Использование струйных насосов

В процессах добычи нефти струйные насосы используются достаточно широко, особенно в условиях с повышенным газо­вым фактором и пескованием. За рубежом струйные насосы широко применяются для откачки нефти из скважин. Для это­го на площадке скважины выполняется автономная, достаточ­но сложная система, состоящая из насосов, сепараторов и дру­гой специальной техники. В различных странах разработано много модификаций струйных насосов и программ расчета их режимов и геометрии для оптимальной работы в различных условиях. В России струйные насосы использовались в основ­ном для освоения скважин. Наиболее известными являются струйные насосы УОС-1 и их модификации, разработанные ИФИНГ (г. Ивано-Франковск). Однако конструкция этих и других известных струйных насосов не подходит для совме­щения с работой гидродинамических генераторов колебаний.

Авторами разработаны струйный насос-инжектор и допол­нительные устройства, которые в компоновке с пакерами ме­ханического типа позволяют производить виброволновое воз­действие в условиях депрессии на пласт. За основу была взята классическая геометрия с одним соплом, цилиндрической ка­мерой смешения и коническим диффузором как наиболее от­работанная.

На рис. 7.2.3 представлена схема конструкции инжектора, а на рис. 7.2.4 показан внешний вид компоновки.

Особенность конструкции струйного насоса состоит в том, что обеспечивается возможность совместной работы с гидродинами­ческим генератором колебаний, установленным ни- же пакера в зоне интервала перфорации. Параметры работы струйного насоса 226

2. 3.

4. 5-

Ci

■ 7 8

j

I

I

I

Рис. 7.2.3. Схема струйного насоса:

1 — вставная часть инжектора; 2 — специальная муфта; 3 - обсадная колонна; 4 - щели; 5 -клапан; 6 - НКТ; 7 - диффузор; 8 - камера смешения; 9 — сопло; 10 — седло;

11 - труба соединительная

Рис. 7.2.4. Внешний вид компо­новки струйного насоса с па-кером

устанавливаются таким образом, чтобы его подача обеспечивала откачку пластовой и рабочей жидкостей, а также чтобы понижа­лось давление под пакером.

Приведем оценку технологических параметров осуществ­ления депрессии на забое скважины при совместной работе на одной линии нагнетания гидродинамического генератора ко­лебаний и струйного насоса.

Для обеспечения эффективной работы гидродинамического генератора требуется режимный расход жидкости через него Q_T. Следовательно, для достижения депрессии объем жидко­сти, который должен откачиваться за единицу времени из-под пакерного пространства, должен удовлетворять неравенству:

где б_пл - приток жидкости из пласта.

Если задана подача насосных агрегатов на устье Q_c, то можно определить предельно достижимый коэффициент ин-жекции струйного насоса как:

и= ^Qa , (7.2.1)

исходя из которого определяются оптимальные соотношения площадей камеры смешения f₃ и рабочего сопла f_p\ струйного насоса [150]:

1 -b+ (1э² - Aac)²

(7.2.2)

2a где а = ф₂; b = -[ф₂ + (2 - фз)(1 + и)² - (2ф₂ - ц>?)и²]; с = (2 -

Здесь ф! = 0,95; ф₂ = 0,975; ф₃ = 0,90; ф₄ = 0,925 - эмпириче­ски определенные для цилиндрических камер смешения и со­пел коэффициенты скоростей, которые учитывают потери на трение. Оптимальное соотношение (7.2.2) обеспечивает мак­симальный перепад давления, развиваемый при указанных расходах Q_T и Q_c струйным насосом.

Если_/з//р1 ^к 4, то струйный насос классифицируется как вы­соконапорный и имеет следующее уравнение характеристик:

2ф₇ — + 2ф₇ — и² - (2 - и)²
f f

(7.2.3)

> 4, то струйный насос - низконапорный и его характеристики определяются по упрощенному уравнению, не

учитывающему изменение диаметра струи при выходе из со­пла в камеру смешения:

Ар, Ар_р

2ф₂

(7.2.4)

В выражениях (9.1.3)—(9.1.4) Д/?_к = р_И - Рг - снижение ста­тического давления на входном участке камеры смешения; р₂ = р_р2 - p_S2 - статическое давление во входном участке камеры смешения;

