Вопрос 4.53. Схема работы и принцип действия струйного насоса

В последние десятилетия ведутся активные поиски новых спосо­ бов добычи нефти, особенно в области эксплуатации наклонных сква­ жин. При использовании бесштанговых гидроприводных струйных на­ сосных установок вместо УСШН в скважинах со значительной кри­ визной ствола энергетические затраты существенно снижаются, а меж­ ремонтный период (МРП) скважинного оборудования увеличивается.

- 2 4 3 -

Компактность, высокие монтажеспособность, эффективность и сте­ пень унификации узлов позволяют применять гидроприводные на­ сосные установки при эксплуатации кустовых скважин в труднодос­ тупных районах Сибири и на морских месторождениях.

Изменение условий эксплуатации многих нефтяных месторож­ дений, связанное с увеличением числа объектов разработки в труд­ нодоступных северных районах и на континентальном шельфе, выз­ вало возрождение интереса к струйным насосным установкам.

Струйные насосы являются разновидностью гидроприводных насосов, и они обладают всеми достоинствами этого вида оборудо­ вания.

Благодаря своим конструктивным особенностям струйные аппа­ раты отличаются высокой надежностью и эффективностью, особен­ но в осложненных условиях эксплуатации, например, при добыче пластовой жидкости со значительным содержанием механических примесей и коррозионно-активных веществ из наклонно направлен­ ных скважин.

К преимуществам струйных насосов относят их малые габариты, большую пропускную способность и возможность стабильно отби­ рать пластовую жидкость с высоким содержанием свободного газа. Кроме того, проста конструкция установок, отсутствуют движущие­ ся детали, возможно исполнение струйного насоса в виде свободно­ го, сбрасываемого агрегата.

В струйном насосе или инжекторе (рис. 4.78) поток откачивае­ мой жидкости перемещается от забоя скважины до устья скважины за счет получения энергии от потока рабочей жидкости, подаваемого поверхностным силовым насосом с устья скважины.

Нагнетание скважинной жидкости осуществляется благодаря яв­ лению эжекции в рабочей камере, т.е. смешению скважинной жидко­ сти с рабочим потоком жидкости, обладающим большой энергией, см. рис. 4.78.

Режим работы струйного насоса характеризуется следующими параметрами: рабочий напор Нр затрачиваемый в насосе и равный разности напоров рабочего потока на входе в насос (сечение В-В) и на выходе из него (сечение С-С), полезный напор Я_{7 ;} , создаваемый насосом и равный разности напоров подаваемой жидкости за насо­ сом (сечение С-С) и перед ним (сечение А-А); расход рабочей жид­ кости (2_Г; полезная подача Q^. КПД струйного насоса равен отноше­ нию полезной мощности к затраченной и может достигать величины КПД = 0,2...0,35:

- 2 4 4 -

i

б

Рис. 4.78. Схема струйного насоса (а) и движение жидкостей в нем (б): 1 - подвод откачиваемой жидкости; 2- подвод рабочей жидкости;

3 - входное кольцевое сопло; 4- рабочее сопло; 5- камера смешения; 6 - диффузор;

/ - невозмущенная откачиваемая жидкость; // - пограничный слой; III - невозмущенная рабочая жидкость (ядро)

Такое значение КПД струйных насосов обусловлено большими потерями энергии, сопровождающими рабочий процесс: в камере смешения (на вихреобразование и гидравлическое трение жидкости о стенки камеры); в элементах насоса, подводящих и отводящих жид­ кость (в рабочем и кольцевом сопле и диффузоре).

Струйный насос работает следующим образом. При истечении рабочей жидкости со скоростью V_v из сопла в затопленное простран­ ство сразу за передним срезом сопла на поверхности струи возникает область смешения. Быстрые частицы проникают в окружающий мед­ ленный поток невозмущенной жидкости, подсасываемый через коль­ цевой проход в камеру со скоростью V_o и передают ей энергию. Этот процесс, основанный на интенсивном вихреобразовании, происходит в непрерывно утолщающемся по длине струйном пограничном слое. Вместе с тем внутренняя область рабочей струи, а именно ее ядро и внешняя область невозмущенной подсасываемой жидкости - по­ стоянно уменьшаются и на расстоянии L от рабочего сопла потоки рабочей и откачиваемой жидкости уже полностью перемешаны. На дальнейшем участке камеры смешения происходит только выравни­ вание профиля скоростей потока жидкости. Чаще всего в струйных насосах применяют цилиндрические камеры смешения, технологи­ ческие простые в изготовлении и обеспечивающие относительно вы­ сокий КПД.

- 2 4 5 -

Для преобразования достаточно высокой скорости потока в ка­ мере смешения в давление поток направляется в диффузор.