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 бес штанговых гидро приводных струйных насосных установок вместо УСШН в скважинах со значительной кривизной ствола энергетические затраты существенно снижаются, а межремонтный период (МРИ) скважинного оборудования увеличивается. Компактность, высокие монтаже-способность, 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 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 относятся их малые габариты, большая пропускная 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.

Рис. 4.77. 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)

В струйном насосе или инжекторе 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 эжек ции в рабочей камере, т. е. смешению скважинной жидкости с ра­бочим потоком жидкости, обладающим большой энергией (рис. 4.77.).

Режим работы струйного насоса характеризуется следую­щими параметрами: рабочий напор 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 создаваемый насосом и равный разности напоров подаваемой жидкости за насосом (сечение C—Q и перед ним (сечение А—А); расход рабочей жидкости полезная подача КПД струйного насоса равен отношению полезной мощности к затраченной и мо­жет достигать величины, равной 20...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 соплах и диффузо­ре).

Струйный насос работает следующим образом. При истече­нии рабочей жидкости со скоростью V_x 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 V₀, 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 уменьшается и на расстоянии L от рабочего сопла потоки рабочей и откачиваемой жидкостей уже полностью перемешаны. На дальнейшем участке камеры смешения происходит только выравнивание профиля ско­ростей потока жидкости. Чаще всего в струйных насосах приме­няются цилиндрические камеры смешения, технологически про­стые в изготовлении, обеспечивающие относительно высокий КПД. Для преобразования достаточно высокой скорости потока в камере смешения в давление поток направляется в диффузор.