СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИН И СТРУЙНЫЙ НАСОС С РАЗГРУЗОЧНЫМ КАНАЛОМ
WELL OPERATION METHOD AND JET PUMP WITH RELIEF PASSAGE

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, а именно к способам эксплуатации скважин струйным насосом, предназначенным предпочтительно для эксплуатации в нефтегазодобывающей промышленности - к скважинной эксплуатации месторождений углеводородов, а именно к технологии и технике для добычи углеводородов из скважин, в том числе для одновременно-раздельной эксплуатации.
Известен Способ эксплуатации скважины струйным насосом для извлечения жидких и/или газообразных углеводородов из скважины, состоящей из добывающего насоса и струйного насоса, расположенного над добывающим насосом и подачи в струйный насос флюида (свидетельство СССР №1831593, F04F 5/54, опубл. 30.07.1993 г.)
Недостатком вышеуказанного способа является очень низкое КПД установки, которое зависит от диаметра сопла, глубины установки струйного насоса, напора и дебита добывающего насоса, струйный насос может штуцировать поток, исходящий из добывающего насоса снижая его КПД, также на больших подачах в струйный насос не всегда возможно поставить сопло с заданным размером диаметра для снижения давления в камере смешения ниже давления в кольцевом пространстве, по причине роста противодавления на добывающий насос, что приводит к его отключению по перегрузу.
Наиболее близким аналогом является Способ эксплуатации скважины струйным насосом, состоящий из спуска и установки в скважине на колонне труб добывающего насоса и струйного насоса, расположенного над добывающим насосом, подачу флюида из добывающего насоса в струйный насос, извлечение флюида и газожидкостной смеси на поверхность осуществляют совместно струйным и добывающим насосами (патент РФ №2295631, Е21В 43/00, F04F 5/54, опубл. 20.03.07 г., прототип).
Недостатками вышеуказанного технического решения является наличие ограничений по уменьшению размера диаметров сопла по причине роста давления над добывающим насосом, что приводит к его сильному штудированию, снижению производительности и КПД всей Установки, также на больших глубинах требуется значительное увеличение напора добывающего насоса, для возможности более сильного снижения давления в камере смешения, что снижает энергоэффективность и КПД Установки в целом.
Известен Струйный насос, включающий корпус, в котором расположены сопло, приемная камера, камера смешения и сквозные каналы (патент РФ №2538181, F04F 5/02, 5/44, опубл. 10.01.2015 г.)
Недостатками вышеуказанного решения является сложная конструкция камеры смешения с возможностью быстрого засорения механическими примесями, с повышенными гидравлическими сопротивлениями за счет извилистости канального типа камеры смешения, также к недостаткам относятся ограничения в диапазоне малых размеров диаметров сопла, не всегда возможно уменьшить размер диаметра сопла, чтобы добиться нужного разряжения и снизить давление в камере смешения и, соответственно, в приемной камере ниже давления затрубного пространства, что делает струйный насос неработоспособным.
Также при уменьшении размера диаметра сопла с глубиной с целью увеличения разряжения в камере смешения для откачки газожидкостной смеси из зоны отбора с низким давлением, особенно ниже 1000 м резко повышается противодавление на добывающий насос, что ведет к потере производительности и снижению его КПД.
Наиболее близким аналогом является Струйный насос, включающий в себя корпус, в котором расположены сопло, приемная камера, камера смешения и каналы (патент РФ №2295631, Е21В 43/00, F04F 5/54, опубл. 20.03.07 г., прототип).
Недостатками вышеуказанного решения является сложная конструкция вставки, наличие фальшвставки, т.е. невозможно поменять вставку с соплом и диффузором без отключения добывающего насоса, поскольку открывается сообщение с затрубным пространством; ограничен диапазон применения струйного насоса с малыми размерами диаметра сопла, которые необходимо уменьшать по мере увеличения глубины установки струйного насоса для значительного снижения давления в камере смешения для преодоления большего перепада давления между давлением потока внутри НКТ и затрубным пространством, поэтому требуется значительное увеличение напорной характеристики добывающего насоса, поскольку с уменьшением размера диаметра сопла увеличивается давление под струйным насосом и на выкиде добывающего насоса, что приводит к значительному потреблению электроэнергии, уменьшению дебита, снижению энергоэффективности и КПД Установки в целом; нередко вообще невозможно снизить давление в камере смешения до давления равного давлению на приеме добывающего насоса (40-50 атм.) для отбора подпакерного газа на глубинах установки пакера более 1500-1700 м и более, когда давление в НКТ обычно превышает 170-200 атм., отсюда Установки с двумя известными насосами крайне не эффективны в скважинах с большими дебитами, с низкими затрубными давлениями и глубокорасположенным струйным насосом.
