Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Mathematical model of the ejection system working process during the rotation of the jet pump in the well

Panevnyk Denis

Nafta-Gaz

|

2024

|

R. 80, nr 3

149--158

EN

A mathematical model of an above-bit jet pump has been developed for the conditions of its rotation in a well, based on the use of hydrodynamic functions of a complex variable. These functions take the form of a sum of partial solutions of differential equations describing the potential motion of radial, circulation and homogeneous flows. The working flow is considered as a leak for a stationary jet pump or as a vortex in the case of rotation. The injected flow corresponds to a homogeneous one. The mixed flow is assessed in accordance with the principle of superposition by summing the complex potentials of elementary flows. The complex potential of the total flow determines the velocity field in the mixing chamber of the jet pump and allows us to set the configuration of the zero flow line, which separates the working and injected flows. In the process of integrating the velocity profile, the coefficient of uneven distribution of kinematic parameters is assessed, the value of which is included in the structure of the equation for the pressure characteristic of the jet pump and determines the effect of circulation flows on the working process of the ejection system. It has been established that the maximum velocity of the symmetrical rotation of the jet pump in the well increases the generated pressure and efficiency by 7.79% and 9.57%, respectively. Using the experimental head characteristic of the jet pump, obtained for the case of simultaneous swirling of the working and injected flows by the guide elements, the value of the relative head corresponding to the same rotation velocity of the mixed media has been assessed. The investigated values of the relative head pressure are used to verify the adequacy of the developed mathematical model of the ejection system for the rotation of the jet pump in the well. The maximum discrepancy between the theoretical and experimental values of the relative head pressure of the jet pump is 3.64%.

PL

Opracowano model matematyczny pompy strumieniowej umieszczonej nad świdrem dla warunków jego obrotu w odwiercie, oparty na wykorzystaniu funkcji hydrodynamicznych zmiennej zespolonej. Funkcje te mają postać sumy cząstkowych rozwiązań równań różniczkowych opisujących potencjalny ruch przepływów promieniowych, cyrkulacyjnych i jednorodnych. Przepływ roboczy jest traktowany jako wyciek w przypadku stacjonarnej pompy strumieniowej lub jako wir w przypadku rotacji. Przepływ wynikający z tłoczenia odpowiada przepływowi jednorodnemu. Przepływ mieszany jest szacowany zgodnie z zasadą superpozycji poprzez sumowanie potencjałów złożonych przepływów elementarnych. Złożony potencjał całkowitego przepływu określa pole prędkości w komorze mieszania pompy strumieniowej i pozwala ustawić konfigurację zerowej linii przepływu, która oddziela przepływ roboczy od wynikającego z tłoczenia. W procesie całkowania profilu prędkości oceniany jest współczynnik nierównomiernego rozkładu parametrów kinematycznych, którego wartość jest uwzględniana w strukturze równania charakterystyki ciśnieniowej pompy strumieniowej i określa wpływ przepływów cyrkulacyjnych na proces roboczy układu wypływowego. Ustalono, że maksymalna prędkość symetrycznego obrotu pompy strumieniowej w odwiercie zwiększa generowane ciśnienie i wydajność odpowiednio o 7,79% i 9,57%. Wykorzystując eksperymentalną charakterystykę podnoszenia pompy strumieniowej, uzyskaną dla przypadku jednoczesnego zawirowania przepływu roboczego i tłoczonego przez elementy prowadzące, oszacowano wartość względnej głowicy odpowiadającej tej samej prędkości obrotowej mieszanego materiału. Analizowane wartości względnego ciśnienia zostały wykorzystane do sprawdzenia adekwatności opracowanego modelu matematycznego układu wypływowego w odniesieniu do obrotów pompy strumieniowej w odwiercie. Maksymalna rozbieżność między teoretycznymi i eksperymentalnymi wartościami względnego ciśnienia pompy strumieniowej wynosi 3,64%.

2

Simulation of the working process of a dual-circuit downhole ejection system

Wyrostkiewicz Michał, Panevnyk Denis

Nafta-Gaz

|

2022

|

R. 78, nr 9

654--661

EN

The article is devoted to a study of the flow's nature distribution in the above-bit ejection system as part of a series and parallel connection of two jet pumps designed to improve the technical and economic indicators of drilling production wells. Using the finite element method and computer programs, the critical value has been determined of the hydraulic resistance of the sludged section of the bottomhole, which provides an automatic change in the ejection system operation mode from injection to injection-suction. Regularities of changes in the hydrodynamic parameters of the ejection system have been established and the probability and conditions for the existence of non-operating modes of jet pumps have been analyzed. When conducting experimental studies, the influence of the flow rate of the working medium on the flow characteristic of a jet pump of a direct-flow and swirling working flow has also been determined. To swirl the flow, a plate with an inclination angle of the guide elements of 15° placed in the working nozzle of the jet pump has been used. The swirling of the working flow makes it possible to increase the injection ratio of the jet pump. The maximum increase in the value of the injection coefficient is 20.84% and corresponds to small (up to 104 ) Reynolds numbers of the working flow. The ratio between the maximum and minimum values of the injection coefficient of the flow characteristics of the jet pump when swirling the working flow is halved.

PL

Artykuł poświęcony jest badaniu charakteru przepływu w układzie z wypływem nad świdrem w ramach szeregowego i równoległego połączenia dwóch pomp strumieniowych, zaprojektowanych, aby poprawić wskaźniki techniczno-ekonomiczne wiercenia otworów produkcyjnych. Stosując metodę elementów skończonych oraz programy komputerowe, wyznaczono wartość krytyczną oporu hydraulicznego odcinka odwiertu, w którym przepływa płuczka ze zwiercinami, co zapewnia automatyczną zmianę trybu pracy układu wypływowego z tłoczenia na tłoczenie–ssanie. Ustalono prawidłowość zmian parametrów hydrodynamicznych układu wypływowego oraz przeanalizowano prawdopodobieństwo i warunki istnienia trybów, w których pompy strumieniowe nie pracują. Prowadząc badania eksperymentalne, określono wpływ natężenia przepływu czynnika roboczego na charakterystykę przepływową pompy strumieniowej o przepływie bezpośrednim i wirowym. Do zawirowania przepływu zastosowano płytkę o kącie nachylenia elementów prowadzących 15° umieszczoną w dyszy roboczej pompy strumieniowej. Zawirowanie przepływu roboczego umożliwia zwiększenie współczynnika tłoczenia pompy strumieniowej. Maksymalny wzrost wartości współczynnika tłoczenia wynosi 20,84% i odpowiada przepływowi roboczemu w zakresie małych (do 104 ) liczb Reynoldsa. Stosunek pomiędzy maksymalnymi i minimalnymi wartościami współczynnika tłoczenia w charakterystyce przepływowej pompy strumieniowej przy zawirowaniu przepływu roboczego zmniejsza się o połowę.

3

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

Panevnyk Denis

Nafta-Gaz

|

2021

|

R. 77, nr 9

579--586

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%.