Струйные насосы для добычи нефти

Одним из новых и перспективных для нефтепромысловой практики видов добывающего оборудования являются уста­новки струйных насосов (УСН). Струйные аппараты нашли широкое применение в самых различных отраслях, что свя­зано с простотой их конструкции, отсутствием движущихся частей, хорошей надежностью и способностью работать в очень сложных условиях: при высоком содержании в откачиваемой жидкости механических примесей и свободного газа, в услови­ях повышенных температур и агрессивности инжектируемой продукции.

В настоящее время разработаны струйные насосные уста­новки с наземным и погружным силовым приводом; при этом струйный насос может быть стационарным или вставным (сбрасываемым). Струйные насосные установки с наземным приводом могут быть двухтрубными и однотрубными, но с использованием пакера. Струйные насосные установки с по-

Рис. 6.23. Принципиальная схема струйного насоса:

1- канал подвода рабочего агента; 2 - активное сопло; 3 - ка­нал подвода инжектируемой жидкости; 4 - камера смешения;

5 - диффузор

гружным силовым приводом, как правило, однотрубные без пакера. Каждая система имеет преимущества, недостатки и свою область рационального применения. Особое место зани­мают струйные насосные установки с погружным приводом, в качестве которого используется УЭЦН. Такие установки по­лучили название тандемных установок: они обладают рядом существенных преимуществ перед любыми другими способами механизированной эксплуатации скважин, выводя технологию эксплуатации скважин на более высокий уровень.

Принципиальная схема струйного насоса представлена на рис. 6.23. Насос состоит из следующих элементов: канала подвода рабочего агента 1, активного сопла 2, канала подвода инжектируемой жидкости 3 (в области сопла этот канал часто называют приемной камерой), камеры смешения 4 и диффузора 5. Принцип работы струйного насоса заключается в следующем: рабочий агент, обладающий значительной потенциальной энер­гией, подводится к активному соплу 2, в котором происходит преобразование части потенциальной энергии в кинетическую. Струя рабочего агента, вытекающая из сопла 2, понижает дав­ление в приемной камере (объем между началом камеры сме­шения и срезом сопла), вследствие чего часть инжектируемой жидкости (продукция скважины) подмешивается к рабочему агенту и поступает в камеру смешения 4. В камере смешения рабочий агент и инжектируемая жидкость перемешиваются, выравниваются их скорости и давления, и смешанный поток поступает в диффузор 5. В диффузоре происходит плавное снижение кинетической энергии смешанного потока и рост его потенциальной энергии. На выходе из диффузора смешанный поток должен обладать потенциальной энергией, достаточной для подъема его на поверхность. Серийное производство струй­ных насосов, используемых при эксплуатации скважин, освоено Лебедянским машиностроительным заводом (ЛеМаЗ).

При применении УСН с поверхностным силовым приводом может использоваться однотрубная или двухтрубная система. При однотрубной системе используется пакер, который отде­ляет всасывающую линию от нагнетательной.

На рис. 6.24 представлена схема стационарной части погруж­ного оборудования УСН, спускаемой на колонне НКТ вместе

Рис. 6.24. Схема стационар­ной части погружного обо­рудования струйной насосной установки:

1 — колонна НКТ; 2 — корпус насоса; 3 — радиальные каналы; 4 — посадочный конус; 5 — ка­налы подвода инжектируемой жидкости; б — диффузор насоса; 7 — радиальные отверстия; 8 — пакер; 9 — приемный патрубок

с пакером. Эта часть включает колонну НКТ 1, корпус 2 струй­ного насоса, пакер 8 и приемный патрубок 9. в корпусе струйного насоса выполнены радиальные каналы 3, сообщающие полость посадочного конуса 4 с канала­ми 5 подвода инжектируемой жидкости, а также размещен диффузор 6, сообщающийся радиальными отверстиями 7 с

затрубным пространством скважины. Подпакерное простран­ство соединено с насосом патрубком 9.

Широко применяемые для добычи нефти установки по­гружных электрических центробежных насосов (УЭЦН) можно использовать в качестве силовых приводов струйных насосов, формируя так называемые тандемные установки «ЭЦН-СН». Под тандемными установками будем понимать такие установки для эксплуатации скважин, глубинный насосный агрегат кото­рых представлен, по крайней мере, двумя насосами с различным или одинаковым принципом действия.

