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

• Autorzy: Panevnyk, Denis

Warianty tytułu

PL

Model matematyczny procesu pracy układu wyrzutowego podczas obrotu pompy strumieniowej w otworze

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

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%.

Słowa kluczowe

PL

pompa strumieniowa umieszczona powyżej świdra; przepływy potencjalne; funkcje hydrodynamiczne; potencjał złożony; profil prędkości

EN

above-bit jet pump; potential flows; hydrodynamic functions; complex potential; velocity profile

• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2024
• Tom: R. 80, nr 3
• Strony: 149--158
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys.

Twórcy

autor

Panevnyk, Denis

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

Bibliografia

• Chen X., Cao T., Yu K.-A., Gao D.-L., Yang J., Wei H.-S., 2020. Numerical and experimental investigation on the depressurization capacity of a new type of depressure-dominated jet mill bit. Petroleum Science, 17(01): 1602–1615. DOI: 10.1007/s12182-020-00472-8.
• Chen X., Gao D., Guo B., 2016. A method for optimizing jet-mill-bit hydraulics in horizontal drilling. SPE Journal, 4: 416–422. DOI:10.2118/178436-PA.
• Cholet H., 1978. Improved hydraulics for rock bits. Proceeding of the 53rd Annual Fall Technical Conference and Exhibition of the Society of Petroleum Engineers of AIME, held in Houston, USA,01–03 October.
• Djuraev R., Toshov J., Khatamova D., 2020. Improving methods of energy-efficient operation of drilling equipment using vortex tubes when drilling wells with air purging. Technical science and innovation, 3(22): 45–54. DOI: 10.51346/tstu-01.20.3-77-0086.
• Eckel I., Deily F., Deily L., Ledgerwood L., 1955. Development and Testing of Jet Pump pellet impact drill bits. Mat. 30 Annual Fall Meeting of the Petroleum Branch of the American Institute of Mining and Metallurgical Engineers held in New Orlean, USA,02–05 October.
• Guillaume D., Judge T., 2004. Improving the efficiency of a jet pump using a swirling primary jet. Review of Scientific Instruments,75(2): 553. DOI: 10.1063/1.1638873.
• Hughes J., 2014. Underbalanced Horizontal Drilling could it be the ultimate completion Technique? Sunstone Technologies Services, LLC. <https://docplayer.net/20877020-Underbalanced-horizontal-drilling-could-it-be-the-ultimate-completion-technique.html> (dostep: 26.08.2022).
• Khalid A., Ashraf Q., Luqman K., Hadj-Moussa A., Khurshid I., 2020. Air/foam drilling coupled with drilling with casing technique enables operator to drill and isolate troublesome section to target depth on multiple wells in Pakistan. Proceeding of the International Petroleum Technology Conference (IPTC) held in Dhahran, Kingdom of Saudi Arabia, 13–15 January. DOI:10.2523/IPTC-20182-MS.
• Kryzhanivskyi E.I., Panevnyk D.A., 2020. Improving use efficiency above-bit jet pumps. Socar proceeding, 2: 112–118. DOI: 10.5510/OGP20200200437.
• Kryzhanivskyi Ye.I., Panevnyk, D.O., 2019. The study of the flows kinematics in the jet pumps mixing chamber. Naykovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 1: 62–68. DOI:10.29202/nvngu/2019-1/7.
• Kumar V., Subbarao P. M., Singhal G., 2019. Effect of nozzle exit position (NXP) on variable area mixing ejector. SN Applied Sciences, 1(1473): 9. DOI: 10.1007/s42452-019-1496-y.
• Morrall A., Campobasso M., Quayle S., 2018. Numerical and Experimental Investigation of a Vortical Flow-Inducing Jet Pump. Proceeding of the 17th International Conference on Fluid Flow Technologies (CMFF’18) held in Budapest, Hungary, 4–7 October.
• Panevnyk D.A., 2021. Simulation of a downhole jet-vortex pump’s working process. Nafta-Gaz, 77(9): 579–586. DOI: 10.18668/NG.2021.09.02.
• Prandtl L., 2020. Gidroaeromehanika. Wyd. NITs «Regulyarnaya i haoticheskaya dinamika», Izhevck: 1–576.
• Rogovyi A., Lukіanets S., 2022. Kinematic Parameters of the Oil Flow in a Vortex Chamber Pump. Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Hydraulic machines and hydraulic units, 1: 59–65. DOI: 10.20998/2411-3441.2022.1.09.
• Shrestha U., Choi Y., 2022. Estimation of Reverse Flow Rate in J-Groove Channel of AJP and SCP Models Using CFD Analysis. Processes, 10, 785: 21. DOI: 10.3390/pr10040785.
• Sokolov E.Ya., Zinger N.M., 1989. Inkjet devices. Wyd. Energoatomizdat, Moscow: 1–352.
• Suryanarayana P., Hasan K., Hughes W., 2004, Technical feasibility and applicability of a concentric Jet pump in underbalanced drilling. Proceeding of the SPE/IADC Underbalanced Technology Conference and Exhibition held in Houston, USA), 11–12 October.SPE/IADC 91595.
• Wittrisch C., Trapy J., 2003. Hydraulic Jet Pumps Modeling and Improvements. Proceeding of the Offshore Mediterranean Conference and Exhibition held in Ravenna, Italy, 26–28. March. Paper Number: OMC-2003-099.
• Wyrostkiewicz M., Panevnyk D., 2022. Simulation of the working process of a dual-circuit downhole ejection system. Nafta-Gaz, 78(9): 654–661. DOI: 10.18668/NG.2022.09.02.
• Yong H., Lihong Z., Deyong Z., Hualin L., Jinying W., Jinshen Y., Yugang Z., Zhibin, W., 2016. Study on structure parameters of reverse circulation drill bit secondary injector device based on injector coefficient. Proceeding of the IADC/SPE Asia Pacific Drilling Technology Conference held in Singapore, 22‒24 August. DOI: 10.2118/180539-MS.
• Zhu H., Liu Q., 2015. Pressure drawdown mechanism and design principle of jet pump bit. Scientia Iranica B, 22(3): 792–803.
• Zhu H., Liu Q., Wang T., 2012. Vortex methods reducing the bottomhole differential pressure. Journal of Mines, Metals and Fuels, 60(5): 81–90.
• Zhu H., Liu Q., Wang T., 2014. Reducing the bottomhole differential pressure by vortex and hydraulic jet methods. Journal of Vibroengineering, 8: 2224–2249.

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2024.03.03