Предлагаемые технические решения устраняют вышеперечисленные недостатки, повышают эффективность эксплуатации скважины за счет повышения энергоэффективности добывающего насоса и повышения надежности струйного насоса, увеличивая межремонтный период (далее по тексту - «МРП») работы струйного насоса посредством предлагаемой конструкции струйного насоса с разгрузочным каналом, который позволяет использовать сопло меньшего размера диаметра без увеличения напорной характеристики добывающего насоса, обеспечить более глубокое разряжение без изменения напора, без запирания и ограничения пропускной способности потока на малых размерах диаметра сопла, позволяет расширить диапазон регулирования давления в камере смешения, не ограничиваясь минимальным размером диаметра пропускной способностью сопла, обеспечить регулирование и ограничить давление под струйным насосом и, соответственно, снижение противодавления на добывающий насос, так как давление под струйным насосом определяется размером диаметром разгрузочного канала, значительно превышающим размер диаметра сопла для скважин с большими дебетами, при этом уменьшение размера диаметра сопла незначительно уменьшает давление под струйным насосом относительно давления, которое создает разгрузочный канал, поскольку основной поток флюида перенаправляется по разгрузочному каналу, предотвращая запирание потоком флюида сопла, позволяет уменьшить скорость промывания и выхода из строя сопла, поскольку больший объем флюида направляется через разгрузочный канал, позволяет снизить размер диаметра сопла до заданного значения для более глубокого снижения давления в камере смешения и в зоне всасывания, позволяет удерживать давление под струйным насосом в заданных пределах и над добывающим насосом вне зависимости от размера диаметра сопла, чтобы не превышать давление отключения добывающего насоса по перегрузу, позволяет обеспечить регулирование давления под струйным насосом посредством разгрузочного канала для осуществления подбора оптимального размера сечения сопла, а также и диффузора, для снижения до заданного давления в камере смешения, так как для получения заданного давления в камере смешения теперь не нужно пропускать весь объем флюида через сопло, что способствует значительному увеличению МРП струйного насоса, поскольку снижается пропускаемый объем флюида через элементы струйного насоса и, естественно, снижается их эрозионный размыв и износ.
Поставленная цель достигается тем, что Способ эксплуатации скважин состоит из спуска и установки в скважине на колонне труб добывающего насоса и струйного насоса, расположенного над добывающим насосом, подачу флюида из добывающего насоса в струйный насос, извлечения флюида и газожидкостной смеси на поверхность совместно струйным и добывающим насосами, при этом струйный насос выполнен с возможностью обеспечения, по меньшей мере, двух потоковой проточной системы подачи флюида из добывающего насоса одновременно, по меньшей мере, в два пропускных канала струйного насоса, подачу флюида из добывающего насоса осуществляют одновременно, по меньшей мере, в два пропускных канала струйного насоса, ограничивая диапазон давления под струйным насосом до величины, не превышающей значения давления штуцирования разгрузочным каналом, который выполнен с возможностью штуцирования поступающего потока флюида, ограничивая входное давление на струйный насос и противодавление на добывающий насос, и второй канал представляет собой струйный канал, расположенный с возможностью пропускания потока через сопло, приемную камеру и камеру смешения и с возможностью эжектирования через, по меньшей мере, один всасывающий элемент из затрубного пространства газожидкостную смесь через приемную камеру в камеру смешения, в скважину дополнительно спускают и устанавливают на колонне труб, по меньшей мере, один контрольно-измерительный прибор, пакер.
Струйный насос с разгрузочным каналом содержит корпус, в котором расположены сопло, приемная камера, камера смешения и каналы, представляющие собой, по меньшей мере, один разгрузочный канал, расположенный с возможностью обеспечения минимума гидравлического сопротивления потока флюида и выполненный сквозным с возможностью штуцирования поступающего потока флюида из добывающего насоса, обеспечения возможность установки сопла меньшего размера, и, по меньшей мере, один струйный канал, расположенный с возможностью пропускания потока флюида через сопло, приемную камеру и камеру смешения и с возможностью эжектирования через, по меньшей мере, один всасывающий элемент из затрубного пространства газожидкостную смесь в камеру смешения, он дополнительно снабжен штуцером, установленным в разгрузочном канале, дополнительно снабжен, по меньшей мере, одним диффузором, дополнительно снабжен обратным клапаном, установленным с возможностью разделения струйного канала от зоны отбора, дополнительно снабжен съемным или несъемным вкладышем, сопло выполнено сужающимся по ходу движения потока флюида или в виде диафрагмы, сопло установлено соосно камере смешения и отношение площади выходного сечения сопла к площади поперечного сечения минимального проходного сечения камеры смешения меньше 3,25, но больше или равно 0,1.