На рис. 6.25 приведена принципиальная схема тандемной установки «ЭЦН-СН». Установка включает погружной агрегат УЭЦН 1, спускаемый на колонне НКТ 3, на выкиде которого установлен струйный насос, включающий корпус 2, сопло 4, приемную камеру 5, обратный клапан 6, камеру смешения 7 и диффузор 8.

Тандемная установка работает следующим образом. Про­дукция скважины, откачиваемая погружным центробежным на­сосом, подается к соплу 4 струйного насоса, в котором скорость потока возрастает. Истекающая из сопла струя попадает в при­емную камеру 5, понижая в ней давление. При этом обратный клапан 6 открывается, и часть продукции скважины (жидкость и отсепарированный на входе в насос свободный газ) поступает в приемную камеру. В камере 7 происходит смешение силовой жидкости (продукции скважины) с инжектируемой из затрубного пространства смесью; здесь формируется мелкодисперсная газожидкостная смесь, которая пройдя диффузор 8, попадает в колонну НКТ 3 и далее поднимается на поверхность.

При разработке тандемных установок исходили из следую­щих основных требований:

1. Возможность увеличения отбора продукции из добывающих скважин.

2. Максимальное использование сепарирующегося у приема ЭЦН свободного газа для подъема про­дукции скважины, а также дополни­тельное выделение газа из раствора за счет снижения давления в сопле и приемной камере с формированием в камере смешения мелкодисперсной

Рис. 6.25. Принципиальная схе­ма тандемной установки «ЭЦН-

СН»:1 — погружной агрегат УЭЦН; 2 — корпус струйного на­соса; 3 — колонна НКТ; 4 — сопло; 5 — приемная камера; б — обратный клапан; 7 — камера смешения; 8 —

Диффузор

смеси (т.е. создания наиболее благоприятной эмульсионной структуры смеси).

3. Повышение КПД установки за счет исключения канала подачи силовой (рабочей) жидкости (снижение гидравлических потерь) и за счет наиболее полного и эффективного исполь­зования энергии свободного газа (увеличение газлифтного эффекта).

4. Упрощение конструкции установки со струйным насосом, повышение надежности ее работы и снижение металлоемкости (исключается вариант двухрядного подъемника или отпадает необходимость использования пакера, отпадает также необхо­димость специальной подготовки рабочей жидкости и обслу­живания всего поверхностного оборудования УСН).

5. Упрощение и сокращение сроков подземного ремонта скважины.

Кроме этого, учитывая характеристики Q—Н ЭЦН и струй­ного насоса, можно говорить о гибкости тандемной установки и автоматической перестройке режима ее работы при изменении условий эксплуатации, связанных с изменением пластового давления, свойств продукции и продуктивности скважины; при этом ЭЦН работает в области оптимального режима.

Практика широкомасштабного промышленного приме­нения тандемных установок «ЭЦН-СН» вскрыла еще одно чрезвычайно важное их преимущество перед всеми известными установками для добычи нефти: возможность вызова прито­ка, освоения и вывода на проектный режим работы скважин любых категорий сложности, которые не могут быть освоены известными способами за разумное время, т.е. при допустимой стоимости процесса освоения.

Технология применения тандемных установок позволяет:

— стабилизировать режим работы системы «погружная установка—скважина—пласт», а также легко регулировать за­бойное давление и дебит скважины;

— установить и поддерживать оптимальный режим работы УЭЦН при неконтролируемом изменении условий эксплуата­ции (пластовое давление, обводненность и др.);

— облегчить и ускорить вызов притока и вывод скважины на установившийся режим работы после ее глушения или остановки;

— эффективно использовать отсепарированный на входе в ЭЦН свободный газ в процессе подъема продукции путем его перепуска из затрубного пространства через струйный насос в колонну НКТ с созданием благоприятной структуры газожид­костной смеси; •

—предотвратить фонтанирование скважины по затрубному пространству с образованием в нем парафиновых и гидратных пробок;

— улучшить охлаждение погружного электродвигателя;

— снизить и стабилизировать токовые нагрузки погружного электродвигателя;

— повысить наработку на отказ элементов погружной установки;

— повысить КПД добывающей системы.