Классификация струйных насосов и теоретические основы работы аппаратов

В литературе струйные аппараты одного и того же типа встречаются под самыми различными названиями, например инжекторы, компрессоры, эжекторы, элеваторы, насосы и др. В учебном пособии принята классификация струйных аппаратов, учитывающая существо происходящих в аппарате процессов. Таким образом, принята классификация и принципы работы струйных аппаратов, разработанных Р. С. Яремийчуком (1982), Е. А. Соколовым и Н. М. Зингером (1983, 1989) [16].

В результате стендовых испытаний установлено, что протекающие в струйных аппаратах процессы, зависят, в первую очередь, от агрегатного состояния взаимодействующих сред (Р. С. Яремийчук, 1982г.). С этих позиций все типы струйных аппаратов разделены на три группы (Е. А. Соколов и Н. М. Зингер, 1983, 1989 гг.). С этих позиций можно все струйные аппараты разбить на следующие три группы:

‒ аппараты, в которых агрегатное состояние рабочей и инжектируемой сред одинаково;

‒ аппараты, в которых рабочий и инжектируемый потоки находятся в разных агрегатных состояниях, не изменяющихся в процессе смешения этих потоков;

‒ аппараты с изменяющимся агрегатным состоянием сред. В этих аппаратах рабочий и инжектируемые потоки до смешения находятся в разных фазах, а после смешения – в одной фазе, т. е. в процессе смешения изменяется агрегатное состояние одного из потоков.

Условия работы струйных аппаратов зависят также от упругих свойств взаимодействующих сред.

 Под упругими свойствами или сжимаемостью понимается значительное изменение удельного объема среды при изменении ее давления. На практике применяется струйные аппараты, в которых:

1) обе среды (рабочая и инжектируемая) упруги;

2) одна из сред упруга;

3) обе среды не упруги.

В работе рассматривается группа аппаратов, в которых агрегатное состояние рабочей и инжектируемой сред одинаково.

В струйных насосах происходит превращение потенциальной энергии потока в кинетическую, которая частично передается инжектируемому потоку.

 Во время протекания жидкости через струйный насос скорости потоков выравниваются, и затем происходит превращение кинетической энергии смешанного потока в потенциальную. Этот фактор оказывается решающим при выносе пластовой жидкости на поверхность.

Процессы, характерные для всех без исключения струйных аппаратов, описываются тремя законами:

- сохранения энергии

,

(5.1)

где , , – энтальпии рабочего и инжектируемого потоков до аппарата и смешанного потока после аппарата, кДж/кг; – коэффициент инжекции, т.е. отношение массового расхода инжектируемого потока к массовому расходу рабочего потока;

- сохранения массы

,

(5.2)

где , , – массовые расходы рабочего, инжектируемого и смешанного потоков, кг/с;

- сохранения импульса, который для камеры смешения произвольной формы записывается так:

,

(5.3)

где , – импульс рабочего и инжектируемого потоков во входном сечении камеры смешения, Н;

–импульс смешанного потока в выходном сечении камеры смешения, Н;

– интеграл импульса по боковой поверхности камеры смешения.

 В цилиндрической камере смешения .

В процессе расчета режима работы струйного аппарата используется его безразмерная характеристика, полученная на основании закона сохранения количества движения в характерных сечениях струйного насоса, которая описывается уравнением (Р.С. Яремийчук, 1982):

,

(5.4)

где р_с – разница давлений смешанного и инжектированного потоков, МПа; р_р – разница давлений рабочего и инжектированного потоков, МПа;

f_p, f_н, f_c – площади соответственно рабочего сопла на выходе потока, камеры инжекции и камеры смешения, м²;

ρ_р, ρ_н, ρ_с – плотность соответственно рабочего, инжектированного и смешанного потоков, кг/м³;

U – коэффициент инжекции.

Необходимое снижение противодавления на пласт достигается за счет регулирования давления рабочей жидкости насосными агрегатами на поверхности с учетом коэффициента инжекции.

На основании практики работ авторами установлено, что при освоении скважин величина забойного давления на приёме струйного насоса имеет следующую зависимость:

 

Рн = Рг – (0,7 ‒ 0,8) Ра,                                (5.5)

 

где Рн – давление на приёме струйного насоса, МПа;

 Рг – гидростатическое давление на глубине установки насоса, МПа;

 Ра – рабочее давление на наземном насосном агрегате, МПа.

Подстановка значений давлений на приёме струйного насоса в выражение (5.5) позволяет оперативно, в промысловых условиях, управлять создаваемыми депрессиями на продуктивные пласты.

Из опыта работ следует, что гидродинамические исследования пластов рекомендуется проводить:

‒ методом установившихся отборов на 3–4 режимах с определением коэффициента продуктивности. Время работы на режиме не менее 2–3 часов;

‒ методом восстановления давления путем остановки работы гидравлического насоса на 1–2 часа.

Обработку КВД проводят по методу Хорнера.