Применение установок струйных насосов впервые было начато на нефтяных месторождениях США в 40-х годах. К 1975 г. в скважинах уже работало около 200 струйных насосов с глубиной спуска в диапазоне от 580 до 2900 м и добычей жидкости от 33 до 160 м 3 /сут. В настоящее время фирмы США применяют струйные насосы при опробовании пластов и освоении скважин, при добыче нефти с высоким газовым фактором и механическими примесями, при эксплуатации горизонтальных скважин и добыче на морских месторождениях и для очистки скважин от песчаных пробок . струйный насос скважинный установка
Применение струйных насосов в нефтяной промышленности СССР началось в 1958 г. в Азербайджане. В основном эти насосы использовались для промывки скважин от песчаных пробок. Был создан передвижной комплекс наземного и погружного оборудования, основными элементами которого были струйный насос с гидромониторной насадкой и двухрядный лифт.
Струйные насосы нашли широкое применение в самых различных отраслях народного хозяйства, что связано с простотой их конструкции, отсутствием движущихся частей, высокой надежностью и возможностью работать в очень сложных условиях: при высоком содержании в жидкостях механических примесей, в условиях повышенных температур, агрессивности инжектируемой продукции и т.д.
1. Схема работы и принцип действия струйно-насосной установки
Струйно-насосная установка представляет собой насосную систему механизированной добычи нефти, состоящую из устьевого наземного и погружного оборудования. Наземное оборудование включает сепаратор, силовой насос, устьевую арматуру, КИП; погружное оборудование — струйный насос с посадочным узлом (рис. 1).
Рис. 1. Струйно_насосная установка:1 — струйный насос; 2 — ловитель; 3 — силовой насос; 4 _ сепаратор; 5 — продуктивный пласт
Струйный насос (рис. 2) приводится в действие под влиянием напора рабочей жидкости (лучше нефти или воды), нагнетаемой в НКТ 1 , соединенные с соплом 2 . При прохождении узкого сечения сопла струя перед диффузором 4 приобретает большую скорость и поэтому в каналах 3 снижается давление. Эти каналы соединены через полость насоса 5 с подпакерным пространством 6 и пластом, откуда пластовая жидкость всасывается в насос и смешивается в камере смешения с рабочей. Смесь жидкостей далее движется по кольцевому пространству насоса и поднимается на поверхность по межтрубному пространству (насос спускают на двух концентрических рядах труб) под давлением нагнетаемой в НКТ рабочей жидкости. Насос может откачивать высоковязкие жидкости и эксплуатироваться в сложнейших условиях (высокие температуры пластовой жидкости, содержание значительного количества свободного газа и песка в продукции и т.д.).
Насосы, применяемые в нефтедобыче
... насосы, например, гидропоршневые, струйные, которые используют энергию потока рабочей жидкости, подготовленной на поверхности и подаваемой в скважину по трубопроводу (НКТ). Область применения ... насосов в модульном исполнении типов УЭЦНМ и УЭЦНМК предназначены для откачки продукции нефтяных скважин, ... На приеме скважинного насоса устанавливается защитное приспособление в виде газового или песочного ...
Рис. 2. Схема струйного насоса:1 — насосно-компрессорные трубы; 2 — сопло; 3 _ каналы; 4 _ диффузор; 5 — входная часть насоса; 6 _ подпакерное пространство
По данным НИПИ Гипроморнефтегаз срок службы струйного насоса в абразивной среде не менее 8 мес., теоретический отбор жидкости до 4000 м 3 /сут. максимальная глубина спуска — 5000 м, масса погружного насоса 10 кг.
В 1971 г. Крецом В.Г. были обоснованы и предложены схемы струйных установок для целей испытания, освоения и эксплуатации нефтяных скважин (НИИ ВН при ТПУ).
Тогда внедрены были струйные установки для откачки питьевой воды из скважин (разработанные под руководством В.С. Арбит и С.Я. Рябчикова).
2. Особенности струйных насосов. Режим работы
Струйные насосы являются разновидностью гидроприводных насосов, и они обладают всеми достоинствами этого вида оборудования.
Благодаря своим конструктивным особенностям струйные аппараты отличаются высокой надежностью и эффективностью, особенно в осложненных условиях эксплуатации, например, при добыче пластовой жидкости со значительным содержанием механических примесей и коррозионно-активных веществ из наклонно направленных скважин. Струйные насосы отличаются отсутствием подвижных частей, компактностью, высокой прочностью, устойчивостью к коррозии и абразивному износу, дешевизной. КПД струйной установки приближается к КПД других гидравлических насосных систем. Рабочие характеристики струйного насоса близки к характеристикам электропогружного насоса.
В струйном насосе (рис. 3) поток откачиваемой жидкости перемещается от забоя скважины до устья скважины за счет получения энергии от потока рабочей жидкости, подаваемого поверхностным силовым насосом с устья скважины.
