Мета роботи - розробка теоретичних засад створення та використання свердловинних струминних насосів на основі дослідження гідродинамічних характеристик потоків в елементах ежекційної системи. Враховуючи актуальність та мету роботи сформульовано основні задачі досліджень. 1. Проаналізувати сучасні уявлення про стан теоретичних досліджень стосовно поширення та областей використання струминних насосів з метою оцінки ефективності їх застосування для інтенсифікації процесів буріння та ліквідації ускладнень і освоєння свердловин. Класифікувати конструктивні варіанти ежекційних свердловинних систем. 2. Розробити аналітичну модель роботи струминного насоса з врахуванням типу схеми включення, призначення та можливості експлуатації в екстремальному режимі в системі циркуляції свердловини. 3. Дослідити робочі процеси та границі використання струминного насоса при будівництві свердловин. 4. Експериментально перевірити розроблені математичні моделі роботи свердловинного струминного насоса. 5. Розробити рекомендації по створенню та використанню ежекційних пристроїв для інтенсифікації процесів буріння та освоєння свердловин. ЗМІСТ ВСТУП 6 1. АНАЛІЗ СУЧАСНОГО СТАНУ ПРОБЛЕМИ РОЗРОБКИ ТА ВИКОРИСТАННЯ СВЕРДЛОВИННИХ ЕЖЕКЦІЙНИХ СИСТЕМ 13 1.1. Визначення областей та ефективності застосування струминного свердловинного насоса 13 1.2. Узагальнення схем використання струминних насосів в свердловині 22 1.3. Розробка схеми класифікації конструкцій свердловинних струминних насосів 29 1.4. Математичні моделі робочого процесу ежекційних систем 32 1.4.1. Аналіз відомих математичних моделей робочого процесу струминного насоса 32 1.4.2. Аналіз методик визначення характеристики гідравлічної системи струминного свердловинного насоса 35 Висновки за результатами аналізу та постановка задач дослідження 43 2. РОЗРОБКА ЗАГАЛЬНОЇ КОНЦЕПЦІЇ ПОБУДОВИ МАТЕМАТИЧНИХ МОДЕЛЕЙ СВЕРДЛОВИННИХ ЕЖЕКЦІЙНИХ СИСТЕМ 47 2.1. Математична модель робочого процесу струминного насоса 47 2.1.1 Розрахункова схема та постановка задачі дослідження 47 2.1.2 Виведення рівняння характеристики струминного насоса 50 2.1.3 Визначення параметрів стабілізації потоку в камері змішування 60 струминного насоса 2.1.3.1 Визначення довжини ділянки приєднання турбулентного струменя 63 2.1.3.2. Визначення кінематичних параметрів змішаного потоку на ділянці відновлення профіля швидкостей 68 2.2. Математична модель гідравлічної системи струминного насоса 78 2.2.1. Загальні положення математичної моделі 78 2.2.2. Визначення емпіричного коефіцієнта гідравлічного опору камери змішування струминного насоса 81 2.2.3. Виведення рівняння характеристики ежекційної системи 86 Висновки 95 3. ДОСЛІДЖЕННЯ РОБОЧОГО ПРОЦЕСУ СВЕРДЛОВИННИХ ЕЖЕКЦІЙНИХ СИСТЕМ 96 3.1. Узагальнена витратна характеристика свердловинних ежекційних систем 96 3.2. Граничні режими роботи свердловинних ежекційних систем 103 3.2.1. Визначення кавітаційних характеристик струминного насоса 106 3.2.1.1. Кавітаційний режим робочої насадки 106 3.2.1.2. Кавітаційний режим камери змішування 110 3.2.1.3. Кавітаційна критеріальна характеристика ежекційної системи 112 3.2.1.4. Визначення впливу конструкції ежекційної системи на кавітаційну характеристику струминного насоса 119 3.2.2. Визначення характеристики режиму граничного напору струминного насоса 124 3.2.3. Визначення можливості роботи струминного насоса в режимі 140 нульового напору 3.3. Визначення характерних параметрів свердловинних ежекційних систем 144 3.4. Дослідження нестаціонарних режимів роботи ежекційних систем 167 3.4.1. Визначення режиму роботи струминного насоса в процесі зниження тиску в підпакерній зоні 167 1. 3.4.2. Визначення режиму роботи струминного насоса в процесі відновлення тиску в підпакерній зоні 172 Висновки 191 4. ДОСЛІДНА ПЕРЕВІРКА МАТЕМАТИЧНИХ МОДЕЛЕЙ РОБОЧОГО ПРОЦЕСУ СТРУМИННОГО СВЕРДЛОВИННОГО НАСОСА 194 4.1. Експериментальне дослідження характеристик струминного насоса в процесі очищення вибою свердловини 195 4.2. Порівняльний аналіз теоретичних і експериментальних досліджень роботи струминного насоса в складі пристрою для ліквідації прихоплень бурильної колони 200 4.3. Дослідження роботи струминного насоса в режимі прямого промивання 203 4.4.Перевірка адекватності математичної моделі роботи струминного насоса під час буріння з поверхневим джерелом інжектованого потоку 208 4.5. Перевірка математичної моделі роботи струминного насоса в процесі видобування води 211 4.6. Перевірка математичної моделі роботи струминного насоса в процесі створення депресії на пласт 212 4.7. Дослідна перевірка математичної моделі роботи паралельно під'єднаного струминного насоса 216 4.8. Експериментальне дослідження граничних режимів роботи струминного насоса 220 Висновки 230 5. РОЗРОБКА РЕКОМЕНДАЦІЙ ПО СТВОРЕННЮ ТА ВИКОРИСТАННЮ ЕЖЕКЦІЙНОГО ОБЛАДНАННЯ 232 5.1. Визначення основних конструкторських параметрів струминного свердловинного насоса 232 5.1.1. Ежекційні системи з незмінним гідравлічним опором 235 5.1.2. Ежекційні системи з змінним гідравлічним опором 238 5.1.3. Ежекційні системи з ізольованими напірною і всмоктувальною лініями 241