На фиг.1 изображена Скважинная установка со струйным насосом, содержащая струйный и добывающий насосы, установленные на НКТ, которая спущена и установлена в скважину с одним пластом, струйный насос включает в себя корпус, в котором расположены разгрузочный канал и струйный канал, пропускающий флюид через сопло, съемный вкладыш, приемную камеру, камеру смешения и диффузор, и всасывающие элементы, в одном из которых установлен обратный клапан, на фиг.2 изображена Скважинная установка со струйным насосом, содержащая пакер, струйный и добывающий насосы, установленные на НКТ, спущенная и установленная в скважину с одним пластом, струйный насос включает в себя корпус, в котором расположены разгрузочный канал и струйный канал, пропускающий флюид через сопло, съемный вкладыш, приемную камеру, камеру смешения и диффузор, и всасывающие элементы, в одном из которых установлен обратный клапан, при этом пакер расположен над струйным и добывающим насосами, на фиг.3 изображена Скважинная установка со струйным насосом, содержащая четыре контрольно-измерительных прибора (далее по тексту - «КИП»), пакер, струйный и добывающий насосы, установленные на НКТ, спущенная и установленная в скважину с одним пластом, струйный насос включает в себя корпус, в котором расположены разгрузочный канал и струйный канал, пропускающий флюид через сопло, съемный вкладыш, приемную камеру, камеру смешения и диффузор, и всасывающие элементы, в одном из которых установлен обратный клапан, при этом пакер расположен между насосами с возможностью обеспечения одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов, четыре КИП в виде манометров расположены с возможностью измерения в режиме реального времени параметров флюида и контроля работы струйного насоса, а именно, давления в камере смешения, в приемной камере, снаружи, внутри, сверху и снизу струйного насоса, при этом первый КИП расположен над струйным насосом, второй КИП расположен в зоне отбора флюида, третий КИП расположен в зоне нагнетания струйного насоса, четвертый КИП расположен в зоне всасывания струйного насоса, на фиг.4 изображена Скважинная установка со струйным насосом, содержащая добывающий и струйный насосы, установленные на НКТ, спущенная и установленная в скважину с одним пластом, при этом в корпусе расположены всасывающий элемент с обратным клапаном и три пропускных канала, из которых два выполнены в виде разгрузочных каналов, при этом больший из которых оснащен съемным штуцером, а третий струйный канал пропускает поток через вкладыш с соплом, приемную камеру, камеру смешения и диффузор, на фиг.5 изображена Скважинная установка со струйным насосом, содержащая добывающий и струйный насосы, установленные на НКТ, спущенная и установленная в скважину с одним пластом, при этом в корпусе струйного насоса расположены четыре пропускных канала, из которых два выполнены в виде разгрузочных каналов и два в виде струйных канала, гидравлически соединенные между собой и с затрубным пространством всасывающим каналом с обратным клапаном, при этом каждый из струйных каналов пропускает флюид через вкладыш с соплом, приемную камеру, камеру смешения и диффузор.
Способ эксплуатации скважин состоит из спуска и установки в скважине 1 на колонне труб НКТ 2 добывающего насоса 3 и струйного насоса, расположенного над добывающим насосом 3, при этом спуск и установку осуществляют на заданную глубину с возможностью извлечения флюида.
Затем осуществляют подачу флюида из добывающего насоса 3 в струйный насос одновременно, по меньшей мере, в два пропускных канала струйного насоса, один из которых представляет собой разгрузочный канал 4 и второй канал представляет собой струйный канал.
Извлечение флюида и газожидкостной смеси (далее по тексту - «ГЖС») на поверхность осуществляют совместно струйным и добывающим 3 насосами.
В скважину 1 дополнительно спускают и устанавливают на колонне труб НКТ 2, по меньшей мере, один контрольно-измерительный прибор (далее по тексту «КИП») и/или пакер 5.
На поверхности скважины 1 дополнительно располагают станцию управления АСУ 6.
Пакер 5 располагают на НКТ 2 над добывающим насосом 3 с возможностью, например, отсечения пластов и обеспечения одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов в скважине 1.
КИП соединяют со станцией управления АСУ 6 кабелем связи 7 для измерения в режиме реального времени параметров флюида и давления в приемной камере 8, в камере смешения 9, снаружи, внутри, сверху и снизу корпуса 10 струйного насоса.
Струйный насос с разгрузочным каналом выполнен с возможностью обеспечения, по меньшей мере, двух потоковой проточной системы подачи флюида из добывающего насоса 3 одновременно, по меньшей мере, в два пропускных канала струйного насоса, что позволяет ограничивать диапазон давления под струйным насосом до заданной величины, не превышающей значения давления штуцирования разгрузочным каналом 4.
Струйный насос включает в себя корпус 10, в котором расположены, по меньшей мере, один разгрузочный канал 4 и, по меньшей мере, один струйный канал, расположенный с возможностью пропускания потока флюида и с возможностью эжектирования через, по меньшей мере, один всасывающий элемент из затрубного пространства ГЖС в камеру смешения 9 через приемную 8 камеру.
Всасывающий элемент представляет собой, например, канал 11, камеру, полость.
