Вопрос 4.53. Схема работы и принцип действия струйного насоса

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.

-243-

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.

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.

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

В струйном насосе или инжекторе (рис. 4.78) 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.

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

Режим работы струйного насоса характеризуется следующими параметрами: рабочий напор Н_р 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 Н_П, 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:

-244-

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; б - диффузор;

I — невозмущенная откачиваемая жидкость; II - 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 жид­кость (в рабочем и кольцевом сопле и диффузоре).

Струйный насос работает следующим образом. При истечении рабочей жидкости со скоростью У₍, 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 коль­-
цевой проход в камеру со скоростью У_о 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 Ь 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.

-245-

Для преобразования достаточно высокой скорости потока в 1 мере смешения в давление поток направляется в диффузор.

Вопрос 4.54. Скважинный струйный насос

Струйный насос имеет два основных элемента: сопло и диффузор, состоящий иногда из нескольких деталей (см. рис 4.79).

К соплу подается рабочая жидкость под большим давлением. Она выходит из сопла в камеру смешения со значительной кинетической энергией. Откачивамая жидкость поступает в ту же камер и увлекается струей рабочей жидкости в горловину диффузора. В смесительной камере и начале горловины диффузор потоки жидкости смешиваются, и кинетическая энергия рабочей жидкости частично передается откачиваемой. Далее в диффузоре кинетическая энергия преобразуется в потенциальную, и смесь вы ходит из насоса с определенным давлением. Все эти процессы сопровождаются большой потерей энергии и поэтом; КПД насоса невелик.

Такие насосы широко и давно используются в промышленности и сельское 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. 4.79). 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 ста-

-246-

ли с высокой твердостью или из керамики, поскольку в этой части насоса жидкость с песком идет с большой скоростью (порядка 80... 120 м/сек).

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 (ме­сто соединения показано на рис. 4.79). 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 кратковремен­номпрекращении 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.

Вопросы для самоконтроля

1. Конструкция и обозначения обсадных труб.

2. Материалы для изготовления обсадных труб, группы прочности.

3. Конструкция колонных головок.

4. Принцип подвески обсадных колонн в колонной обвязке.

5. Назначение и параметры фонтанных арматур.

6. Как производится подвеска НКТ в трубной головке?^;

7. Классификация фонтанных арматур. Схемы.

8. Тройниковая фонтанная арматура, ее особенности.

9. Крестовиковая фонтанная арматура, ее особенности.

-247-

10. Конструкция шиберных прямоточных задвижек.

11. Конструкция плашечных прямоточных задвижек.

12. Преимущества и недостатки клиновой задвижки.

13. Преимущества и недостатки пробкового крана.

14. Регуляторы дебита фонтанных арматур.

15. Как испытывается фонтанная арматура?

16. Назначение и конструкции манифольдов фонтанных арматур.

17. Принцип действия газлифта.

18. Конструкция и принцип действия пусковых газлифтных кла­панов.

19. Схема расположения оборудования ШСНУ, назначение узлов.

20. Конструкция невставных скважинных насосов.

21. Конструкция вставных скважинных насосов.

22. Где в насосе расположен узел нагнетательного клапана?

23. Назначение и виды плунжеров.

24. От чего зависит зазор между плунжером и цилиндром?

25. Как обрабатывается рабочая поверхность плунжера и цилин­дра?

26. Режим работы скважинного насоса, динамограмма, деформа­ция штанг.

27. Подача скважинных штанговых насосов, коэффициент по­дачи.

28. Условия работы штанг, причины обрыва.

29. Конструкция НКТ.

30. Принцип расчета НКТ.

31. Кинематическая схема станка — качалки, назначение узлов.

32. Нагрузки в точке подвеса штанг.

33. Что такое кинематическое совершенство станка - качалки?

34. Назначение и сущность грузового уравновешивания.

35. От чего зависит мощность двигателя станка - качалки?

36. КПД штанговой насосной установки.

37. Типы и конструкции редукторов станков - качалок.

38. Конструкции балансирных станков - качалок.

39. Как проверить правильность уравновешивания станка - ка­чалки?

40. Как смазывать шарнирные подшипниковые узлы?

41. Натяжение ремней клиноременной передачи.

42. Регулирование параметров работы станка - качалки.

43. Конструкция канатной подвески.

44. Назначение и конструкция устьевого оборудования.

45. Сравнительная характеристика УЭЦН и ШСНУ.

46. Схема УЭЦН, назначение узлов.

47. От чего зависит подача и напор УЭЦН?

-248-

48. Назначение текстолитовых шайб в рабочих колесах насоса.

49. В чем особенность модульных насосов?

50. Назначение и принцип работы гидрозащиты электродвигателя.

51. Как проверяется герметичность муфты кабельного ввода?

52. Какое значение должна иметь изоляция кабеля?

53. Назначение и принцип работы обратного и спускного кла­панов.

54. Область применения электровинтовых насосных установок.

55. По какому принципу соединены винтовые пары ЭВН?

56. Сравнение открытой и закрытой систем гидропоршневых на­сосных установок.

57. Как осуществляется привод гидропоршневого насоса?

58. Какова компоновка электродиафрагменного насоса?

59. Принцип действия струйного насоса.

60. Область применения струйных насосов

-249-

Тема 5
ОБОРУДОВАНИЕ И ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ
РЕМОНТА СКВАЖИН