Simulation of a downhole jet-vortex pump’s working process

• Autorzy: Panevnyk Denis

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2021.09.02

Warianty tytułu

PL

Symulacja procesu pracy wgłębnych wirowych pomp strumieniowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article is devoted to the theoretical study of the operation process of the borehole ejection system as part of the tubing string, jet pump and packer installed below; the system implements the hydrojet method of oil well operation. The improved design of the jet pump contains inclined guiding elements placed in its receiving chamber for swirling the injected flow, which results in an increase in the efficiency of the borehole ejection system. Based on the law of conservation of liquid momentum in the mixing chamber of the jet pump and taking into account the inertial pressure component caused by the swirling of the injected flow, there is obtained the relative form of the equation of the ejection system pressure characteristic, the structure of which contains a component that determines the value of the additional dynamic head. According to the results obtained, the additional dynamic head caused by swirling of the injected flow is determined by the ratio of the geometric dimensions of the flow path of the jet pump, the angle of inclination of the elements for creating vortex flows, and the ratio of the power and reservoir fluids. In the case of asymmetric swirling of the injected flow, an increase in the value of the relative displacement of the jet pump decreases the value of the additional dynamic pressure. In order to study the effect of flow swirling on the energy characteristic of the ejection system, the pressure characteristic of the jet pump was transformed into the dependence of its efficiency on the injection coefficient. Jet pump models with the ratio of the cross-sectional areas of the mixing chamber and the nozzle of 5.012 and 6.464, respectively, were used to check the adequacy of the theoretical pressure and energy characteristics obtained during the simulation of the performance process of the concentric ejection system. The average error in the theoretical determination of the pressure and efficiency of the vortex jet does not exceed 8.65% and 6.48%, respectively.

PL

Artykuł poświęcony jest teoretycznemu studium opisującemu proces pracy wgłębnego systemu wydobycia z odwiertu złożonego z kolumny rur wydobywczych, pompy strumieniowej i zainstalowanego poniżej pakera; przy użyciu tego systemu prowadzona jest eksploatacja odwiertów naftowych metodą hydrojet. Udoskonalona konstrukcja pompy strumieniowej zawiera skośne elementy prowadzące umieszczone w jej komorze zasilającej do zawirowania przepływu tłoczonego płynu, co skutkuje zwiększeniem wydajności systemu wydobycia z odwiertu. Na podstawie zasady zachowania pędu cieczy w komorze mieszania pompy strumieniowej oraz po uwzględnieniu bezwładnościowej składowej ciśnienia wywołanej zawirowaniem przepływu tłoczonego płynu otrzymuje się względną postać równania charakteryzującego ciśnienia w układzie ejekcyjnym, którego struktura zawiera składnik określający wartość dodatkowej wysokości podnoszenia. Zgodnie z uzyskanymi wynikami dodatkowa wysokość podnoszenia spowodowana zawirowaniem przepływu tłoczonego płynu jest określona przez: stosunek wymiarów geometrycznych toru przepływu pompy strumieniowej, kąt nachylenia elementów tworzących przepływ wirowy oraz stosunek płynów zasilających i złożowych. W przypadku asymetrycznego zawirowania przepływu tłoczonego płynu wzrost wartości względnej wyporności pompy strumieniowej powoduje zmniejszenie wartości dodatkowego ciśnienia dynamicznego. W celu zbadania wpływu zawirowania przepływu na charakterystykę energetyczną układu ejekcyjnego – charakterystykę ciśnieniową pompy strumieniowej przekształcono na zależność jej sprawności od współczynnika tłoczenia. Do sprawdzenia prawidłowości teoretycznych charakterystyk ciśnienia i energii uzyskanych podczas symulacji procesu pracy koncentrycznego układu ejekcyjnego wykorzystano modele pomp strumieniowych o stosunku powierzchni przekroju komory mieszania do dyszy odpowiednio 5,012 i 6,464. Średni błąd ciśnienia i wydajności strumienia wirowego wyznaczonych w sposób teoretyczny nie przekraczał odpowiednio 8,65% i 6,48%.

Słowa kluczowe

EN

downhole ejection system; oil; jet pump; relative; pressure; injection; ratio; flow; twist; efficiency

PL

wgłębny system wydobywczy; pompa strumieniowa; wydobycie ropy naftowej; ciśnienie względne; współczynnik; tłoczenie; przepływ skrętny; wydajność

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2021
• Tom: R. 77, nr 9
• Strony: 579--586
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz.

Twórcy

autor

Panevnyk Denis

• Department of Oil and Gas Machines and Equipment, Ivano-Frankivsk National Technical University of Oil and Gas

Bibliografia

• Carpenter С., 2020a. Installation of Gas Ejector Provides Boost to Low-Pressure Gas Well. Journal of Petroleum Technology, 72(11): 69–70. DOI: 10.2118/1120-0069-JPT.
• Carpenter С., 2020b. Overcoming Challenges in Chemical EOR During Polymer Breakthrough. Journal of Petroleum Technology, 72(6): 74–75. DOI: 10.2118/0620-0074-JPT.
• Kryzhanivskyi E.I., Panevnyk D.A., 2020. Improving use efficiency above-bit jet pumps. Socar proceeding, 2: 112–118. DOI: 10.5510/OGP20200200437.
• Morrall A., Campobasso S., Quayle S., 2018. Numerical and experimental investigation of a vertical flow-inducing jet pump. The 17th International Conference on Fluid Flow Technologies: Modelling Fluid Flow (CMFF’18) held in Budapest, Hungary, 4–7 September.
• Muster S., Clark C., 2016. Rethink Artificial Lift with Hydraulic Pumping Systems. Diverse Energy Systems: 12. LIB145588. https://kb.oges.info/library/145588/Rethink-Artificial-Lift-with-Hydraulic-Pumping-Sys (accessed: 2018.05.25).
• Panevnyk D.A., Panevnyk A.V., 2020. Improving the Energy Efficiency of the Use of Borehole Jet Pumps. Energetika. Proc. CIS Higher Educ. Inst. and Power Eng. Assoc. 63(5): 462–471. DOI: 10.21122/1029-7448-2020-63-5-462-471.
• Qinglong L., Xueqiang W., Geng T., Liangliang D., Yun L., Xingzheng F., Yongtao, Y., 2020. Simulation and Experimental Study on Fishing Performance of Vacuum Suction Wellbore Cleaning Tool. Mathematical Problems in Engineering. Article ID 2371059: 13. DOI: 10.1155/2020/2371059.
• Sokolov E.Ya., Zinger N.M., 1989. Inkjet devices. Energoatomizdat, Moscow: 1–352.
• Zafarullah S., Ansari U., Habibullah, Ahmed I., Ahmed M., 2021. Developing Well Performance Analysis for Improving the pump capacity of Jet Pumps using SNAP software. International Journal of Current Engineering and Technology, 11(2): 168–172. DOI: 10.14741/ijcet/v.11.2.4.
• Zhu H.-Y., Deng J.-G., Zhao J.-Y., 2012b. Vortex methods reducing the bottom-hole differential pressure. Journal of Mines, Metals and Fuels, 60(5): 81–90.
• Zhu H.-Y., Liu Q.-Y., Wang T., 2012a. Reducing the bottom-hole differential pressure by vortex and hydraulic jet methods. Journal of Vibroengineering, 16(5): 2224–2249

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).