QC成果报告-提高水力射流泵井筒排液成功率

提高水力射流泵井筒排液成功率 小组名称：海洋试油11队QC小组发 表 人：刘义兴 单位名称：中石化胜利石油工程有限公司井下作业公司海洋试油作业大队2014年1月15日目 录前 言1一、小 组 概 况2二、选 题 理 由3三、设 定 目 标4四、目标可行性分析4五、原 因 分 析7六、确定主要原因8七、制 定 对 策20八、实 施 对 策21九、效 果 检 查29十、制定巩固措施32十一、总结和下一步打算32前 言海洋试油作业大队组建于1985年，主要担负着胜利浅海油区试油修井作业任务，现有9个前线试油作业队，各类专业技术人才129人。海洋试油11队主要承担修井施工、射流泵排液施工、试油技术服务、海上油水井增产增注措施等各类现场技术服务工作。先后有五项成果获得国家实用新型专利，1项QC成果获得国优QC成果奖。水力射流泵简介：水力射流泵是一种通过高压动力液举升地层液的井筒排液设备。该设备具有结构简单、无运动部件、运行可靠等特点，并且在海上油田排液求产以及酸化后排酸中可实现与其他工序的联作，快速排液，降低地层二次污染。下图为水力射流泵排液施工工艺流程图（见图1）。1.下入工作筒2.井口投入泵芯4.排出液分离计量3.泵注动力液排液图1 水力射流泵排液施工工艺原理图制图人：刘义兴 时间：2013年1月4日 一、小 组 概 况 1、小组活动情况简介：（见表1）表1 小组活动情况简介表小组名称海洋试油11队QC小组注册编号JX2013-47课题名称提高水力射流泵井筒排液成功率成立时间2011年3月注册时间2013年1月活动次数25次课题类型现场型活动时间2013.12013.12活动方式集中与分散相结合出勤率100%获奖情况国家级优秀QC成果一等奖一项局级QC小组成果一等奖两项制表人：刘义兴 制表时间：2013年1月5日2、小组成员简介：（见表2）表2 小组成员简介表序号姓名年龄性别学历职称组内分工1刘义兴32男大学工程师方案制定2范玉斌44男大专高级技师指导实施3李 莹31女大学工程师技术设计4崔洪波41男大学工程师技术设计5张金东46男大专工人资料整理6庞兴河35男大学高级工程师组织实施7尤春光42男大学高级技师方案审核8孟 营36男大专工人质量分析制表人：孟营 制表时间：2013年1月5日二、选 题 理 由井下作业公司设备管理制度中规定，水力射流泵井筒排液一次成功率85%方针目标 表3 2012年水力射流泵井筒排液成功率统计表 时间（月）123456789101112平均成功率（%）807590756710080507575909079现场情况制表人：刘义兴 制表时间：2013年1月10日 2012年水力射流泵井筒排液成功率为79%运行情况图2 2012年水力射流泵井筒排液成功率折线图制图人：崔洪波 制图时间：2013年1月10日造成影响水力射流泵井筒排液成功率低导致施工周期延长、劳动强度增加， 2012年海上水力射流泵排液62次，其中13井次发生故障，作业成本增加115万确定课题提高水力射流泵井筒排液成功率三、设 定 目 标通过本次活动，结合现场施工情况，使海上水力射流泵排液的井筒排液成功率由原来的79%提高到85%（见图3）。现状 活动目标图3 小组活动目标柱状示意图制图人：范玉斌 制图时间：2013年1月10日四、目标可行性分析采油技术手册（第三版）上册中规定射流泵用于井筒排液时，连续工作时间应150小时，方能将井筒及近井地带的污液排净，取得地层实际的产液结果，实现成功的井筒排液。根据这一要求，小组成员查阅2012年度海上射流泵施工故障井台帐、质量分析台账，调查分析了射流泵排液过程的问题，绘制了2012年导致射流泵井筒排液成功率低问题的调查表（见表4）。