Струйный канал пропускает поток флюида через сопло 12, приемную камеру 8 и камеру смешения 9, расположенные в корпусе
10, и при этом осуществляет эжектирование через, например, канал
11, из затрубного пространства ГЖС через приемную камеру 8 в камеру смешения 9. Сопло 12 установлено соосно камере смешения 9, при этом отношение площади выходного сечения сопла 12 к площади поперечного сечения минимального проходного сечения камеры смешения 9 меньше 3,25, но больше или равно 0,1 (3.25≥Sc/Skc≥0.1). Сопло 12 выполнено, например, сужающимся по ходу движения среды или в виде диафрагмы. Сопло 12, выполненное в виде диафрагмы, улучшает технологичность его изготовления и увеличивает МРП.
Камера смешения 9 до входа в цилиндрический элемент снабжена участком, выполненным в виде конической поверхности с углом α от 10° до 22°.
Всасывающий элемент в виде, например, канала для подвода 13 инжектируемого потока, выполнен с внутренним размером диаметра не менее 1,6 размера диаметра сопла 12.
Разгрузочный канал 4 расположен с возможностью обеспечения минимума гидравлического сопротивления потока флюида и выполнен сквозным, например, вдоль оси (соосно) корпуса 10, и, например, прямым, с возможностью штуцирования потока флюида поступающего из добывающего насоса 3.
Например, сквозной разгрузочный канал 4 выполнен в виде штуцера или штуцирующего канала, обеспечивая разгружение струйного канала струйного насоса от избыточного давления и объема флюида, поступающей с добывающего насоса 3 за счет перепуска через себя части потока флюида поступающего с добывающего насоса 3.
Разгрузочный канал 4 позволяет применять в струйном насосе меньшие размеры сопла 12 и камеры смешения 9, обеспечивая заданное давление потокам флюида в струйном насосе по пропускным каналам и заданный объем флюида, создавая оптимальные условия для совместной работы добывающего 3 и струйного насосов, при этом использовать избыточную мощность добывающего насоса 3 в заданных пределах, например, за счет установки в сквозном разгрузочном канале 4 штуцера, ограничивая тем самым поток флюида через струйный канал и обеспечивая возможность установки сопла 12 меньшего размера, чтобы увеличить скорость потока флюида в камере смешения 9 и, соответственно, в струйном насосе и тем самым создать большее разряжение внутри камеры смешения 9.
Струйный насос с разгрузочным каналом дополнительно содержит, по меньшей мере, один диффузор 14, глухую вставку с закрытым соплом (на фиг. не показано), съемный или несъемный вкладыш 15, обратный клапан 16, штуцер 17, установленный, например, во вставке струйного насоса, в разгрузочном канале 4.
Например, штуцер 17, расположенный в сквозном разгрузочном канале 4, предназначен для ограничения противодавления на добывающий насос 3, способствуя его работе в оптимальном режиме без ограничения его дебита на малых размерах диаметра сопла 12, способствуя увеличения КПД Установки совместно эксплуатирующихся струйного и добывающего 3 насосов.
Обратный клапан 16 установлен с возможностью разделения струйного канала от зоны отбора 18, например, разделения всасывающего канала 11 от зоны отбора 18, открываясь внутри всасывающего канала 11 в одну сторону, тем самым «работая» только на всасывание флюида из зоны отбора 18.
Способ эксплуатации скважин осуществляют следующим образом.
Спускают и устанавливают в скважине 1 с одним или несколькими пластами на колонне труб НКТ 2 струйный насос и добывающий насос 3 на заданную глубину с возможностью извлечения флюида, при этом струйный насос расположен на НКТ 2 выше добывающего насоса 3.
Дополнительно на колонне труб НКТ 2 спускают и устанавливают в скважине 1 пакер 5 и, по меньшей мере, один КИП. Пакер 5 устанавливают в скважине 1 над добывающим насосом 3 с возможностью одновременно-раздельной эксплуатации, например, двух пластов в скважине 1.
На поверхности скважины 1 дополнительно располагают автоматическую станцию управления АСУ 6 (далее по тексту - «АСУ») и КИП соединяют с АСУ 6 кабелем связи 7.
КИП представляет собой манометр, который располагают, например, один КИП 19 располагают над струйным насосом для измерения в режиме реального времени параметров давления и температуры на выкиде 20 струйного насоса; второй КИП 21 располагают в зоне отбора 18 флюида для измерения в режиме реального времени параметров флюида в этой зоне; третий КИП 22 располагают в зоне нагнетания 23 под струйным насосом для измерения в режиме реального времени параметров давления и температуры в этой зоне; четвертый КИП 24 располагают в зоне всасывания 25, например, в приемной камере 8 или в камере смешения 9, для измерения в режиме реального времени параметров давления и температуры в зоне всасывания 25.
