Скважинный газогидродинамический излучатель-диспергатор

 

Изобретение позволяет повысить эффективность диспергирования жидкости в газе и возможности акустического воздействия на газожидкостный поток в стволе скважины и призабойной зоне пласта, для чего скважинный газогидродинамический излучатель-диспергатор, содержащий корпус с центральным каналом в виде двух усеченных конусов , направленных вершинами друг к . | ДРУГУ, между которыми установлена сообщающаяся с центральным каналом вихревая камера, снабжен установленной на входе вихревой тороидальной камеры втулкой-сепаратором с центральным проходным каналом, выполненным в виде расширяющегося в сторону входа вихревой тороидальной камеры усеченного конуса с винтообразными пазами с равномерно расположенными по длине последних сквозными радиальными отверстиями, а вихревая тороидальная камера образована двумя диспергирующими элементами, выполненными в виде конфузора и диффузора с соосно расположенными центральными каналами в виде двух усеченных конусов, направленных вершинами друг к другу, причем один из диспергирующих элементов размещен неподвижно в корпусе, а второй выполнен подвижным и подпружинен относительно первого , при этом втулка-сепаратор и корпус образуют между собой камеру, гидравлически сообщенную с вихревой тороидальной камерой„ 1 ило VJ VI 00 ю ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ социялистичкских ;ц 1778р79 (si)s F. ?1 В 43/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) (21) 4861867/03 (22) 27.OR.90 (46) 30. 11,92. Бюл. 8 44 (71) Ивано"франковский институт неф" ти и газа (72) Р.И. Кондрат, В.С. Петришак, В.В. Величко, И.А. Зинченко и У.Г. Мурэалимов (56) Авторское свидетельство СССР 1251962, кл. R 06 В 1/20, 1985, Авторское свидетельство СССР

I" 1517987, кл. В 01 F 11/02, 1987. (54) СКВАИИНННИ ГАЗОГИЛРОДИНАИИЧЕСКИИ

ИЗЛУЧАТЕЛЬ-ДИСПЕРГАТОР (57) Изобретение позволяет повысить эффективность диспергирования жидкости в газе и возможности акустического воздействия на газожидкостный поток в стволе скважины и призабойной зоне пласта, для чего скважинный газогидродинамический излучатель"диспергатор, содержащий корпус с центральным каналом в виде двух усечвнных конуСкважинный газогидродинамический излучатель"диспергатор относится к об ласти добычи газа и нефти, в частнос."ти к движению гаэожидкостных смесей в подъемных трубах скважин, и может быть использован для интенсификации выноса жидкости (воды и углеводородного кон-. денсата) иэ газовых скважин и очист" ки от скопившейся жидкости призабой" ной зоны пласта. сов, направленных вершинами друг к ., другу, между которыми установлена сообщающаяся с центральным каналом вих" ревая камера, снабжен установленной на входе вихревой тороидальной камеры втулкой"сепаратором с центральным про" ходным каналом, выполненным в виде расширяющегося в сторону входа вихре" вой тороидальной камеры усеченного ко" нуса с винтообразными пазами с равно" мерно расположенными по длине послед" них сквозными радиальными отверстиями, а вихревая тороидальная камера образована двумя диспергирующими элементами, выполненными в виде конфуэора и диффу" зора с соосно расположенными цент.ральными каналами в виде двух усеченных конусов, направленных вершина» ми друг к другу, причем один из диспергирующих элементов размещен неподвиж" но в корпусе, а второй выполнен подвижным и подпружинен относительно пер", вого, при этом втулка-сепаратор и кор" пус образуют между собой камеру, гидравлически сообщенную с вихревой то" роидальной камерой. 1 ил.

СО

1

Известен скважинный гаэогидродина" мический излучатель"диспергатор,со; держащий корпус с центральным каналом, расположенные по обе стороны последнего две вихревые цилиндрические камеры со стенками иэ эластичного материала и взаимодействующий с вихре" выми камерами внешний источник управляемого давления жидкости или газа, выполненный в виде пульсатора, под

i 1778279 воздействием которого изменяются раз" меры камер и тем самым генерируются колебания разной частоты.