表4 2012年海上射流泵井筒排液成功率低问题调查表序号井号连续排液时间施工内容存在故障问题类型1埕北25B-551h酸化后排酸泵压超限停机射流泵喉管结垢2CDX-55i86h排液求产泵效低停泵泵芯密封件损坏3CDX-25P93h排液求产泵压超限停机射流泵喉管结垢4埕北古7-145h酸压后排酸泵压超限停机射流泵喉管结垢5青东2345h排液求产泵压超限停机射流泵喉管结垢6CDX-56P56h排液求产泵压超限停机射流泵喉管结垢7CDX-18P77h排液求产泵效低停泵泵芯密封件损坏8埕北1B-485h酸化后排酸泵压超限停机射流泵喉管结垢9埕北11NB-1278h酸化后排酸无出液停机地面泵操作失误10KD40329h酸化后排酸泵压超限停机动力液堵塞泵芯11埕北4C-135h酸化后排酸泵压超限停机射流泵喉管结垢12埕北1B-576h酸化后排酸不出液管柱刺漏13埕北22C-590h酸化后排酸泵压超限停机动力液堵塞泵芯调查人：尤春光、庞兴河、范玉斌 数据来源：质量分析台账制表人：刘义兴 制表时间：2013年1月16日根据表4，小组成员做出射流泵井筒排液成功率低问题统计表（见表5）。表5 射流泵施工成功率低问题统计表序号问题类型频数(次)累计频数(次)频率（%）累计频率（%）1射流泵喉管结垢7753.853.82泵芯密封件损坏2915.469.23动力液堵塞泵芯21115.484.64地面泵操作失误1127.792.35管柱刺漏1137.7100统计人：李莹 制表时间：2013年1月20日根据统计表，小组成员绘制了海上水力射流泵井筒排液成功率低问题的饼分图（见图4）。 图4 水力射流泵井筒排液成功率低的问题饼分图制图人：刘义兴 制图时间：2013年1月20日由饼分图可看出，影响海上水力射流泵井筒排液成功率低的主要问题是：射流泵喉管结垢。历史借鉴：在2012年射流泵排液成功率折线图中，我们可以看出：3、6、11、12月份的射流泵排液成功率在目标范围内，说明目标值是可行的。综上分析：通过努力，小组活动目标实现是可行的。五、原 因 分 析小组成员针对水力射流泵喉管结垢这一主要问题进行分析，绘制关联图（见图5）。操作人员培训不达标喷嘴内径小喷嘴喉管尺寸不匹配气蚀效益动力液湍流喉管内径大理论差摩阻高流速变化大操作不当密封件差颗粒携带差形成的负压值低射流泵喉管结垢动力液与地层液配伍性差检测不准确刺 漏喉管内部结晶流速降低离子反应入库把关不合格泵体装配不合格零件配合差堵塞器不到位 因素： 主要问题： 要因：图5 水力射流泵排液中喉管结垢现象的影响因素关联图 制图人：刘义兴 时间：2013年1月25日分析人：刘义兴、范玉斌、李莹、崔洪波、张金东、庞兴河、尤春光、孟营第 7 页 六、确定主要原因从关联图中可以看出造成射流泵喉管结垢的末端因素有5项，分别为：操作人员培训不达标、动力液与地层液配伍性差、入库把关不合格、泵体装配不合格、喷嘴喉管尺寸不匹配。小组成员根据原因分析的5个末端因素制定了要因确认表（见表6）。表6 要因确认表序号末端因素验证方法判断依据验证人地点日期1操作人员培训不达标调查分析现场考核考核操作人员能否按照设备操作规程正确操作庞兴河孟营会议室、井场2013.1.291.302动力液与地层液配伍性差室内实验现场分析动力液与地层液配伍性是否达标刘义兴尤春光实验室、井场2013.2.12.33入库把关不合格调查分析现场抽检考核射流泵配件入库合格率是否达标范玉斌庞兴河资料室、工房2013.2.42.54泵体装配不合格调查分析现场试压考核装配后的泵体试压是否达标刘义兴范玉斌资料室、工房2013.2.65喷嘴喉管尺寸不匹配现场实验模拟验证考核喷嘴喉管尺寸不匹配是否削弱液流对结晶颗粒的携带刘义兴崔洪波码头、会议室2013.2.9制图人：刘义兴 时间：2013年1月25日小组成员针对影响射流泵喉管结垢的5个末端因素，逐一进行了分析验证。要因验证1：操作人员培训不达标验证方法：调查分析、现场考核 验证地点：会议室、井场验证时间：2013.1.291.30 验 证 人：庞兴河、孟营判定依据：考核操作人员能否按照设备操作规程正确操作验证过程：小组成员查阅2012年操作人员培训记录，共培训24次，协同管理人员对8位操作人员进行考试（见图6），成绩见表7。 