ф²₄

Ар,

V ^р J f

!+■

Ар_р

Ар_с -Л -/>_н; А/?_р -/?_р -р_И;

р_р - давление в рабочей жидкости (перед соплом струйного насоса); p_s - давление в инжектируемой жидкости (на забое); р_с - давление при выходе из диффузора струйного насоса; f_p2 -площадь сечения рабочей струи при входе в камеру смешения;

fs2 =/з ~fp2-

Подставляя полученное по (9.1.2) оптимальное значение /₃//pi в уравнение (7.2.3) или (7.2.4), определяем величину А = Д/?_с/Д/?_р, которая дает достижимый при исходных условиях пе­репад давления, создаваемый струйным насосом Ар_с = р_р - р_И при заданном Ар_р =р_р -p_s.

Поскольку на совместную работу струйного насоса и гене­ратора налагается условие выноса жидкости от выхода струй­ного насоса на устье скважины:

p_c>pgH+Ap",

а давление рабочей жидкости на входе в сопло струйного на­соса определяется как:

p_p = pgH+p_a-Ap*,

то при вычисленном значении А можно определить требуемое давление нагнетания устьевых насосных агрегатов р_а, при ко-

тором будет обеспечено необходимое снижение давления на забой, определяемое выражением:

ОдН+Ар** _А » 1-А
Ра=—-------- — -рдН+Ар'-р,-------------- . (7.2.5)

А А

Здесь pgH - гидростатическое давление столба скважинной жидкости на глубине Н; Ар" = X(32pHQ²_c)/%²(D - - d{f(D - df - потеря давления при движении жидкости от струйного насо­са к устью при общем расходе Q_c; Ар* = = X^pHQ^Iifd⁵ - по­тери давления при движении жидкости от устьевого насосного агрегата к соплу струйного насоса по НКТ; X - коэффициент гидравлического сопротивления; р - плотность жидкости; D -внутренний диаметр эксплуатационной колонны; d, d\ - соот­ветственно внутренний и наружный диаметры НКТ; р_а = дав­ление, развиваемое насосными агрегатами на устье при подаче в НКТ рабочей жидкости с расходом Q_c.

Если требуется снизить давление на забое до нуля, p_s = = О, то

рдН + Ар** _А »

Ра = — — ~ РдН + Ар .

А

Расчет геометрических параметров струйного насоса и ра­циональных режимов нагнетания рабочей жидкости произво­дится по специально созданной авторами компьютерной про­грамме. По допустимому забойному давлению находят тре­буемый расход, давление закачки и необходимые диаметры сопла и камеры смешения.

Схема компоновки пакера со струйным насосом и спец­фильтром показана на рис. 7.2.5.

Струйный насос соединяется с насосно-компрессорными
трубами и совместно с пакером, спецфильтром и генератором
спускается на заданную глубину скважины. Затем производит­
ся посадка пакера. Рабочая жидкость (вода, растворы реаген­
тов или нефть) под давлением подается по НКТ. Через каналы
в спецмуфте и кольцевой зазор между корпусом (из отрезка
НКТ) и внутренней частью инжектора жидкость попадает в
окна делителя. Часть потока через сопло направляется в каме­
ру смешения, взаимодействуя с пассивной жидкостью прием­
ной камеры. Из камеры смешения через конический диффузор
смесь активной и под-

Рис. 7.2.5. Схема компоновки струйного насоса с пакером механического типа и спецфильтром:

1 — пакер типа ПВ-М; 2 — струйный насос; 3 — спецмуфга; 4 — седло насоса; 5 — спецфильтр; 6 — труба соединительная

сасываемой пассивной жидкости выходит в за-трубное пространство скважины через окна спецмуфты и выносится на устье скважины. Другая часть потока делителя через соедини­тельную трубу, проходящую через пакер и спецфильтр, подается на нижний участок НКТ и далее на забой скважины для питания гидроди­намического генератора колебаний. С забоя скважины жидкости, вышедшие из генератора и пласта, вместе поднимаются по межтрубному пространству и пройдя через спецфильтр по за­зору между соединительной трубой и стволом пакера, поступают в приемную камеру струйно­го насоса.

Конструктивно струйный насос выполнен в двух вариантах - вставном типа ИСВ и стацио­нарном типа ИС-3.