Недостатком излучателя"диспергато"

5 ра является низкая эффективность дис" пергирования жидкости в газе и акус" тического воздействия на газожидкост" ный поток вследствие попадания в вих" ревые камеры незначительной части об" 1р щего потока газожидкостной смеси, что связано с малой площадью контактиро" вания вихревых камер с центральным каналом. Кроме этого, для создания в излучателе"диспергаторе колебаний раз.15 ной частоты требуется внешний источ" ник управляемого давления жидкости или газа, а пульсатор постоянно наст" роен на заданный темп изменения дав" ления, что снижает эффективность ра" боты устройства в условиях перемен" ного расхода газожидкостной смеси.

Известен также скважинный газогид" родинамический излучатель диспергатор, содержащий корпус с центральным и 25 кольцевым каналами в виде двух усе" ченных конусов, направленных вершина" ми друг к другу, между которыми име" ются расположенные на одном уровне и сообщающиеся с каналами идентичные 39 . вихревые тороидальные камеры, при" чем стенки примыкающих одна к другой камер центрального и кольцевого кана" лов выполнены из эластичного материа" ла. 35

Данный излучатель-диспергатор, ра" ботающий за счет использования естественной энергии пластового газа, характеризуется недостаточной эффектив" ностью диспергирования жидкости в га" 4п зе и акустического воздействия на га" зожидкостный поток вследствие сравни» тельно небольшого взаимного изменения размеров вихревых камер центрального и кольцевого каналов в процессе рабо" 45 ты устройства и возможности самоглу" шения на выходе излучателя"диспергато" ра колебаний потоков, поступающих из центрального и кольцевого каналов.

Цель изобретения " повышение эффек. © тивности диспергирования жидкости в газе и возможности акустического воз" действия на газожидкостный поток в. стволе скважины и призабойной зоне пласта °

Поставленная цель достигается тем, что скважинный газогидродинамический излучатель"диспергатор, содержащий корпус с центральным каналом в виде двух усеченных конусов, направленных вершинами друг к другу, между которы" ми установлена сообщающаяся с цент" ральным каналом вихревая тороидаль" ная камера, снабжен установленной на входе вихревой тороидальной камеры втулкой"сепаратором с центральным про" ходным каналом, выполненным в виде расширяющегося в сторону входа вихре" вой тороидальной камеры усеченного конуса с винтообразными пазами с рав" номерно расположенными по длине последних сквозными радиальными отверстиями, а вихревая тороидальная камера образована двумя диспергирующими эле" ментами, выполненными в виде конфузора и диффузора с соосно расположенны" ми центральными каналами в виде двух усеченных конусов, направленных вершинами друг к другу, причем один из диспергирующих элементов размещен не подвижно в корпусе, а второй выполнен подвижным и подпружинен относительно первого, при этом втулка"сепаратор и корпус образуют между собой камеру, гидравлически сообщенную с вихревой тороидальной камерой, Существенными признаками предлагае» мого скважинного газогидродинамичес" кого излучателя»диспергатора по срав нению с известными устройствами яв" ляются следующие признаки.

1. Выполнение вихревой тороидаль" ной камеры разъемной в виде двух диспергирующих элементов, подпружинен" ных между собой (и/или по отношению к корпусу), что позволяет изменять размеры вихревой тороидальной камеры и тем самым генерировать колебания . разной частоты под воздействием соб" ственной энергии газожидкостного потока без привлечения внешнего источника давления жидкости или газа. При этом величина и периодичность изменения размеров вихревой тороидальной камеры зависят от характеристик газожидкост" ного потока, т.е. данные величины яв-. ляются саморегулируемыми. По сравне" нию с прототипом значительно увеличи" вается диапазон изменения размеров вихревой.:тороидальной камеры, который можно регулировать выбором возвратной пружины соответствующей жесткости, а также отсутствует опасность самоглу" шения колебаний на выходе излучателя" диспергатора вследствие наличия в г предлагаемом устройстве одного потока газожидкостной смеси вместо двух пото"

Я б не сквозными радиальными отверстиями 1О.