人员证件 实操考试操作人员在考试图6 检验员证件、现场考核图制图人：范玉斌 制图时间：2013年1月29日表7 考试成绩分数段统计表姓名尤春光张胜斌单喜珍丁健张卫东钟佳金张传东崔强理论9582918579928383操作9691948092818582制表人：孟营 制表时间：2013年1月30日人员持证上岗，并且理论、操作考试全部合格。因此，操作人员培训不达标对射流泵喉管结垢问题影响为非要因。验证结果：非要因。要因验证2：动力液与地层液配伍性差验证方法：室内实验、现场分析 验证地点：实验室、井场验证时间：2013.2.12.3 验 证 人：刘义兴、尤春光判定依据：动力液与地层液配伍性是否达标验证过程：胶圈碳化变脆鉴于海上施工用水量大，海水便于取材，所以常采用过滤海水作为动力液。小组成员查阅了渤海湾水质水文统计表，对渤海湾水质水文进行分析的基础上，小组成员绘制了渤海水质分类情况表，见表8。表8 渤海水质分类情况表序号分类海水中的离子及物质1可被过滤分离藻类、粘土颗粒、浮游生物2无法过滤分离Ca2+、Na+、K+、Mg2+、Al3+、Li+等80余种离子制表人：崔洪波 制表时间：2013年2月1日由表8可知，海水中存在包括Ca2+、Na+、K+、Mg2+、Al3+、Li+等80余种离子，而经过粗滤、精滤处理后的过滤海水仍无法处理掉这些离子。为验证这些离子的存在是否会导致动力液与地层液配伍性不达标，进而造成喉管结垢，小组成员通过外协的方式采用过滤海水、水源井水两种样本分别与地层产液进行了室内实验验证，见图9。图7 模拟实验验证制图人：刘义兴、孟营 制图时间：2013年2月1日实验中，采用传感器控制系统温度、压力，注入泵注入动力液，通过称重喉管的方法确定内部是否有结垢产生。小组成员对实验后三个喉管样本进行称重，重量统计表见表9。表9 模拟喉管重量统计表序号种类重量（g）结果1未经实验喉管53无结垢2水源井水喉管53无结垢3过滤海水喉管55有结垢制表人：李莹 制表时间：2013年2月2日由表可知，过滤海水动力液与地层液混合发生结垢，二者配伍性不达标。因此，动力液与地层液配伍性差对射流泵喉管结垢问题影响为要因。验证结果：要因要因验证3：入库把关不合格验证方法：调查分析、现场抽检 验证地点：资料室、工房验证时间：2013.2.42.5 验 证 人：范玉斌、庞兴河判定依据：考核射流泵配件入库合格率是否达标验证过程： 小组成员跟踪检查射流泵配件入库的过程：射流泵配件入库时库管负责人检查配件的合格证，并依据加工图纸逐件检验，填写入库检验登记表，做到不合格的配件不入库，严把质量关。（见图8）配件检验配件图纸 入库登记配件入库 图8 射流泵配件加工、检验过程图制图人：庞兴河 制图时间：2013年2月4日2012年共入库配件79件，详见2012年入库配件检验台账（表10）。表10 入库配件检验台账年度数量（件）不合格（件）合格率（%）2012790100制表人：范玉斌 制表时间：2013年2月4日小组成员现场随机抽取已入库的射流泵配件，按照射流泵操作使用说明书进行了现场检验（见图9）。检验抽取 图9 射流泵配件抽检过程图制图人：范玉斌 制图时间：2013年2月5日根据检验结果，现场绘制射流泵配件抽检记录统计表（见表11）。表11 现场射流泵配件抽检记录序号图号配件名称合格（件）不合格（件）合格率（%）检验人1JP-51-01筒体30100张金东2JP -51-02打捞接头50100张金东3JP -51-03喷嘴120100张金东4JP -51-04喉管120100尤春光5JP -51-05扩散管120100尤春光6JP -51-06托砂皮碗150100尤春光7JP -51-07滑套50100孟 营8JP -51-08堵塞器30100孟 营9JP -51-09压力计托筒30100孟 营制表人：孟营 调查时间：2013年2月5日抽检入库的射流泵配件全部合格，因此，入库把关不合格对射流泵喉管结垢问题影响为非要因。