Располагают струйный насос с разгрузочным каналом в скважине 1 с возможностью одновременной подачи и распределения потока флюида из добывающего насоса 3, по меньшей мере, в два проточных канала струйного насоса, например, часть флюида подают в сквозной разгрузочный канал 4, а оставшийся флюид подают в струйный канал, включающий сопло 12, приемную камеру 8 и камеру смешения 9, где за счет увеличения скорости потока флюида происходит разряжение внутри камеры смешения 9, которое передается, по меньшей мере, в один всасывающий элемент в виде канала, например, Пили 13, или зоны всасываниия 25. При наличии обратного клапана 16 во всасывающем канале 11, обратный клапан 16 открываясь, начинает процесс эжектирования потока ГЖС через, например, всасывающие элементы 13, 25, 11, и приемную камеру 8 внутрь камеры смешения 9, осуществляя процесс всасывания ГЖС из зоны отбора 18 внутрь камеры смешения 9.
Эжектируемый поток ГЖС поступает (всасывается) в камеру смешения 9 и затем вместе с флюидом поднимается на поверхность устья скважины.
Восходящий поток флюида, поступающий от добывающего насоса 3 в струйный насос, штуцируют посредством сквозного разгрузочного канала 4, обеспечивая тем самым ограничение входного давления на струйный насос и противодавление на добывающий насос 3, а разгрузочный канал 4 за счет перепуска через себя части флюида предотвращает действие избыточного давления на струйный насос в условиях установки малых диаметров сопла 12, что также ограничивает воздействие противодавления на добывающий насос 3 и предотвращает отключение добывающего насоса 3 по перегрузу.
Так как давление под струйным насосом в большей степени определяется размером диаметра разгрузочного канала 4, который сопоставим или превышает размер диаметр сопла 12, при этом превышение тем больше и значительней, чем больше дебит скважины 1, кроме того с помощью штуцера 17, расположенного на входе в разгрузочный канал 4 регулируют и задают определенное давление поступления флюида не только в разгрузочный канал 4, но и в струйный канал, при этом избыточный «лишний» объем флюида отводят через разгрузочный канал 4.
Например, максимальное давление под струйным насосом соответствует давлению в разгрузочном канале 4 при условии установки глухой вставки с закрытым соплом струйного насоса. После извлечения раствора глушения и вывода на режим работы добывающего насоса 3, устанавливают съемный вкладыш 15. Это позволяет использовать для работы струйного насоса имеющуюся напорную характеристику добывающего насоса 3, рассчитанную на подъем, например, раствора глушения, как правило, с 10 - 30% запасом, который в последствие является избыточным для подъема флюида, со значительно меньшей, чем раствор глушения, плотностью.
Подбор размера сечения штуцера 17 и размера диаметра разгрузочного канала 4 или размера диаметра разгрузочного канала 4 осуществляют исходя из условий: энергоэффективной и оптимальной работы добывающего насоса 3, а также создания заданного избыточного давления на входе в штуцер 17 или на входе в разгрузочный канал 4, например, на 3мм штуцере 17 давление поднимется на 80 атм., а при 4 мм избыточное давление составит 60 атм, что достаточно для разряжения в струйном канале с малыми размерами сопла 12.
Естественно, что на такое избыточное давление будет спланирован определенный размер диаметра сопла 12, например, (0.8 - 1.2 мм), и, соответствующая, конфигурация камеры смешения 9 и приемной камеры 8 и расстояние между ними, для снижения давления энергоэффективной и оптимальной работы добывающего насоса 3, а также создания заданного избыточного давления на входе в штуцер 17 или на входе в разгрузочный канал 4, например, на 3мм штуцере 17 давление поднимется на 80 атм., а при 4 мм избыточное давление составит 60 атм, что достаточно для разряжения в струйном канале с малыми размерами сопла 12.
Естественно, что на такое избыточное давление будет спланирован определенный размер диаметра сопла 12, например, (0.8 - 1.2 мм), и, соответствующая, конфигурация камеры смешения 9 и приемной камеры 8 и расстояние между ними, для снижения давления в камере смешения 9 на заданную величину, чтобы обеспечить всасывание флюида из зоны отбора 18 флюида.
Использование разгрузочного канала 4 повышает надежность струйного насоса и, в том числе, облегчает установку съемного вкладыша 15 за счет снижения противодавления на спускаемый съемный вкладыш 15 и уменьшения нагрузки на струйный насос и цанги, удерживающие съемный вкладыш 15 внутри корпуса 10 за счет перепуска части потока флюида через разгрузочный канал 4; расширяет диапазон, используемых в струйных насосах, размеров пропускных диаметров сопел 12 в сторону уменьшения, что позволяет создавать на меньшем перепаде давления на струйном насосе большее разряжение внутри приемной камеры 8 и всасывающих элементов, например, 11, 13, 25, и в камере смешения 9; использование сопел 12 меньших размеров диаметра позволяет исключить резкое увеличения давления под струйным насосом и, соответственно, увеличение противодавления на добывающий насос 3 и ограничение производительности добывающего насоса 3 за счет одновременной подачи флюида из добывающего насоса 3, по меньшей мере, в два пропускных канала струйного насоса, то есть перепуска части потока флюида через разгрузочный канал 4. Наряду с энергоэффективностью добывающего насоса 3 и, соответственно, Установки со струйным насосом в целом, и возможностью создания более глубокого разряжения в камере смешения 9 за счет применения сопла 12 меньшего размера диаметра и, по меньшей мере, одного разгрузочного канала 4 с заданным размером пропускного сечения, уменьшается абсолютная величина перепада давления и объем прокаченного флюида через сопло 12, что приводит к уменьшению износа внутренних элементов струйного насоса за счет перераспределения потока флюида, по меньшей мере, в два пропускных канала и, соответственно, приводит к повышению надежности струйного насоса.