Рис. 3 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; I — невозмущенная откачиваемая жидкость; II — пограничный слой; III — невозмущенная рабочая жидкость (ядро)
Нагнетание скважинной жидкости осуществляется благодаря явлению эжекции в рабочей камере, т.е. смешению скважинной жидкости с рабочим потоком жидкости, обладающим большой энергией (см. рис. 3).
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 НП, создаваемый насосом и равный разности напоров подаваемой жидкости за насосом (сечение С-С) и перед ним (сечение А-А); расход рабочей жидкости Q1; полезная подача Q0. КПД струйного насоса равен отношению полезной мощности к затраченной и может достигать величины КПД = 0,2…0,35:
Насосы в промышленном производстве
... насосы используются перекачки вязких жидкостей. В этих насосах одно преобразование энергии - энергия двигателя непосредственно преобразуется в энергию жидкости (механическая => кинетическая + потенциальная). Это высоконапорные насосы, они чувствительны к загрязнению перекачиваемой жидкости. Рабочий процесс в ...
- 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 жидкость (в рабочем и кольцевом сопле и диффузоре).
Струйный насос работает следующим образом. При истечении рабочей жидкости со скоростью V1, из сопла в затопленное пространство сразу за передним срезом сопла на поверхности струи возникает область смешения. Быстрые частицы проникают в окружающий медленный поток невозмущенной жидкости, подсасываемый через кольцевой проход в камеру со скоростью Vо 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 — постоянно уменьшаются и на расстоянии L от рабочего сопла потоки рабочей и откачиваемой жидкости уже полностью перемешаны. На дальнейшем участке камеры смешения происходит только выравнивание профиля скоростей потока жидкости. Чаще всего в струйных насосах применяют цилиндрические камеры смешения, технологические простые в изготовлении и обеспечивающие относительно высокий КПД.
Для преобразования достаточно высокой скорости потока в камере смешения в давление поток направляется в диффузор.
3. Технические характеристики и принцип работы скважинного струйного насоса
Струйный насос имеет два основных элемента: сопло и диффузор, состоящий иногда из нескольких деталей.
Рис. 4. Струйный насос
К соплу подается рабочая жидкость под большим давлением. Она выходит из сопла в камеру смешения со значительной кинетической энергией. Откачиваемая жидкость поступает в ту же камеру и увлекается струей рабочей жидкости в горловину диффузора. В смесительной камере и начале горловины диффузора потоки жидкости смешиваются, и кинетическая энергия рабочей жидкости частично передается откачиваемой. Далее в диффузоре кинетическая энергия преобразуется в потенциальную, и смесь выходит из насоса с определенным давлением. Все эти процессы сопровождаются большой потерей энергии и поэтому КПД насоса невелик.
Такие насосы широко и давно используются в промышленности и сельском хозяйстве, в частности, для отбора воды из неглубоких колодцев, скважин, котлованов и для других подобных нужд.
В качестве рабочего агента используется пластовая вода с ППД. Давление рабочего агента 9…17 МПа, глубина спуска оборудования 600…2200 м, отбор инжектируемой жидкости до 160 м3/сут, расход рабочего агента 100 м3/сут.
Эти насосы не имеют движущихся и трущихся частей, поэтому при небольших напорах они достаточно долговечны, даже при содержании в откачиваемой жидкости механических примесей, песка.
Для очистки скважин от песчаных пробок был разработан глубинный аппарат (рис. 4).
Он состоит из сопла 5 и диффузора 2, 3, 4, включающих износостойкую горловину 4, и начало раструба диффузора 3. Последние две детали выполняются из износоустойчивой стали с высокой твердостью или из керамики, поскольку в этой части насоса жидкость с песком идет с большой скоростью (порядка 80…120 м/сек).
Рабочее оборудование
... на рукоятку распределителя, управляющую гидроцилиндром. Крюк фиксируют в рабочем положении захватами 6. Во время работы трактора на транспортных работах груженый полуприцеп через крюк ... и гидроцилиндры 6. Бак соединен металлическим трубопроводом со всасывающей камерой насоса. Нагнетательная камера насоса трубопроводом сообщается с распределителем. Рукоятка 5 золотника расположена в кабине. ...
Глубинный аппарат спускается в скважину на специальных сдвоенных (концентричных) трубах. Внешний ряд труб соединяется с насосом и между собой резьбой. Внутренний ряд имеет уплотнение — резиновое кольцо, входящее в посадочное место, нижней детали. По кольцевому пространству труб к глубинному насосу подается рабочая жидкость. Она проходит фильтр 1 и по каналам детали 6 подходит к соплу 5. Жидкость, откачиваемая из скважины, проходит через фильтр 8 и обратный клапан 7 к смесительной камере, находящейся между соплом 5 и горловиной диффузора 4. При спуске аппарата до песчаной пробки он упирается в нее пятой 14. Если пробка не плотная, аппарат погружается в нее и начинает отбирать песчаную пульпу, поднимая ее на поверхность. Если пробка плотная, то при спуске аппарата пята поднимает шток 12 и шар клапана 10. Тогда рабочая жидкость проходит по каналам, деталей 9 и 11 к трем соплам 13. Жидкость, выходя из них, с большой скоростью размывает плотную песчаную пробку. Во время размыва пробки при снижении подачи струйного насоса или кратковременном прекращении отбора жидкости из скважины клапан 7 предотвращает уход рабочей жидкости через сопло в скважину или жидкости из труб через диффузор.