验证结果：非要因要因验证4：泵体装配不合格验证方法：调查分析、现场试压 验证地点：资料室、工房验证时间：2013.2.6 验 证 人：刘义兴、范玉斌判定依据：考核装配后的泵体试压是否达标验证过程：小组成员查阅了2012年射流泵工作筒组装及地面实验台账（见表12）。表12 2012年射流泵泵体组装及地面实验统计台账年度组装（批）试压（次）不合格（次）合格率（%）201270700100制表人：范玉斌 调查时间：2013年2月6日射流泵是由工作筒和泵芯两部分配合完成工作的。因此，小组成员分别进行了泵芯的装配试压（见图10）和泵工作筒的装配试压（见图12）。装配 试压 图10 射流泵泵芯装配、试压图制图人：刘义兴 制图时间：2013年2月6日射流泵芯装配完成后，按照井下作业与试油技术实用手册试压35MPa，稳压15min，压降0.5MPa，试压为合格。试压合格后出具合格证，建立试压合格台账（见图11）。建立台账试压、稳压 图11 射流泵泵芯试压过程制图人：尤春光 制图时间：2013年2月6日对射流泵施工影响较大的主泵工作筒关键部件，进行抽检试压（见图12）。射流泵主工作筒图12 射流泵工作筒关键部件的抽检试压图制图人：刘义兴 制图时间：2013年2月6日整理射流泵现场抽检试压记录（见表13）。表13 现场抽检试压记录序号名称压力（MPa）稳压（min）压降（MPa）结果检验人1主工作筒35150.1合格刘义兴制表人：崔洪波 调查时间：2013年2月6日抽检测试全部合格，严格的措施保证射流泵及配件完好率为100%。因此，泵筒装配不合格对射流泵喉管结垢问题影响为非要因。验证结果：非要因要因验证5：喷嘴喉管尺寸不匹配验证方法：现场实验、模拟验证 验证地点：码头、会议室验证时间：2013.2.9 验 证 人：刘义兴、崔洪波判定依据：喷嘴喉管尺寸不匹配是否削弱液流对结晶颗粒的携带验证过程：首先对水力射流泵的工作过程进行分析，结合经典理论力学理论，定性分析射流泵内部结构尺寸对排液的影响，然后通过数值模拟和现场实验相结合的办法确定喷嘴喉管尺寸不匹配是否导致喉管结垢。小组成员针对射流泵喉管结垢问题，分析射流泵排液全过程,见图13： 图13 水力射流泵工作原理示意图制图人：刘义兴 制图时间：2013年2月8日地面柱塞泵从油管正注动力液，动力液在喷嘴处节流，由质量守恒定律可知，流量不变的前提下，截面积减小，则流速增加。再根据理想流体伯努利方程（1）， （1）式（1）中：z-位置水头（m），v-液流速度（m/s），g-重力加速度（m/s2），-液体密度，p-液体压力（Pa），C-常数。由于水力射流泵下至设计深度之后不变，故z为定值，在液体密度不发生改变的前提下，速度增加，则压力降低。在喷嘴处压力骤降，形成“负压”。地层液被吸入“负压”区，与动力液混合，最后经过扩散管将速度能转化为压力水头，经油套环空被举升至地面。从以上分析过程可以看出，射流泵喷嘴喉管的尺寸不匹配直接导致液流速度和流态的变化，而流速流态的变化直接影响液流对结晶颗粒的携带作用。为了验证这一结论，小组成员分别进行了数值模拟和现场实验。1、 数值模拟小组成员经过分析讨论，决定使用Fluent流体动力学软件对喷嘴喉管内流体流动建模进行软件模拟，验证分析的结果。模拟求解步骤如下：a、计算雷诺数Re，判断喉管内流体形态。 （式2）式中： Re-雷诺数，-流体黏性系数（Nsm-2），-流体密度（kg/m3）-流体的流速（m/s），-管道直径（m）。根据动力液的最小、最大排量带入式2中计算，求出：3.27105Re1.31042300，可知管内流体形态为湍流。b、依据湍流形态，建立如图所示模型（见图14）。 图14 流体模型图 图15 初始条件的设定制图人：李莹、刘义兴 制图时间：2013年2月9日c、定义求解器（数值格式、收敛控制），求解并监控（见图15）。