Применение сопла 12 диаметров меньших размеров энергоэффективно для откачки затрубного газа, который накапливается во всех скважинах до величины линейного давления, в том числе и при использовании обратного клапана 16, при этом, не снижая производительность струйного насоса и скважины 1 в целом. При эксплуатации струйного насоса с разгрузочным каналом, позволит производить более точную настройку конфигурации внутренних элементов струйного насоса: сопла 12, приемной камеры 8, камеры смешения 9, расстояния между ними и размеры углов этих элементов в зависимости от скорости потока. Поскольку в скважине 1 у струйного насоса будут выдерживаться в узком диапазоне достаточно статично малой величины колебания давления над и под струйным насосом, а также в затрубном пространстве, что позволит очень точно подобрать и рассчитать нужную конфигурацию струйного канала. В зависимости от диаметра скважины 1 можно в корпусе 10 струйного насоса разместить несколько разгрузочных каналов 4, например, со штуцером 17, с учетом технико-экономических расчетов. Дополнительно разгрузочный канал 4 можно выполнить в съемной вставке, при ее наличии.
Совмещение в струйном насосе штуцирующего поток разгрузочного канала 4 с функцией ограничителя противодавления на добывающий насос 3, позволяет одновременно подбирать противодавление на добывающий насос 3 и давление на входе в струйный насос, тем самым оптимизировать работу струйного насоса и добывающего насоса 3 раздельно поэлементно, добиваясь максимального КПД всей Установки со струйным насосом в целом.
Пример 1.
Спускают в скважину 1 с одним пластом при подземном ее ремонте и устанавливают в скважине 1 на колонне труб НКТ 2 добывающий насос 3 и струйный насос, включающий в себя корпус 10, в котором расположены два проточных канала, один канал -разгрузочный канал 4 заданного диаметра, выполненный сквозным с функцией штуцера, и второй канал - струйный канал, проходящий через съемный вкладыш 15 с соплом 12, приемную камеру 8, камеру смешения 9 и диффузор 14, также в корпусе 10 расположены всасывающие каналы 11 и 13 с обратным клапаном 16 и зона всасывания 25 (фиг.1).
Спуск в скважину 1 осуществляют последовательно: вначале на НКТ 2 добывающий насос 3, потом через заданное количество НКТ 2 закрепляют струйный насос, прикручивая корпус 10 к НКТ 2, после чего НКТ 2 устанавливают в скважине 1 на заданной глубине, согласно плана работ при проведении подземного ремонта скважин.
После окончания ремонта скважины 1, если в корпусе 10 установлен съемный вкладыш 15, то для облегчения освоения скважины 1, в том числе, для снижения противодавления на добывающий насос 3, извлекают с помощью канатной техники съемный вкладыш 15 с соплом 12, приемной камерой 8, камерой смешения 9 и диффузором 14, при этом в случае расположения обратного клапана 16 в съемном вкладыше 15, устанавливают фальшвставку для перекрытия вместо обратного клапана 16 отверстия в корпусе 10 струйного насоса с целью предотвращения перетекания флюида из НКТ 2 в затрубное пространство (на фиг. не показано).
В случае, когда в корпусе 10 установлен обратный клапан 16, то после извлечения съемного вкладыша 15 фальшвставка не устанавливается, и после окончания ремонта скважины добывающий насос 3 извлекает раствор глушения.
Далее добывающим насосом 3 и струйным насосом с разгрузочным каналом совместно выводят скважину 1 на устойчивый режим добычи.
После окончания освоения и вывода на оптимальный режим эксплуатации добывающим насосом 3 скважины 1 в корпус 10 с применением двух потоковой проточной системы подачи флюида устанавливают съемный вкладыш 15.
Основной поток флюида из добывающего насоса 3 после установки вкладыша 15 подают в корпус 10 и штуцируют посредством разгрузочного канала 4, который для высокодебитных скважин имеет значительно большее пропускное сечение, чем пропускное сечение у сопла 12. Регулирование второго потока флюида из добывающего насоса 3, проходящему по струйному каналу, осуществляют путем подбора диаметра сопла 12 так, чтобы давление было снижено ниже заданного давления в зоне отбора 18 флюида, можно дополнительно использовать КИП.
Подбор параметров внутренней конфигурации элементов струйного насоса должен соответствовать заданному оптимальному уровню всасывания флюида из зоны отбора 18.