Вихревая тороидальная камера 2 об" разует с поверхностью каналов 5, 6 тупые и острые кромки 11, 12. Верхний диспергирующий элемент (диффузор) закреплен неподвижно в корпусе 1 прижимной гайкой 13 с центральным от верстием. Нижний диспергирующий эле" мент (конфуэор) 3 выполнен подвижным и подпружинен относительно верхнего диспергирующего элемента возвратной пружиной 14. Втулка-сепаратор 7 o6o" рудована равномерно расположенными по окружности в ее верхНей части верти" кальными цилиндрическими патрубками

1 . Через патрубки 15 и выполненные в нижнем диспергирующем элементе 3 вертикальный кольцевой канал 16 и радиальные каналы 17 камера 18 между втулкой"сепаратором 7 и корпуссм 1 гидравлически сообщается с вихревой тороидальной камерой 2 со стороны ее внешней стенки. Радиальные каналы 17 равномерно располагаются по окружнос" ти вихревой тороидальной камеры 2.

Количество и диаметр радиальных каналов 17 выбираются такими, чтобы обеспечить ввод в вихревую тороидальную камеру .2 всей отделяемой во втулке" сепараторе 7 жидкости в виде доста" точно малых струй. Для предотвращения кругового перемещения нижнего диспергирующего элемента 3 в процессе работы излучателя"диспергатора верх" няя часть втулки-сепаратора 7 и ниж" няя..часть нижнего диспергирующего элемента 3 выполнены соответствующей, формы, как это показано на фиг. 1 и фиг. 3; Возможен вариант оборудования нижней части наружной поверхности нижнего диспергирующего элемента 3 буртиками и выполнения на внутренней поверхности корпуса 1 вертикальных пазов, по которым будут скользить буртики при перемещении нижнего диспер" гирующего элемента 3. Втулка"сепара" тор 7 закрепляется в корпусе 1 при" жимной гайкой 19 с центральным отвер" стием. Для предотвращения перетоков жидкости и газа вдоль стенок корпуса

1 и между нижним диспергирующим элементом 3 и втулкой-сепаратором 7 слу" жат уплотнительные элементы 20.

5 177827 ков (центрального и кольцевого) в проотипе, взаимодействующих между собой а его выходе.

2. Оборудование входа вихревой то" роидальной камеры втулкой-сепаратором с центральным проходным каналом, вы" полненным в виде расширяющегося в сторону входа вихревой тороидальной каме» ры усеченного конуса с винтообразными 10 пазами с равномерно расположенными по их длине сквозными радиальными отвер" стиями, что позволяет отбирать из га" зожидкостного потока часть жидкости с последующим вводом отделенной жид- 15 кости иэ камеры между втулкой"сепара" тором и корпусом в вихревую тороидальную камеру через каналы, примыкающие к ее наружной поверхности. Пода" ча части жидкости в виде отдельных 20, струй непосредственно в вихревую торо" идальную камеру с высокими скоростями. движения газожидкостного потока приво" дит к ее интенсивному дроблению, что способствует созданию высокодисперс" ной структуры газожидкостной смеси.

Эти суцзественные отличия обеспечивают новизну и положительный эффект от применения предлагаемого устрой" ства по сравнению с известными. 30

На фиг. 1 изображен продольный разрез предлагаемого скважинного газо" гидродинамического излучателя"диспер" гатора для варианта, когда верхний Г диспергирующий элемент (диффузор) З5 закреплен неподвижно в корпусе, вто" рой (нижний) диспергирующий элемент (конфузор) выполнен подвижным и подпружинен относительно первого возвратной пружиной; на фиг. 2 - то же, 40 вид сверху; на фиг. 3 " сечение А"А излучателя"диспергатора.

