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, дифузор та канал підведення відкачуваного із свердловини середовища, причому канал підведення активного середовища розташований вище посадочного місця, в якому встановлюється герметизуючий вузол з отвором вздовж осі, в якому розміщений з можливістю переміщення каротажний кабель чи дріт, кінець якого має наконечник, до якого під'єднаний випромінювач та приймач-перетворювач фізичних полів або вставки, наприклад блокувальна з прохі U 2 (19) 1 3 лінійними розмірами, що зменшує можливості використання 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, що поступово розширюються та заглибини (канавки), що у вихідному зрізі сопла мають форму пелюстка чи фігурну рівносторонню 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 у стиснутих умовах. Найближчим до заявляємого технічного рішення відноситься свердловинна струминна установка (RU 2190779), що містить змонтований на колоні насосно-компресорних труб (НКТ) знизу-вверх (хвостовик з вхідною воронкою), пакер, струминний насос, корпус якого має прохідний канал з посадочним місцем, канал підведення активного середовища до активного сопла, (приймальну камеру) камеру змішування, дифузор та канал підведення відкачуваного із свердловини середовища. Причому канал підведення активного середовища розташований вище посадочного місця в якому встановлюються герметизуючий вузол з отвором вздовж вісі, в якому розміщений з можливістю переміщатись каротажний кабель чи дріт. Кінець кабеля чи дроту має наконечник до якого під'єднаний випромінювач та приймачперетворювач фізичних полів або вставки, наприклад блокувальної зі прохідним (наскрізним) каналом, депресійної з автономним приладом та вставки для запису кривих відновлення тиску в підпакерному просторі свердловини разом з пробовідбірником та автономним пристроєм, що має датчики тиску, температури, дебіту та пластового флюїду. Описане вище технічне рішення, як і зазначені раніше має ті ж недоліки, як і раніш описані у інших аналогах. Крім того, раніш згадана струминна установка не може бути використана при експлуатації нафтових і газових свердловин, для очищення і ліквідації утворених в них гідратних і парафінових відкладень, та пробок. Перед корисною моделлю поставлена задача: створити свердловину струмину установку в якій шляхом вдосконалення струминного насосу, внаслідок останній має високий коефіцієнт ежекції та КПД в цілому. Таким чином, щоб в режимі видобутку нафти насос працював безвідмовно і при цьо 53908 4 му мав незначні габарити; використання насосу сприяло підвищенню продуктивності зокрема видобутку. 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 вигляді кільцевого сопла з центральним тілом; Задачею, на рішення якої спрямоване дійсна корисна модель, є підвищення надійності роботи установки, підвищення її продуктивності й обсягу проведених досліджень. Зазначена задача вирішується згідно з формули корисної моделі удосконаленням сопла струминного насосу. 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 - до каналу подачі робочого середовища, який з'єднаний з активним соплом струминного насоса, підключеного до внутрішньої порожнини колони труб вище герметизуючого вузла і канал підведення відкачуваної струминним насосом зі свердловини середовища, підключений до внутрішньої порожнини колони труб нижче герметизуючого вузла. Перелік фігур одного із можливих варіантів виконання корисної моделі, що розкривають його 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 вставкою для запису кривих відновлення тиску в підпакерному просторі свердловини; Фіг.4 - На кресленні представлений поздовжній розріз струминного насосу з депресійною вставкою; Фіг.5 - На кресленні представлений поздовжній розріз струминного насосу з прохідною вставкою (блокувальною вставкою); Фіг.6 - Графік залежності тиску насосного агрегату від коефіцієнта ежекції свердловинного струминного насоса (Ра - тиск струминного насосу при використанні водогазової суміші (аерованої), (Па); Р - тиск струминного насосу при використанні не аерованої суміші, (Па); Фіг.7 - Графіки залежності безрозмірних перепадів тисків струминного насоса (OP(U)); КПД струминного насоса ( (U)) від коефіцієнта ежекції ((U)=dк.