同时为了设置初始条件， 根据表42012年水力射流泵施工井下成功率低问题统计表小组成员查埕北古7-1井施工报表，将施工参数录入。模拟的结果（见图16）：从图中可以看出，沿流体流动的方向，喉管壁出现了表征流动性降低的流动涡旋，说明喉管壁可能存在结垢物。沿喉管方向出现流体流动性的变化图16 喉管壁流体流态模拟图制图人：刘义兴 时间：2013年2月9日2、 现场实验为进一步证实数值模拟的结果，小组成员进行了现场实验验证。由于结垢发生在喉管内，因此小组成员决定选用喉管内径作为验证点，调整喉管内径大小进行排液实验。实验采用的设备详单见表14。表14 水力射流泵地面实验设备用具统计表序号名称型号数量备注1三缸柱塞泵PSSA-1161台2动力液罐20m31个3软胶管50，35MPa2根4模拟地层液罐2m31个5射流泵芯1号泵芯1个喉管内径4.8mm2号泵芯1个喉管内径5.2mm6量油尺20m1把7秒表506型2个制表人：刘义兴，尤春光 时间： 2013年2月10号实验方法：实验装置及工艺流程示意图见图17。连接管路，启动三缸泵，动力液经三缸泵加压泵注入射流泵内，射流泵的吸入管线连接在模拟地层液罐底部出水口，通过三缸泵显示器读取泵压、动力液排量，通过量油尺和秒表测取模拟地层液的吸入速率。射流泵芯地面实验 图17 两种喉管下分别进行实验的过程制表人：刘义兴，范玉斌 时间：2013年2月10号实验中控制泵压8MPa，动力液排量12L/min，经过计算，得出内径4.8mm和5.2mm时喉管壁的液流速度，同时，小组成员查阅了胶体与界面化学得到硫酸钙晶体颗粒在水中的沉降速度为0.05m/s，查阅粉体工程可知，流体能够携带自由状态固体颗粒的条件是流速大于颗粒在该流体中沉降速度的2倍。根据以上分析，小组成员对相关参数进行计算，并绘制了两种喉管内径尺寸下液流对颗粒携带的对比关系表，见表15。表15 两种喉管内径尺寸下液流对颗粒携带的对比关系表序号喉管内径尺寸(mm)最大速度umax（m/s）流态喉管壁流速计算公式喉管壁流速速度u（m/s）水中自由沉降速度v（m/s）是否满足u2v14.811紊流0.120.05满足25.29.4层流0.08不满足制表人：刘义兴，尤春光 时间： 2013年2月10号由以上分析可知，喉管内径增加之后，导致液流速度降低，喉管壁的流体速度不满足大于2倍沉降速度的颗粒携带要求，无法将吸附在喉管壁的结垢颗粒携带出，因此，内部结构尺寸不匹配削弱了液流对晶体颗粒的携带作用，进而导致喉管内结垢。因此，综合数值模拟和现场实验验证情况发现，喷嘴喉管尺寸不匹配对射流泵喉管结垢问题影响为要因。验证结果：要因结论：综上所述，造成射流泵喉管结垢的主要原因是：动力液与地层液配伍性差和喷嘴喉管尺寸不匹配。七、制 定 对 策根据验证结果确定的要因，小组成员经过认真分析讨论，对相应对策进行了可行性分析，并制定了详细的对策方案。1、“动力液与地层液配伍性差”对策方案的可行性分析（见表16）。表16 “动力液与地层液配伍性差”对策方案可行性分析表序号对策措施分析对比结论1海水动力液中加入化学防垢剂进行配伍性实验，化学防垢剂筛选评价，并确定浓度优点：成本低，易实施采用缺点：无2更换清洁动力液采用船舶向施工井输运清洁无污染的水源井水做动力液优点：清洁，无敏感反应不采用缺点：成本过高、耗时制表人：庞兴河 分析时间：2013年2月10日2、“喷嘴喉管尺寸不匹配”对策方案的可行性分析（见表17）。 表17 “喷嘴喉管尺寸不匹配”对策方案可行性分析表序号对策措施分析对比结论1改变喉管内径改变喉管内径，匹配喷嘴、喉管、扩散管的参数，达到优化效果优点：简单易行不采用缺点：效果不理想2重新设计泵芯内部结构射流泵芯内部结构尺寸的设计，喉嘴距实验优化，确定材质，设计图纸加工装配优点：效果好采用缺点：工作量大，考虑项点多制表人：刘义兴 分析时间：2013年2月10日针对以上对策方案的筛选，进行综合分析后，我们制定了要因对策措施表（见表18）。