Струйные насосы являются разновидностью гидроприводных насосов, и они 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, коррозионно-активных веществ и из наклонно направленных скважин.
К преимуществам струйных насосов относят их малые габариты, большую пропускную 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. 3.10. 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; 6— диффузор; I — невозмущенная откачиваемая жидкость; II — пограничный слой; III — невозмущенная рабочая жидкость (ядро)
В струйном насосе или инжекторе (рис. 3.10) 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 эжекции в рабочей камере, т.е. смешению скважинной жидкости с рабочим потоком жидкости, обладающим большой энергией, см. рис. 3.10.
Режим работы струйного насоса характеризуется следующими параметрами: рабочий напор Hр, 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 НP, создаваемый насосом и равный разности напоров подаваемой жидкости за насосом (сечение С—С) и перед ним (сечение А—А); расход рабочей жидкости Q1; полезная подача Qo. КПД струйного насоса равен отношению полезной мощности к затраченной
и может достигать величины КПД = 0,2...0,35. 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 сопле и диффузоре).
Струйный насос работает следующим образом. При истечении рабочей жидкости со скоростью V1, 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 Vo 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 уменьшаются и на расстоянии L от рабочего сопла потоки рабочей и откачиваемой жидкости уже полностью перемешаны. На дальнейшем участке камеры смешения происходит только выравнивание профиля скоростей потока жидкости. Чаще всего в струйных насосах применяют цилиндрические камеры смешения, технологические простые в изготовлении и обеспечивающие относительно высокий КПД.
Для преобразования достаточно высокой скорости потока в камере смешения в давление поток направляется в диффузор.
Схема струйного насоса представлена на рис. 3.11. Струйный аппарат является сменным узлом. В нем устанавливаются насадка и камера смешения, изготовленные из износоустойчивых материалов. Насадки и камеры смешения выполняются с разными диаметрами проходного канала и подбираются в зависимости от параметров скважины, давления рабочей жидкости, необходимой подачи и т.п. Насос совместно с пакером спускают в скважину на колонне НКТ. Струйный аппарат может извлекаться из скважины и устанавливаться путем изменения направления потока рабочей жидкости.
Рис. 3.11. Конструкция скважинного струйного насоса (з-д Нефтемаш):
1 — корпус насоса; 2 — струйный аппарат; 3 — насадок; 4 — камера смешения; 5 — сдвоенный обратный клапан.