При чистке скважины от песчаной пробки струйный аппарат и сдвоенные трубы подвешивают на крюке в скважине . При помощи специального вертлюга к трубам подводится рабочая жидкость и отводится откачиваемая пульпа. Промывочный агрегат подает рабочую жидкость по трубам, а затем по шлангу высокого давления к вертлюгу. На этом трубопроводе смонтирован перепускной кран для регулировки режима работы струйного насоса.
Отводимая часть рабочей жидкости по шлангу подается в скважину или в какую-либо емкость. По мере чистки пробки и спуска труб подъемником их наращивают, используя сдвоенные трубы, подвезенные на лафете.
4. Достоинства и недостатки установок струйных насосов
Установки струйных насосов обладают рядом существенных преимуществ по сравнению с другими способами эксплуатации:
- простота и компактность скважинного оборудования;
- малые габариты;
- не имеют подвижных деталей, могут работать в горизонтальных и сильно искривленных скважинах;
- большая пропускная способность, что позволяют откачивать жидкость с большим содержанием механических примесей и свободного газа;
- высокая надежность скважинного оборудования, большой межремонтный период работы;
- простота регулирования отбора продукции скважины;
- замена насоса без подземного ремонта;
- подача в скважину необходимых реагентов и тепловой энергии с рабочей жидкостью;
- доступ на забой без подъема скважинного оборудования;
- Есть и отрицательные стороны при применении струйных насосов, это высокая цена оборудования (в 2,2 раза дороже, чем ШСНУ, и в 1,5, чем УЭЦН, при прочих равных условиях);
- необходимость привлечения для обслуживания персонала высокой квалификации.
Также главным недостатком струйных насосов является их довольно низкий КПД, что в условиях постоянного роста стоимости электроэнергии не позволяет говорить о возможности широкого использования этого вида оборудования.
Вспомогательное оборудование ТЭС. Насосы и вентиляторы
... Исходя из этого, полезную мощность потока жидкости, выходящей из насоса, можно представить следующим образом Вт, (11) ... по условиям эксплуатации; максимальную подачу Qмакс - максимально допустимую подачу нагнетателя по условиям эксплуатации. Подачу нагнетателя ... ТЭС. Характеристики нагнетателей центробежный нагреватель тепловой насос Цель лекции: дать общие представления о нагнетателях - насосах ...
Заключение
В последние десятилетия ведутся активные поиски новых способов добычи нефти, особенно в области эксплуатации наклонных скважин . При использовании бесштанговых гидроприводных струйных насосных установок вместо УСШН в скважинах со значительной кривизной ствола энергетические затраты существенно снижаются, а межремонтный период (МРП) скважинного оборудования увеличивается. Компактность, высокие монтажеспособность, эффективность и степень унификации узлов позволяют применять гидроприводные насосные установки при эксплуатации кустовых скважин в труднодоступных районах Сибири и на морских месторождениях.
Изменение условий эксплуатации многих нефтяных месторождений, связанное с увеличением числа объектов разработки в труднодоступных северных районах и на континентальном шельфе, вызвало возрождение интереса к струйным насосным установкам. Установки струйных насосов хорошо зарекомендовали себя при эксплуатации отдаленных месторождений, где отсутствуют дороги, линии электропередач и возможности осуществления бескомпрессорного газлифта. Перспективным может быть и применение струйных насосов при освоении и пробной эксплуатации скважин. Таким образом, имеется довольно большой фонд скважин, где струйные насосы имеют значительные преимущества перед другими видами оборудования. Это, в первую очередь, скважины, где невозможно постоянно использовать агрегаты подземного ремонта (болота, поймы рек, морской шельф), горизонтальные скважины, а также скважины с боковыми дополнительными стволами малого диаметра.
Список литературы
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/struynyie-nasosyi-dlya-dobyichi-nefti/
1. Бухаленко Е.И. Нефтепромышленное оборудование: — М.: Недра, 1990. — С.200
2. Вирнавский А.С. Вопросы эксплуатации нефтяных скважин: — М.: Недра, 1997. — С.248
3. Марков А.А. Справочник по добыче нефти и газа: — М.: Недра, 1989. — С.119
4. Махмудов С.А. Монтаж, эксплуатация и ремонт скважных насосных установок: — М.: Недра, 1987. — С.126
5.Мищенко И.Т. , Гумерский Х.Х., Марьенко В.П. Струйные насосы для добычи нефти: — М.: Нефть и газ, 1996. — С.75
