energyЭнергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations1029-74482414-0341BNTU10.21122/1029-7448-2020-63-5-462-471energy-1997Research ArticleТЕПЛОЭНЕРГЕТИКАНEAT POWER ENGINEERINGПовышение энергоэффективности использования скважинных струйных насосовImproving the Energy Efficiency of the Use of Borehole Jet PumpsПаневникД. А.PanevnyD. A.

г. Ивано-Франковск

ПаневникА. В.PanevnyA. V.

Адрес для переписки: Паневник Александр Васильевич – Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа, ул. Карпатская, 15,  76018, г. Ивано-Франковск, Украина.  Тел.: +380 342 72-71-01

о.v.panevnik@gmail.com

Address for correspondence: Panevnyk Aleksandr V. - Ivano-Frankivsk National Technical University of Oil and Gas, 15, Karpatskaia str., 76018, Ivano-Frankivsk, Ukraine. Tel.: +380 342 72-71-01

Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газаУкраинаIvano-Frankivsk National Technical University of Oil andUkraine202013102020635462471Copyright © Паневник Д.А., Паневник А.В., 20202020Паневник Д.А., Паневник А.В.Panevny D.A., Panevny A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://energy.bntu.by/jour/article/view/1997

Приведено обоснование выбора глубины установки нефтяного струйного насоса в скважине, обеспечивающей его работу в режиме максимального коэффициента полезного действия. Режимные параметры эжекционной системы определяются совместным решением уравнений характеристики высоконапорного струйного насоса и гидравлической системы. В процессе решения системы уравнений использованы метод последовательных приближений, программная среда Delphi и ресурсы PTC Mathсad. Уравнение характеристики гидравлической системы струйного насоса получено на основе определения давлений в ее отличительных сечениях с последующим представлением их значений в виде относительного (безразмерного) напора эжекционной системы. Величины давлений смешанного, рабочего и эжектируемого потоков представлены в безразмерной форме в виде относительного напора эжекционной системы. Смена глубины установки струйного насоса изменяет характеристику его гидравлической системы, параметры рабочей точки насосной установки и ее КПД. При этом минимально допустимая глубина установки струйного насоса определяет-ся величиной минимального давления в элементах эжекционной системы, которое должно превышать значение давления упругости насыщенных паров нефтегазоводяного потока и обеспечивать ее эксплуатацию в докавитационном режиме. Вероятность работы струйного насоса в кавитационном режиме исследована с использованием уравнений Бернулли, Дарси – Вейсбаха и сплошности потока. Выявлена обратно пропорциональная зависимость коэффициента эжекции и КПД струйного насоса от глубины его установки в скважине. В случае установки струйного насоса в скважине на оптимальной глубине его КПД увеличивается на 30 %.

The article presents rationales for choosing the depth of installation of an oil jet pump in the borehole that which ensures maximum efficiency of its operation. The operating parameters of the ejection system are determined by the joint solution of the characteristic equations of the high-pressure jet pump and the hydraulic system. In the process of solving the system of equations, the method of successive approximations, the Delphi software environment and PTC Mathcad resources were used. The equation of the characteristics of the jet pump hydraulic system was obtained by determining the pressures in its distinctive cross-sections and then presenting their values as the relative (dimensionless) head of the ejection system. Alteration the installation depth of the jet pump changes the characteristics of its hydraulic system, the parameters of the operating point of the pumping unit and its efficiency. In this case, the minimum permissible installation depth of the jet pump is determined by the value of the minimum pressure in the elements of the ejection system, which must exceed the value of the elastic pressure of saturated vapors of the oil and gas flow and ensure its operation in pre-cavitation mode. The probability of operation of a jet pump in cavitation mode was studied using the Bernoulli, Darcy – Weisbach and flow continity equations. The inversely dependence of the ejection coefficient and efficiency of the jet pump on the depth of its installation in the borehole has been revealed. If the jet pump is installed in the borehole at the optimal depth, its efficiency is increased by 30 %.

