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, у сопло якого по НКТ подають рідке середовище, камера змішування та дифузор, при цьому ежектор виконаний з можливістю виймання та заміни U 2 53909 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 рівнобоку 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 заявляємого технічного рішення відноситься свердловинна струминна установка (RU 2160364), 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. Перед винаходом поставлена задача: Створити свердловину струмину насосну 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 цьому мав незначні габарити; використання насосу сприяло підвищенню продуктивності зокрема видобутку. Зазначимо, що у винаході, 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 дійсний винахід, є підвищення надійності роботи установки, підвищення її продуктивності й обсягу проведених досліджень. Зазначена задача вирішується згідно з формулою винаходу, де основним моментом є конструкція сопла. 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 ежектором струминного насоса, вставленого в пустотілий корпус з наскрізним осьовим каналом. Перелік фігур одного із можливих варіантів виконання винаходу, що розкривають його суть: 53909 4 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; Фіг.4 - 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.5 - 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.6 - 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); Фіг.7 - Місцевий перетин ежектора струминного насосу; Фіг.8 - Схема кільцевого сопла з центральним тілом і течій на різних протитисках; 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, корпус 3 струминного насосу 23. Корпус 3 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 (не показаний) і підводиться через вхідний канал 5 в ежектор 6. Ежектор 6 має активне сопло 8, камеру змішування 9, дифузор 10 та наконечник 31, до якого прикріплюють зрівняльний клапан з глибинним манометром (не показані). Вихід струминного насосу 23 (вихід ежектора 6) сполучений з простором навколо НКТ (1) через радіальні канали 30, а повздовжніми каналами 33 з внутрішньою порожниною хвостовика 35. Наконечник 31 має внутрішню різь 32, до якої можливо прикріпити глибинний манометр (не показаний) (Фіг.2). Активне сопло 8 виконане у вигляді кільцевого сопла 12 з центральним тілом 13. У корпусі 3 струминного насоса 23 можливо вставити блокувальну вставку 18. Як відомо, що ефективність технології з використанням струминного насосу насамперед залежить від гірничо-геологічних умов, величини тиску, 5 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 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 dк.з./Da здійснюється управління перебування області 53909 6 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 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.8) 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 I-І. Усередині сопла розташовується тіло обертання, центральне тіло 13 (Фіг.8, 9). 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, минає центральне тіло 13, а виходячи з точок А-А перетікає 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 кільцевого корпуса 12 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 7 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.10 показане якісне протікання імпульсної характеристики звичайного і кільцевого сопла у залежності від не розрахунковому витікання. При відношенні тисків (Рп.к./Рпротитиск) > 1 кільцеве сопло має таку ж імпульсну характеристику, що і звичайні сопла; однак при (Рп.к./Рпротитиск)