Двухпоточная одновременная подача флюида из добывающего насоса 3 на два проточных канала: разгрузочный канал 4 и струйный канал, позволит эксплуатировать добывающий насос 3 без воздействия на него значительного противодавления при малых размерах диаметра сопла 12 и диффузора 14, способствуя повышению энергоэффективности добывающего насоса 3.
Также одновременное использование разгрузочного канала 4 и струйного канала, образованного элементами струйного насоса: съемным вкладышем 15 с соответствующим размещением сопла 12, приемной камеры 8, камеры смешения 9 и диффузора 14, предотвратит запирание потоком флюида сопла 12 и диффузора 14 при использовании их малых размеров сечений для создания глубокого разряжения в камере смешения 9.
Следует отметить важное преимущество применения разгрузочного канала 4 совместно со струйным каналом, которое повышает пропускную способность Установки со струйным насосом в целом с возможностью отведения избыточного объема флюида через разгрузочный канал 4. Возможно минимальное изменение напорной характеристики добывающего насоса 3 или без приращения напора с использованием стандартного 10-30% запаса напора, в устанавливаемой в скважине 1 добывающего насоса 3 с возможным частотным регулированием параметров его работы, поскольку при правильном подборе размера сечения разгрузочного канала 4 давления под и над струйным насосом будет достаточно для работы на малых размерах диаметра сопла 12. При этом с уменьшением размера диаметра сопла 12, давление будет только приближаться к давлению при работе струйного насоса с установленной в нем глухой вставки с закрытым соплом 12.
Пример 2.
Спускают в скважину 1 с одним пластом на заданную глубину с возможностью извлечения флюида на колонне труб НКТ 2 пакер 5, добывающий насос 3 и струйный насос, включающий в себя корпус 10, в котором расположены два проточных канала, один канал -разгрузочный канал 4 заданного диаметра, выполненный сквозным с функцией штуцера, и второй канал - струйный канал, проходящий через съемный вкладыш 15 с соплом 12, приемную камеру 8, камеру смешения 9 и диффузор 14, также в корпусе 10 расположен всасывающий канал 11 с обратным клапаном 16 (фиг.2).
Пакер 5 располагают над струйным насосом и добывающим насосом 3 с возможностью отсечения вышележащего интервала, который может быть представлен пластом или интервалом негерметичности.
Струйный насос с разгрузочным каналом располагают с возможностью откачки ГЖС из затрубного пространства, который накапливается под пакером 5.
Особенность совместной работы струйного насоса и добывающего насоса 3 заключается в том, что после спуска в скважину 1 корпуса 10 струйного насоса, добывающего насоса 3 и установки пакера 5 на заданной глубине, производят откачку раствора глушения из скважины 1 и вывод добывающего насоса 3 на рабочий режим. После этого в корпус 10 спускают вставку, содержащую сопло 12 с приемной камерой 8, камерой смешения 9 и с диффузором 14.
Поскольку в корпусе 10 выполнен сквозной разгрузочный канал 4, являющийся основным штуцирующим элементов в струйном насосе, и при условии, что его площадь сечения значительно превышает площадь сечения сопла 12, то разгрузочный канал 4 определяет максимальное давление под струйным насосом. При этом вставка с пропускным сечением сопла 12 и диффузора 14 незначительно уменьшает давление под струйным насосом, которое наряду с давлением затрубного флюида является основным параметром для выбора типоразмеров сопла 12 с приемной камерой 8, камерой смешения 9 и с диффузором 14.
Также в корпусе 10 расположен струйный канал с возможностью пропускания флюида через сопло 12, приемную камеру 8, камеру смешения 9 и диффузор 14 и с возможностью эжектирования через всасывающие элементы, например, всасывающие каналы 11, 13 и зону всасывания 25, из затрубного пространства ГЖС в камеру смешения 9 (фиг.2).
Главная особенность предлагаемой конструкции струйного насоса в том, что можно значительно снижать размер диаметра сопла 12, не опасаясь значительного роста давления флюида и отключения добывающего насоса 3 по перегрузу.
Кроме того, с одной стороны, при уменьшении размеров сопла 12 не произойдет запирания и существенного ограничения объема откачиваемого добывающим насосом 3 флюида за счет отвода избыточного объема флюида через разгрузочный канал 4. С другой стороны, существенное уменьшение размера диаметров сопла 12 приведет к более глубокому снижению давления в камере смешения
9. Это позволит дополнительно отбирать ГЖС (затрубный газ и флюид) из затрубного подпакерного пространства на более низких давлениях и больших перепадах между камерой смешения 9 и зоной отбора 18 флюида, при этом без существенного увеличения напорной характеристики добывающего насоса 3, направленное для преодоления гидравлических потерь на струйном насосе с малыми размерами диаметра сопла 12.
Извлечение флюида и ГЖС на поверхность осуществляют совместно струйным и добывающим 3 насосами. Пример 3.