序号要因对策目标措施实施地点责任人时间1动力液与地层液配伍性差海水动力液中加入化学防垢剂筛选出防止喉管结垢的防垢药剂1、进行药剂配伍性实验，优选化学防垢剂。2、确定浓度。实验室工房刘义兴范玉斌2013232喷嘴喉管尺寸不匹配重新设计泵芯内部结构使泵芯连续工作150小时不结垢1.射流泵芯内部结构尺寸的设计2、优选材质3.喉嘴距实验优化4.设计图纸加工装配办公室工房刘义兴庞兴河201335表18 对策措施表制表人：刘义兴、范玉斌 制定时间：2013年2月11日八、实 施 对 策实施一：海水动力液中加入化学防垢剂小组成员调研国内外井下防垢剂产品性能，通过厂家给出的防垢剂类型及成分对比，筛选了三种离子型防垢剂分别为SA1320C、BHF-02、BHF-06。小组成员查阅厂家提供的产品说明书，从经济性、环保性、耐温性、耐压性四个方面对药剂参数性能进行了对比，做出了三种防垢剂参数性能对比表（见表19）。表19 三种防垢剂参数性能对比表序号防垢剂经济性环保性耐温性耐压性1SA1320C3万/立方有毒14070MPa2BHF-022万/立方无毒20070MPa3BHF-062.5万/立方无毒13035MPa综合性能：BHF-02BHF-06SA1320C（环保性，经济性、耐温性、耐压性排序）制表人：刘义兴 分析时间：2013年2月12日同时，在实验室内，对三种防垢剂的防垢效果在室内分别进行了实验评价，见图18。防垢剂筛选评价实验中实验准备图18 药剂评价实验制图人：李莹 时间：2013年2月15日三种防垢剂分别在浓度为5mg/L、50m g/L、200 mg/L、1000m g/L、5000 mg/L下进行筛选评价，筛选情况见表20。表20 三种防垢剂配伍性筛选结果对比表防垢剂 类型判断标准反应时间（h）防垢剂浓度(mg/L)55020010005000SA1320C是否沉淀0无无无 无 无24无无无 无无60有无无 无无96有有无无无150有有有无无BHF-020无无无无无24无无无无无60无无无无无96无无无无无150无无无无无BHF-060无无无无无24无无无无无60无无无无无96有无无无无150有有无无无制表人：刘义兴、范玉斌 制定时间：2013年2月18日由表20可以发现，BHF-02型在低浓度下即可有效阻止结垢长达150小时，起到很好的结垢抑制作用。根据三种防垢剂经济性、环保性、耐温、耐压性等性能参数对比，以及防垢效果实验筛选，最后，小组成员选定BHF-02型离子防垢剂。由表20可知，BHF-02在浓度为5-5000mg/L下均满足抑制结垢的要求，小组成员从节约防垢剂成本的角度出发，确定动力液配制浓度为5mg/L。小组成员使用BHF-02防垢剂配制了过滤海水动力液，选择3口施工井进行试验，均取得了良好施工效果（表21）。表21 加入动力液防垢剂后施工井统计表序号井号持续排液时间（h）排液深度（m）日期效果1CDX-192.19良好2CDX-21P21018652013.2.26良好3埕北古7-118517212013.3.10良好制表人：刘义兴 时间：2013年3月15日实施二： 重新设计泵芯内部结构步骤一：射流泵芯内部结构尺寸的设计设计思路：射流泵的设计即是要在一定工作条件下能获得最大吸液量时，对应的最优结构参数，小组成员结合胜利浅海油区储层实际供液情况，采用流体力学公式计算得出喷嘴、喉管、扩散管和进液室等主要结构尺寸。在确定以上参数的基础上，通过实验优选出最佳的喉嘴距。1、射流泵的喷嘴设计已知工作流量及循环泵扬程，喷嘴直径d1的大小可由工程流体力学公式计算得到：（式3）式中：Qo-工作液体流量，m3/s；-循环泵扬程，m；-流量系数，一般取0.95。计算得出喷嘴直径d1=3mm。2、射流泵其它结构参数的确定（1）面积比由循环泵工作压力的经验表达式求出：（式4）（2）喉管直径d3计算式：（式5）（3）喉管长径比（L/D）：喉管是一个关键部件，喉管的适当长度及大小对加强地层液的转移具有重要作用。