установки: Спосіб роботи свердловинної струминної установки при гідророзриві шару полягає в тому, що монтують знизу нагору (хвостовик), пакер 22 і корпус 3 струминного насосу 23 з наконечником 31 та наприклад голубиним манометром (непоказаний). Спускають в порожнину НКТ 1 ежекторний насос 6 з депресивною вставкою (непоказана), яка закріплюється на різі 32 наконечника 31. Депресивна вставка містить клапан (непоказаний) і служить для вирівнювання тиску під та над зазначеним раніш клапаном та забезпечує можливість виймання ежектора 6 (вставної частини) з корпусу 3 струминного насосу 23. Проводять роз'єднання затрубного простору пакером 22 з наступним закачуванням насосним 53907 8 агрегатом (непоказаний) у затрубний простір свердловини 25 рідкого середовища через радіальні канали 30 в ежекторний насос 6. При витіканні рідини із сопла 8 утворюється зона пониженого тиску, в яку потрапляє відкачувана по поздовжнім каналам 33 із пласта рідина, при цьому ежектуєма рідина, захоплює струменем робочої рідини змішується з потоком відкачуваної із свердловини рідини, потрапляє у камеру змішування 9 та через дифузор 10 - всередину НКТ 1. Через розрахунковий час дренування продуктивного шару різко припиняють подачу рідкого активного середовища, відключаючи насосний агрегат та за допомогою глибинного манометра (непоказаний) проводять запис кривих відновлення тиску в підпакерній зоні. Виймають на поверхню ежектор 6, та установлюють у осевому каналі 24 блокувальну вставку 18 для очистки пласту та гідродинамічного впливу на нього в режимі депресія - репресія. Для підвищення продуктивності свердловини проводять також: кислотну обробку або закачування розчину поверхнево-активних речовин чи проводять гідро розрив або гідродинамічний вплив в режимі депресія - репресія. На основі проведених робіт і отриманих результатів дослідження приходять до висновку про доцільність проведення подальших робіт. Дана корисна модель може бути використане в нафтовидобувній промисловості при освоєнні нафтових свердловин після буріння або при їхньому відновленні. 9 53907 10 11 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 53907 Підписне 12 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601