Стационарный струйный насос типа ИС-3 за счет усиленных конструкций и уплотнений об­ладает повышенной надежностью и предназна­чен для работы в глубоких скважинах до 5000-6000 м при давлении нагнетания до 50 МПа. Кроме того, в приемной камере насоса имеется обратный клапан, обеспечивающий подачу реа­гентов при их закачке непосредственно через генератор в пласт. Это позволяет при необходи­мости, например на глубоких скважинах, устанавливать струйный насос с пакером на расчетной глубине гораздо выше интервала перфорации для обеспечения энергетически опти­мального режима работы всей компоновки виброволнового оборудования, что повышает эффективность создания депрес­сий и эксплуатационные свойства струйного насоса.

Во вставном варианте струйного насоса типа ИСВ-1 основ­ной узел, содержащий сопло, камеру смешения и диффузор, крепится в седле. Струйный насос спускают в скважину под действием собственного веса, а извлекают ловителем на скребковой проволоке или канате, что при необходимости по­зволяет производить его профилактический осмотр или реви-

зию, а также замену сопла и камеры смешения для корректи­ровки режима работы при существенном изменении притока из пласта или при переходе на другую рабочую жидкость, на­пример с воды на нефть, без спускоподъемных операций.

Оба варианта струйных насосов типа ИС имеют геометри­ческий ряд сменных сопел и камер смешения, что позволяет в соответствии с расчетами по компьютерной программе изме­нять их геометрические параметры. Техническая характери­стика струйных насосов типа ИС представлена в табл. 7.2.1.

В особо сложных условиях проведения работ (большие глубины, низкие пластовые давления, существенный приток пластовой жидкости) используется разработанная авторами конструкция насосной установки [133], у которой в соедини­тельной трубе размещен специальный клапан-реле. При работе струйного насоса, по достижении определенного заданного уровня депрессии в подпакерной зоне скважины, клапан-реле срабатывает и открывает подачу жидкости на гидродинамиче­ский генератор. После повышения давления на забое до давле­ния, близкого или равному пластовому, клапан-реле перекры­вает поток рабочей жидкости на генератор и работает только струйный насос на откачку пластовой жидкости с забоя сква­жины на устье и создание депрессии. Длительность работы генератора определяется разницей давления открывания и за­крывания клапана-реле, а периодичность включения - усло­виями притока жидкости из пласта и темпом его снижения. При закрытом клапане-реле установка обеспечивает работу струйного насоса в оптимальном режиме с коэффициентом инжекции и гидравлическим напором, достаточным для созда­ния требуемой оптимальной депрессии на пласт; при периоди­ческом открывании клапана на забое продуцируются интен­сивные колебания давления, способствующие очистке ПЗП. Поскольку виброволновое воздействие сочетается с периоди­ческой депрессией и отбором пластовой жидкости, то загряз­нения эффективно удаляются из ПЗП, улучшается фильтрация,

Таблица 7.2.1

Показатель	ИС-3	ИСВ-1
Максимальная глубина скважины, м
Максимальное рабочее давление, МПа
Наибольший диаметр, мм
Длина, м	0,6	0,6
Масса, кг		12,5

расширяется профиль притока в скважину. Надежность и вы­сокий ресурс работы струйного насоса и гидродинамического генератора типа ГД2В, которые не имеют движущихся механи­ческих, подверженных износу узлов, обеспечивают длитель­ную бесперебойную работу установки, что устраняет появле­ние застойных зон в пористой среде ПЗП и предотвращает об­разование твердых соле- и парафиногидратных отложений.

Между клапаном-реле и гидродинамическим излучателем может устанавливаться регулятор давления, который обеспе­чивает заданный перепад давления между входом и выходом генератора и оптимальный режим его работы, облегчает на­стройку клапана-реле.

Установка обладает свойством авторегулирования: в случае хорошего состояния ПЗП приток флюида из пласта постоянен, давление на забое при работе струйного насоса не снижается, при этом генератор не включается или же включается редко. По мере загрязнения ПЗП генератор включается тем чаще, чем выше степень загрязнения. Тем самым степень воздействия регулируется самим состоянием ПЗП.

ГЛАВА

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СРЕДСТВА