Результат интеллектуальной деятельности: СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ СТРУЙНЫХ НАСОСОВ

Изобретение относится к испытаниям гидравлических машин и электродвигателей к ним, в частности к конструкциям экспериментальных стендов для испытания струйных насосов (СН), работающих в составе погружных установок для добычи нефти, содержащих электродвигатель, гидрозащиту, электроцентробежный насос и газосепаратор.

Известна конструкция экспериментального стенда для испытаний струйных насосов при откачке жидкости и газа струей жидкости [Дроздов А.Н. Технология и техника добычи нефти погружными насосами в осложненных условиях: учебное пособие. - М.: МАКС Пресс, 2008, с. 187-204], включающая в себя бак для жидкости, два подпорных погружных электроцентробежных насоса (ЭЦН), испытываемый струйный насос, полочный гравитационный сепаратор, датчики расхода и давления. При работе стенда жидкость из бака одним или двумя ЭЦН нагнетается в СН, где смешивается с инжектируемым газом и направляется в полочный гравитационный сепаратор, откуда жидкость стекает в бак, а выделившийся газ попадает в атмосферу.

Недостатком стенда является низкое давление инжектируемого газа, так как его откачка происходит из атмосферы, и как следствие получение характеристики СН, отображающей лишь узкий диапазон возможных режимов его работы.

Наиболее близким к заявляемому является стенд для испытания струйных насосов [Красильников И.А. Разработка методики расчета характеристик жидкостно-газовых эжекторов для эксплуатации скважин и водогазового воздействия на пласт с использованием насосно-эжекторных систем: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, М., 2010. С. 24-36], содержащий бак для жидкости, подпорный ЭЦН, испытываемый СН, систему задвижек, гравитационный сепаратор и систему подпитки газом для поддержания давления пассивной среды, включающую баллоны под давлением 20 МПа и газовый редуктор. Данный стенд позволяет проводить исследования при различных значениях перепада давления рабочей жидкости в сопле и давления инжектируемого газа в приемной камере СН.

Недостатком такого стенда является невозможность моделирования совместной работы погружного центробежного газосепаратора и струйного насоса при откачке газа из-под пакера. Кроме того, эксплуатация стенда представляет повышенную опасность из-за наличия в системе подпитки газом баллонов под давлением 20 МПа.

Задачей изобретения является обеспечение возможности моделирования скважинных условий на стенде и исследования совместной работы струйного насоса в компоновке с другим погружным оборудованием, а также подбор СН к конкретной скважине.

Указанный технический результат достигается тем, что стенд для испытания струйных насосов, содержащий гравитационный сепаратор, систему задвижек, испытываемый струйный насос и электроцентробежный насос, согласно изобретению дополнительно оснащен скважиной, в которой размещен электроцентробежный насос с погружным электродвигателем, гидрозащитой и газосепаратором, а также компрессором для закачки в скважину газа под давлением.

Наличие скважины с погружным электродвигателем (ПЭД), гидрозащитой, насосом и погружным центробежным газосепаратором дает возможность исследовать совместную работу струйного насоса с газосепаратором, который при эксплуатации осуществляет сброс порций газа в затрубное пространство. Компрессором в стенд вводится газ под давлением, равным скважинному на приеме СН.

Принципиальная схема заявляемого стенда представлена на фиг. 1, на фиг. 2 показана характеристика струйного насоса, снятая на стенде.

Стенд содержит ПЭД 1 с гидрозащитой 2, погружной центробежный газосепаратор 3 и ЭЦН 4, установленные внутри скважины 5, компрессор 13, например Reavell Н 5207, и испытываемый струйный насос 20, соединенный на входе с ЭЦН 4, а на выходе с гравитационным сепаратором 12, предназначенным для отделения жидкой фазы от газовой фазы. Погружной центробежный газосепаратор 3 обеспечивает дополнительную дегазацию рабочей жидкости, перекачиваемой из скважины 5. Перед входом в СН 20 последовательно установлены расходомер 17, контролирующий расход рабочей жидкости, задвижка 18 и датчик давления 19. Между испытуемым струйным насосом 20 и гравитационным сепаратором 12 размещены датчик давления 21, отображающий давление на выходе СН 20, и задвижка 22 для регулирования гидродинамического сопротивления сети. Гравитационный сепаратор 12 связан со скважиной 5 через жидкостную магистраль 10, на которой расположена задвижка 11. Сверху от гравитационного сепаратора 12 отходит газовая магистраль 16, сообщенная со скважиной 5 и оборудованная задвижками 23 и 24. На линии закачки газа из компрессора 13 установлены манометр 14, отображающий давление, создаваемое компрессором 13, и задвижка 15 для перекрытия подачи газа. На линии отвода газа из скважины 5 расположен трехходовой кран 6 для выбора источника пассивной среды, газовый расходомер 7 для контроля расхода пассивной среды и задвижка 8 для перекрытия сообщения СН 20 с источником пассивной среды. Давление в скважине 5 контролируется с помощью манометра 25. Для сброса давления газа стенд оснащен задвижкой 24.

Стенд работает следующим образом.

Испытания проводят в три этапа. Первый этап - закачка газа в стенд. Для предотвращения попадания газа в ЭЦН 4 и перекрытия сообщения стенда с атмосферой закрывают задвижки 18 и 24. Остальные задвижки 8, 11, 15, 22, 23 оставляют открытыми, трехходовой кран 6 устанавливают в положение, обеспечивающее сообщение скважинного пространства с приемной камерой струйного насоса 20. В газовую магистраль 16 компрессором 13 закачивают газ под давлением, равным скважинному на приеме СН. Давление закачки газа контролируют манометром 14. По достижении требуемого давления задвижку 15 закрывают.

Второй этап - вывод стенда на «рабочий режим». Открывают задвижку 18, запускают ПЭД 1. Регулируя частоту вращения вала ПЭД 1, устанавливают рабочее давление рабочей жидкости, заданное условием испытания, которое контролируется на датчике давления 19.

Третий этап - снятие характеристик. Регистрируют давление рабочей жидкости (Р_р) по датчику давления 19, давление пассивной среды - газа (Р_п) по датчику давления 9, давление на выходе СН (Р_с) по датчику давления 21, расход рабочей жидкости (Q_p) по жидкостному расходомеру 17 и расход пассивной среды (Q_п) по газовому расходомеру 7 при открытой задвижке 22. Следующие точки снимаются при постепенном закрытии задвижки 22 вплоть до прекращения расхода пассивной среды. Шаг закрытия задвижки 22 определяется в ходе испытания.

После испытаний строят характеристику СН в виде зависимости безразмерного перепада давлений на СН от коэффициента эжекции u, которые определяют по следующим формулам:

- безразмерный перепад давлений на СН;

- коэффициент эжекции.

Пример полученной таким образом характеристики для высоконапорного струйного насоса НЭСП-73.0-125/0, производства АО «Новомет-Пермь», приведен на фиг. 2. Рабочей зоной этого СН является область 26 максимального коэффициента эжекции при высоком значении безразмерного перепада давлений (близкая к перегибу характеристики СН).

Условия работы СН, близкие к скважинным, обеспечиваются за счет возможности регулировки давления закачиваемого газа, а наличие скважины позволяет проводить испытания СН в компоновке со всем остальным погружным оборудованием, используемым при нефтедобыче. Моделирование на предлагаемом стенде условий конкретной скважины дает возможность наилучшим образом подобрать к ней СН.