Удосконалювання енергетичних параметрів нафтових струминних насосів

Abstract

Складність видобутку нафти з великих глибин внаслідок значних кількостей піску, води та інших домішок призвела до того, що все більшого поширення отримують свердловинні струминні нафтові насоси. Їх використанню під час видобутку нафти сприяють такі фактори, як практично нечутливість до вмісту розчиненого у нафті газу та інших домішок у порівнянні з іншими типами насосів; простота конструкції й відсутність рухомих частин, що притаманно усій струминній техніці. Надійність та довговічність струминних насосів на порядок перевищує ці показники будь-яких інших насосів, що використовуються у нафтогазовидобутку. Отримання досконалих характеристик струминного нафтового насосу потребує системного підходу до аналізу характеристик та моделювання течії у насосі. Перекачування нафти є складною задачею внаслідок того, що є досить велике розмаїття типів нафти та речовин, що можуть в неї входити у різних родовищах. Це приводить до проблем під час моделювання роботи насоса та до використання більш складних моделей течії рідини від реологічних моделей до моделювання кавітації. Ускладнення математичних моделей течії провокує збільшення помилок моделювання, ускладнення верифікації течії та знаходження раціональних коефіцієнтів й коригувань до моделей турбулентності. В роботі удосконалено енергетичні параметри нафтових струминних насосів розрахунковим шляхом. Виконано проектування струминного насосу для перекачування нафти та проведені його числові розрахунки з різними моделями турбулентності та агрегатними станами середовищ. Отримані кінематичні характеристики течії та розраховано ККД насоса. В результаті розрахунку моделі з кавітацією отримано, що ККД насоса дорівнює 10 %, що у три рази перевищує результат розрахунку без урахування кавітації. Збільшений ККД відповідає асимптотичним методикам розрахунку характеристик насоса.

The difficulty of extracting oil from great depths due to the huge amounts of sand, water and other impurities has led to the fact that well jet oil pumps are becoming more common. Their use in oil production is facilitated by such factors as practical insensitivity to the content of gas and other impurities dissolved in oil compared to other types of pumps; simplicity of design and the absence of moving parts, which is inherent in all jet technology. The reliability and durability of jet pumps are an order of magnitude higher than those of any other pumps used in oil and gas production. Obtaining excellent characteristics of a jet oil pump requires a systematic approach to the analysis of characteristics and modeling of the pump flow. Pumping oil is a complex task because there is a fairly large variety of oil and substances that can be included in it in various fields. This leads to problems when modeling pump operation and using more complex fluid flow models from rheological models to modeling cavitation. The complication of mathematical models of the flow provokes an increase in modeling errors, complications of flow verification and finding rational coefficients and corrections to turbulence models. In the paper, the energy parameters of oil jet pumps are improved by calculation. A jet pump for pumping oil has been designed and numerical calculations have been carried out with different models of turbulence and aggregate states of media. The kinematic characteristics of the flow are obtained and the efficiency of the pump is calculated. As a result of the calculation of the model with cavitation, it was obtained that the pump efficiency is 10 %, which is 3 times higher than the calculation result without cavitation. The increased efficiency is consistent with asymptotic methods for calculating pump characteristics.