Спускают в скважину 1 с двумя пластами на заданную глубину с возможностью одновременно-раздельного извлечения флюида из нижнего и верхнего пластов и ГЖС на колонне труб НКТ 2 пакер 5, добывающий насос 3 и струйный насос, включающий в себя корпус 10, в котором расположены два проточных канала, один канал - сквозной разгрузочный канал 4 заданного диаметра, снабженный штуцером 17, и второй канал - струйный канал, расположенный с возможностью пропускания потока через съемный вкладыш 15 с соплом 12, приемную камеру 8, камеру смешения 9 и диффузор 14, также в корпусе 10 расположены всасывающие элементы, например, всасывающие каналы 11, 13 с обратным клапаном 16 и зона всасывания 25 (фиг.3).
Пакер 5 располагают между струйным насосом и добывающим насосом 3 с возможностью ведения одновременно-раздельной добычи из двух пластов.
В скважину 1 вначале спускают на НКТ 2 добывающий насос 3, потом пакер 5 и затем корпус 10 струйного насоса.
Для ускорения и облегчения подъема флюида вначале извлекают раствор глушения с нижнего пласта, при этом корпус 10 с обратным клапаном 16 и без вставки, включающей сопло 12, приемную камеру 8, камеру смешения 9 и диффузор 14.
После извлечения раствора глушения и вывода добывающего насоса 3 на рабочий режим добычи с нижнего пласта устанавливают в корпус 10 вставку, включающей сопло 12, приемную камеру 8, камеру смешения 9 и диффузор 14, и начинают одновременно-раздельно эксплуатировать два пласта.
Поток флюида из добывающего насоса 3 подают одновременно в два пропускных канала, при этом большую или равную часть потока флюида пропускают через сквозной разгрузочный канал 4 и другую часть потока флюида пропускают через вставку, включающей сопло 12, приемную камеру 8, камеру смешения 9 и диффузор 14, достигая тем самым значительное разряжение в камере смешения 9. Поскольку можно уменьшать размер диаметра сопла 12, и при этом без увеличения противодавления давления на добывающий насос 3 (даже противодавление незначительно снизится за счет разгрузочного канала 4, увеличения пропускного сечения струйного насоса), то заявленные технические решения будут выигрышно отличаться значительной энергоэффективностью по сравнению с прототипами и аналогами.
Дополнительно применяют КИП под и над струйным насосом для замера давлений в режиме реального времени: один КИП 19 располагают над струйным насосом на выходе 20 со струйного насоса (на выкиде струйного насоса), второй КИП 22 располагают на входе 23 в струйный насос (в зоне нагнетания под струйным насосом), третий КИП 24 располагают сбоку струйного насоса для замера давления в затрубном пространстве и в камере смешения 9 (в зоне всасывания 25 до обратного клапана 16) и четвертый КИП 21 располагают в зоне отбора 18 флюида для измерения в режиме реального времени параметры флюида в этой зоне, что позволит контролировать в режиме реального времени эффективность работы струйного насоса по отбору флюида с верхнего пласта и работоспособность обратного клапана 16. Также позволит значительно увеличить межремонтный период работы струйного насоса, за счет снижения интенсивности процесса размыва сопла 12.
Извлечение флюида и ГЖС на поверхность осуществляют совместно струйным насосом и добывающим насосом 3.
Заявленные технические решения повышают эффективность эксплуатации скважины за счет повышения энергоэффективности добывающего насоса и повышения надежности струйного насоса, увеличивая МРП работы струйного насоса посредством предлагаемой конструкции струйного насоса с разгрузочным каналом.
Струйный насос с разгрузочным каналом позволяет использовать в своей конструкции сопло меньшего диаметра, обеспечивая более глубокое разряжение без изменения напора добывающего насоса, без запирания и ограничения пропускной способности потока на малых диаметрах сопла, расширяет диапазон регулирования давления в камере смешения, не ограничиваясь минимальным диаметром и пропускной способностью сопла; обеспечивает регулирование давления под струйным насосом и, соответственно, снижение противодавления на добывающий насос, так как давление под струйным насосом определяется размером диаметра разгрузочного канала, значительно превышающим размер диаметра сопла, при этом уменьшение размера диаметра сопла даже незначительно уменьшает давление под струйным насосом, поскольку основной поток флюида перенаправляется по разгрузочному каналу, а оставшаяся часть флюида пропускается через струйный канал, что предотвращает запирание потоком сопла; уменьшает скорость промывания и выхода из строя сопла; позволяет уменьшить размер диаметра сопла до заданного значения для более глубокого снижения давления в камере смешения и в зоне всасывания, позволяет регулировать и удерживать давление под струйным насосом и над добывающим насосом вне зависимости от размера диаметра сопла в струйном насосе, что предотвращает отключение добывающего насоса по перегрузу; теперь не нужно пропускать весь объем флюида из добывающего насоса через сопло, что способствует значительному увеличению МРП струйного насоса, поскольку снижается пропускаемый объем флюида через элементы струйного насоса и, естественно, снижается их эрозионный размыв и износ.