эжекционные технологииэжекционная системаКПД насосагидравлическая системарабо-чая точка насосной установкикоэффициент эжекциикавитация в струйном насосеejector technologiesejection systempump efficiencyhydraulic systemworking point of the pump unitejection coefficientcavitation in the jet pumpReferencesZhu, H.-Y. Reducing the Bottom-Hole Differential Pressure by Vortex and Hydraulic Jet Methods / H.-Y. Zhu, Q.-Y. Liu, T. Wang // Journal of Vibroengineering. 2014. Vol. 16, No 5. P. 2224–2249.Zhu H.-Y., Liu Q.-Y., Wang T. (2014) Reducing the Bottom-Hole Differential Pressure by Vortex and Hydraulic Jet Methods. Journal of Vibroengineering, 16 (5), 2224–2249.Паневник, А. В. Определение эксплуатационных параметров наддолотной эжекторной компоновки / А. В. Паневник, И. Ф. Концур, Д. А. Паневник // Нефтяное хозяйство. 2018. № 3. С. 70–73.Panevnik A. V., Kontsur I. F., Panevnik D. A. (2018) Determination of Operational Parameters of the Near-Bit Ejector Assembly. Neftyanoe Khozyaistvo [Oil Industry], (3), 70–73 (in Russian).Syed, A. A. Coiled – Tubing Vacuum Removes Drilling – Induced Damage / A. A. Syed, C. H. Jeffrey, F. D. Gino // Oil and Gas Journal. 2002. Vol. 100, No 13. P. 41–46.Syed A. A., Jeffrey C. H., Gino F. D. (2002) Coiled – Tubing Vacuum Removes Drilling – Induced Damage. Oil and Gas Journal, 100 (13), 41–46.Syed, M. P. Surface Jet Pumps Enhance Production and Processing / M. P. Syed, B. Najam, S. Sacha // Journal of Petroleum Technology. 2014. Vol. 66, No 11. P. 134–136.Syed M. P., Najam B., Sacha S. (2014) Surface Jet Pumps Enhance Production and Processing. Journal of Petroleum Technology, 66 (11), 134–136.Development of Hybrid Airlift-Jet Pump with its Performance Analysis / D. Yao [et al.] // Applied Science. 2018. Vol. 8, No 9. P. 1413. https://doi.org/10.3390/app8091413.Yao D., Lee K., Ha M., Cheong C., Lee I. (2018) Development of Hybrid Airlift-Jet Pump with its Performance Analysis. Applied Science, 8 (9), 1413. https://doi.org/10.3390/app8091413.Иванова, И. Е. Теоретические исследования процесса выщелачивания кольматанта в гравийной обсыпке фильтра скважины при использовании установки для реверсивно-реагентной регенерации / И. Е. Иванова, В. В. Ивашечкин, В. В. Веременюк // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2018. Т. 61, № 1. С. 80–92. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2018-61-1-80-92.Ivanova I. E., Ivashechkin V. V., Veremenyuk V. V. (2018) Theoretical Studies of the Leaching Process of the Mudding Element in the Gravel Package of the Well Filter using the Unit for Reverse-Reagent Regeneration. Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of the CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 61 (1), 80–92. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2018-61-1-80-92 (in Russian).Осипов, С. Н. О повышении энергетической безопасности Беларуси / С. Н. Осипов // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2016. Т. 59, № 5. С. 464–478. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2016-59-5-464-478.Osipov S. N. (2016) On Increasing Energy Security of Belarus. Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of the CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 59 (5), 464–478. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2016-59-5-464-478 (in Russian).Здор, Г. Н. Автоматическое управление группой насосных агрегатов с целью снижения затрат электроэнергии / Г. Н. Здор, А. В. Синицын, О. А. Аврутин // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2017. Т. 60, № 1. С. 54–66. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2017-60-1-54-66.Zdor G. N., Sinitsyn A. V., Avrutin O. A. (2017) Pump Group Automatic Control for Reducing its Energy Consumption. Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of the CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 60 (1), 54–66. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2017-60-1-54-66 (in Russian).Gugulothy, S. K. Experimental and Performance Analysis of Single Nozzle Jet Pump with Various Mixing Tubes / S. K. Gugulothy, S. Manchikatla // International Journal of Recent Advances in Mechanical Engineering. 2014. Vol. 3, No 4. P. 119–133. https://doi.org/10.14810/ijmech.2014.3411.Gugulothy S. K., Manchikatla S. (2014) Experimental and Performance Analysis of Single Nozzle Jet Pump with Various Mixing Tubes. International Journal of Recent Advances in Mechanical Engineering (IJMECH), 3 (4), 119–133. https://doi.org/10.14810/ijmech.2014.3411.Ismagilov, A. R. Operational Process and Characteristics of Liquid-Gas Jet Pumps with the Ejected Vapor-Gas Medium / A. R. Ismagilov, E. K. Spiridonov // Procedia Engineering. 2016. Vol. 150. P. 247–253. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.06.756.Ismagilov A. R., Spiridonov E. K. (2016) Operational Process and Characteristics of Liquid-Gas Jet Pumps with the Ejected Vapor-Gas Medium. Procedia Engineering, 150, 247–253. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.06.756.Computational and Experimental Study on the Water-Jet Pump Performance / A. A. A. Sheha [et al.] // Journal of Applied Fluid Mechanics. 2018. Vol. 11, No 4. P. 1013–1020.Sheha A. A. A., Nasr M., Hosien M. A., Wahba E. M. (2018) Computational and Experimental Study on the Water-Jet Pump Performance. Journal of Applied Fluid Mechanics, 11 (4), 1013–1020.Дроздов, А. Н. Применение установок погружных гидроструйных насосов с двухрядным лифтом для эксплуатации осложненных скважин / А. Н. Дроздов, В. А. Териков // Нефтяное хозяйство. 2009. № 6. С. 68–72.Drozdov A. N., Terikov V. A. (2009) Application of Submerged Jet Pumps Systems with Dual-String Lift for the Sticky Holes Operation. Neftyanoe Khozyaistvo [Oil Industry], (6), 68–72 (in Russian).Anderson, I. Petroleum Technology Digest: Hydraulic Jet Pumps Prove Well Suited for Remote Canadian Field / I. Anderson, R. Freeman, T. Pough // World Oil. 2006. No 8. P. 71–77.Anderson I., Freeman R., Pough T. (2006) Petroleum Technology Digest: Hydraulic Jet Pumps Prove Well Suited for Remote Canadian Field. World Oil, (8), 71–77.Xiao, L. Cavitating Flow in Annular Jet Pumps / L. Xiao, X. Long // International Journal of Multiphase Flow. 2015. Vol. 71. P. 116–132. https://doi.org/10.1016/j.ijmultiphaseflow.2015.01.001.Xiao L., Long X. (2015) Cavitating Flow in Annular Jet Pumps. International Journal of Multiphase Flow, 71, 116–132. https://doi.org/10.1016/j.ijmultiphaseflow.2015.01.001.Velychkovych, A. S. Study of the Stress State of the Downhole Jet Pump Housing / A. S. Velychkovych, D. O. Panevnyk // Naukovii Vіsnik NGU. 2017. No 5. P. 50–55.Velychkovych A. S., Panevnyk D. O. (2017) Study of the Stress State of the Downhole Jet Pump Housing. Naukovii Vіsnik NGU = Scientific Bulletin of National Mining University, (5), 50–55.Паневник, Д. А. Оценка напряженного состояния корпуса наддолотного гидроэлеватора / Д. А. Паневник, А. С. Величкович // Нефтяное хозяйство. 2017. № 1. С. 70–73.Panevnik D. A., Velichkovich A. S. (2017) Assessment of the Stressed State of the Casing of the Above-Bit Hydroelevator. Neftyanoe Khozyaistvo [Oil Industry], (1), 70–73 (in Russian).Соколов, Е. Я. Струйные аппараты / Е. Я. Соколов, Н. М. Зингер. М.: Энергоатомиздат, 1989. 352 с.Sokolov E. Ya., Zinger N. M. (1989) Jet Devices. Moscow, Energoatomizdat Publ. 352 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.