Скважинный гаэогидродинамический излучатель-диспергатор . содержит кор" пус 1, вихревую тороидальную камеру 45

2, образованную нижним и верхним диспергирующими элементами 3, 4, выпол" ненными в виде конфузора и диффузора, с соосно расположенными централь-р. ными каналами 5, 6 в виде двух усе- 50 ченных конусов, направленных вершина ми друг к другу, и установленную на входе вихревой тороидальной камеры 2 втулку"сепаратор 7 с центральным про" ходным каналом .8, выполненным в виде расширяющегося в сторону входа вихревой тороидальной камеры усеченного конуса с аинтоооразными пазами 9 с равномерно расположенными по их дли".

I з

Возможны варианты выполнения сква" жинного газогидродинамического иэлуче"

1778279 ния"диспергатора с подвижным нижним дис" пергирующим элементом 3, когда возврат" ная пружина размещается со стороны втулки"сепаратора 7 (корпуса 1) или

5 применяются две возвратные пружины, расположенные сверху и снизу диспер" гирующего элемента 3, а также вариан" ты с подвижным верхним диспергирующим элементом 4 и расположением возврат" ной пружины со стороны нижнего диспергирующего элемента 3 и/или корпуса 1.

Скважинный газогидродинамический излучатель"диспергатор монтируется у башмака лифтовых труб и крепится к 15 ним своими верхним концом. В случае необходимости по длине колонны лифто" вых труб устанавливается несколько.излучателей-диспергаторов. Направление движения газожидкостной смеси через излучатель"диспергатор показано стрелками.

Скважинный газогидродинамический излучатель"диспергатор работает сле" дующим образом. 25

В процессе подьема по лифтовым трубам газожидкостная смесь поступает через центральное отверстие в нижней гайке 19 во втулку-сепаратор 7, Двигаясь по центральному каналу 8 с . 30 винтообраэными пазами 9, она приоб" ретает вращательное движение. Под дей" ствием центробежных сил жидкость от" брасывается к стенкам внутренней по" верхности втулки"сепаратора 7 и через З радиальные отверстия 10 перетекает в камеру 18, расположенную между втул" кой-сепаратором 7 и корпусом 1. Вы» полнение центрального канала 8 втул" ки"сепаратора 7 в виде расширяющегося 40 в сторону входа вихревой тороидаль" ной камеры конуса способствует более полному разделению компонент потока вследствие постепенного увеличения центробежной силы по мере подъема 4 газожидкостной смеси.

Частично отсепарированный: газ с каплями жидкости и не отделившейся жидкой Фазой поступает в центральный проходной канал 5 нижнего дисперги" О рующего элемента 3, По мере подъема газожидкостной смеси площадь сечения канала 5 уменьшается. Это приводит к увеличению скорости движения газо" жидкостного потока, что способствует диспергированию находящейся в газе жидкости. На выходе. канала 5 часть газа захватывается острыми кромками

12 и попадает в вихревую тороидаль" ную камеру 2, где он, вращаясь, воз" буждает колебания проходящего по ка" налам 5 и 6 основного потока газа. В результате этого создаются ультразву" ковые колебания, воздействующие на газожидкостный поток.

Вследствие высоких скоростей движения газа н вихревой тороидальной камере 2 давление в ней падает. Под действием создающегося перепада давления между давлениями в камере 18 и вихревой тороидальной камере 2 скопившая" ся в камере 18 жидкость поступает по патрубкам 15 в кольцевой канал t6 и через радиальные каналы 17 впрыскивается в виде отдельных струек во вра" щаюцийся в вихревой тороидальной ка- . мере 2 поток газа, переходя в мелко" дисперсное состояние.

Таким образом, в предлагаемом скважинном газогидродинамическом иэ" лучателе"диспергаторе в отличие от прототипа и аналога диапергирование поступающей вместе с газом из пласта жидкости осуществляется последователь" но, в два приема. Сначала в канале 5 и на тупых и острых кромках 11, 12 вихревой тороидальной камеры 2 про" исходит диспергирование неотделившейся во втулке"сепараторе 7 жидкости.

