Струйные насосы для добычи нефти

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Схема работы и принцип действия струйно-насосной установки

2. Особенности струйных насосов. Режим работы

3. Технические характеристики и принцип работы скважинного струйного насоса

4. Достоинства и недостатки установок струйных насосов

Заключение

Список литературы

Введение

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 м³/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 4приобретает 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.).

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 м³/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:

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).

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.

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

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

Размещено на Allbest.ru