з./Da, де Da=4мм - діаметр аерованого струменю, dк.з.=6мм - діаметр камери змішування; Фіг.8 - Графіки залежності безрозмірних перепадів тисків струминного насоса (OP(U)); КПД струминного насоса ( (U)) від коефіцієнта ежекції ((U)=dк.з./Da, де Da=3мм, dк.з.=6мм); 5 Фіг.9 - Місцевий перетин сопла струминного насосу; Фіг.10 - Схема кільцевого сопла з центральним тілом і течій на різних протитисках; Фіг.11 - 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 (Фіг.1), 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 колоні насосно компресорних труб (НКТ) 1 через перехідник НКТ 2 у свердловинні з обсадною колоною 25. Насос містить корпус 3 прохідний канал 24 струминного насосу виконаний паралельно до вісі НКТ 1 з посадочним місцем 4, розташованим нижче вхідного каналу (можна використати, як напірний канал) 5 підведення активного середовища в ежектор 6 (в якості робочої рідини використовують газорідинну суміш, яка створюється аератором). Нижче каналу 5, корпус насоса містить канал для відкачування середовища 7 (всмоктувальний канал), по суті приймальну камеру ежектора 6, яка розділяє канал 5 на два: перший до активного сопла 8, а інший створений камерою змішування 9 та дифузором 10. Раніш зазначене розділення виконане таким чином, що в боковій поверхні ежектора (приймальній камері ежектора) встановлена технологічна заглушка 11. Вхід каналу підведення активного середовища (5) сполучено з внутрішньою порожниною НКТ 1, тоді, як канал для відкачування середовища 7, вихід струминного насосу 27, сполучений з простором навколо НКТ 1. Активне сопло 8 виконане у вигляді кільцевого сопла 12 з центральним тілом 13 (Фіг.10). У посадочному місці 4 установлюють герметизуючий вузол 14 (Фіг.2) з осьовим каналом 15 через який пропускають каротажний кабель 16 (замість каротажного кабелю може бути використаний дріт), який можливо переміщувати у вздовж зазначеного раніш каналу 15. Кінець каротажного кабелю 16 чи дроту має наконечник 27 до якого під'єднується випромінювач та приймач-перетворювач фізичних полів 17 чи вставки, наприклад блокувальної 18 зі прохідним (наскрізним) каналом, депресійної 19 з автономним приладом, наприклад, глибинний манометр (непоказаний), що встановлюється на місце 20 (Фіг.2) та вставки 21 для запису кривих відновлення тиску в підпакерному просторі свердловини разом з пробовідбірником та автономним пристроєм (встановлюється на місце 20 (Фіг.1)), що має датчики тиску, температури, дебіту та пластового флюїду. 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. 53908 6 Відомі сопла струминних насосів мають наступний недолік - вони досить чуттєві до змін протитиску. Для наочності приведемо аналіз відомого конструктивного рішення, при цьому посилання буде на конструктивні елементи заявленого технічного рішення. У початковий момент при запуску струминного насоса 23 тиск (Рп.к.,(Па)) у каналі для відкачування середовища 7 (приймальній камері) 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)). 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 (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 ( (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 dk.3./Da здійснюється управління перебування області змішування потоків у камері змішування 9 при зміні протитиску. 7 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 34 з радіальними упорами 35) 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 8 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.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 13 і виникненню великої ділянки з негативною тягою перешкоджає також градієнт тиску на увігнутій поверхні центрального тіла 13, коли діаметр центрального тіла 13 стає малим. У цьому випадку формується кільцевий струмінь меншого діаметру: із зовнішнім діаметром Da і внутрішнім D. У результаті з'являється можливість регулювання 53908 8 діаметра струменя в залежності від протитиску та створюється струмінь, що витікає паралельно осі сопла 8. На Фіг.8 показане якісне протікання імпульсної характеристики (J, Дж), а - звичайного сопла, b кільцевого сопла у залежності від нерасчетности витікання. Так при відношенні тисків (Рп.к./Рпротитиск)>1 кільцеве сопло має таку ж імпульсну характеристику, що і звичайні сопла; однак при (Рп.к./Рпротитиск)