由经验公式推出射流泵喉管的长径比为6。（4）吸液室为圆环状，流动截面积为喷嘴出口面积的6-10倍。（5）扩散管长度。扩散管的作用是把射流泵出口处的动能转化为压能。扩散管长度LD=（710）（dc-d3），dc为扩散管出口断面直径。经式（5）计算得到dc=24mm。经过计算得到射流泵设计后的结构参数尺寸，如表22所示。表22 水力射流泵设计后的结构参数尺寸统计表参 数数值参 数数值喷嘴直径3mm吸液室内径31mm喉管直径4.7mm喷嘴喉管面积比3.7扩散管长度153mm喉管长径比6.0扩散管出口断面直径24mm制表人：刘义兴 庞兴河 时间：2013年3月20号步骤二：优选材质原射流泵泵芯部件采用了30CrMo，小组成员为验证这种材质是否满足新设计的要求，通过查阅机械设计基础和常用钢材性能手册，选择其它两种钢材和原30CrMo钢进行性能对比，并做出这三种钢材的性能参数对比表（见表23）。表23 三种常用钢材性能参数对比表序号钢号抗拉（MPa）屈服（MPa）伸长率（%）收缩率（%）硬度（HBS）145#3252041226255230CrMo6856601250255335CrMo7358351545255综合性能：35CrMo30CrMo45#（相同硬度，最佳抗拉、屈服强度排序）制表人：孟营 庞兴河 时间：2013年3月22号通过对比发现，材质35CrMo具有更强的综合性能，所以本次选用的加工材质为35 CrMo。步骤三：喉嘴距实验优化喉嘴距是水力射流泵最重要的内部结构参数之一，小组成员通过现场排液实验对此进行优选，实验方法同要因验证5。实验中调节喉嘴距分别为2、4、6、8、10、12mm进行排液实验，实验情况见图19。喉嘴距=4mm喉嘴距=2mm 喉嘴距=8mm喉嘴距=6mm 喉嘴距=12mm喉嘴距=10mm 图19 不同喉嘴距下排液试验现场图制图人：范玉斌，崔洪波 时间：2013年3月23号在实验中，小组成员记录三缸泵泵压15MPa，动力液流量100L/min的流量下，不同的喉嘴距对吸液速率的影响，绘制了影响曲线图，见图20。图20 喉嘴距对吸液速率的影响曲线图制图人：刘义兴 孟营 时间：2013年3月25号图22的现象可以解释为：当喉嘴距小于6mm时，动力液从喷嘴出口到喉管时间较短，卷吸作用弱，不能产生足够大的“负压”，导致吸液速率低；当喉嘴距大于6mm时，动力液从喷嘴喷出后射流逐渐发散，流动损失增大，也降低了吸液速率，削弱了流体对晶体颗粒的携带作用。当喉嘴距等于6mm时，吸液速率达到最大，此时流速、流态均达到最佳，可以有效的将结晶颗粒全部携带排出。根据以上分析，小组成员选定喉嘴距为6mm。第四步：设计图纸、加工装配根据计算及实验优选结果，小组成员绘制了喷嘴喉管内部安装的设计装配图，见图21。并由外协单位根据设计装配图加工了喷嘴、喉管和扩散管，见图22。工作筒扩散管喉管喷嘴图21 水力射流泵喷嘴喉管扩散管设计装配图喉管喷嘴扩散管混合液制图人：李莹 时间：2013年3月27日工作筒动力液地层液 图22 水力射流泵实物图制图人：刘义兴 时间2013年3月28日水力射流泵内部结构改进后，在现场进行试验，取得了良好的施工效果。效果检验整体改造实施后，2013年4-6月份在现场应用5井次，连续排液时间均超过150小时，取得了成功（见表24）。表24 重新泵芯内部结构后水力射流泵施工情况统计表序号井号持续排液时间（h）排液深度（m）日期效果1埕北古7-515523492013.4.03良好2CDX-34P16417652013.4.09良好3埕北11N-115217212013.5.14良好4埕北43-斜115819782013.6.19良好5埕北古7-115521652013.6.30良好制表人：孟营 制表时间：2013年7月10日九、效 果 检 查 1、目标值检查小组成员对2013年下半年施工的水力射流泵