В вихревую тороидальную камеру 2 пос" тупает.однородный высокодисперсный газожидкостный поток, который,в свою очередь, диспергирует вторую часть жидкости., вводимую в вихревую тороидальную камеру 2 через патрубки 15, кольцевой канал 16 и радиальные каналы 17.

Акустическое воздействие на газо" жидкостный поток, дополнительная турбулизация газожидкостной смеси на тупых и острых кромках 11, 12 вихре" вой тороидальной камеры 2 в сочетании с отбором части жидкости иэ гаэожидкостного потока во втулке"сепара" торе на входе вихревой тороидальной камеры 2 и последующим вводом ее в виде отдельных струек в вихревую тороидальную камеру 2 .приводят к интенсив" ному диспергированию жидкости в газе, Повышению эффективности дисперги" рования газожидкостной смеси способ" ствует также выполнение нижнего диспергирующего элемента 3 подвижным.

Под действием создаваемых вихревой камерой 2 ультразвуковых колебаний нижний диспергирующий элемент 3 не"

k прерывно вибрирует, изменяя размеры

177"279

10 (объем) вихревой камеры 2. Соответст" венно изменяется объем газожидкост" ной смеси, захватываемой. острыми кромками 12 и попадающей в вихревую тороидальную камеру 2. П и этом диа" пазон колебания размеров вихревой тороидальной камеры 2 значительно больше, чем в прототипе. Амплитуду колебаний нижнего диспергирующего эле 1п мента 3 можно регулировать выбором возвратной пружины 14 соответствую" щей жесткости. Как известно, частота колебаний зависит от геометрических размеров (объема и диаметра) вихревой тороидальной камеры и скорости движения газожидкостного потока через каналы 5, 6. Вслледствие непрерывного изменения размеров вихревой то" роидальной камеры 2 возникают коле" бания переменной частоты и создаются в газожидкостном потоке периодичес" кие гидравлические удары, значитель" но повышающие эффективность диспергирования жидкости в газе. При этом в отличие от прототипа отсутствует опасность самоглушения колебаний на выходе излучателя"диспергатора.

Создаваемые в скважинном газогид" . родинамическом излучателе"дисперга" 3о торе мощные ультразвуковые колебания переменной частоты распространяются в виде волн по колонне лифтовых труб и воздействуют на призабойную зону пласта. Они способствуют дополнитель" 35 ному дроблению капель жидкости на вы ходе излучателя"диспергатора, турбулизируют пристенный слой жидкости в подъемных трубах, препятствуя обра" зованию висячих жидкостных пробок, 40 и обеспечивают поддержание по всей длине колонны лифтовых труб созданной в диспергаторе вйсокодисперсной структуры газожидкостной смеси. В результате снижаются потери давления в 45 лифтовых трубах. При воздействии на призабойную зону пласта уменьшается насыщенность пористой среды жидкой фазой, увеличивается ее подвижность, происходит разрушение аномальных сло" 5Q ев жидкости на поверхности поровых ка" налов и постепенная осушка призабой" ной зоны пласта, что приводит к росту

Фазовой проницаемости пористой среды для газа.

В результате применения предлагае" мого скважинного газогидродинамичес"кого излучателя"диспергатора увеличи" ваются дебиты газовых скважин и продлевается период их устойчивой работы при наличии жидкости в добываемой про" дукции. (Скважинный газогидродинамический излучатель"диспергатор целесообразно использовать при эксплуатации газовых скважин в условиях обводнения и рет" роградной конденсации углеводородной смеси.

Формула изобретения

Скважинный газогидродинамический излучатель"диспергатор, содержащий корпус с центральным каналом в виде двух усеченных конусов, направленных вершинами друг к другу, между которыми установлена сообщающаяся с каналом вихревая тороидальная камера, о т л и" ч а ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности диспергирования жидкости в газ и возможности акусти" ческого воздействия на газожидкостной поток в стволе скважины и призабойной зоне пласта, он снабжен уста" новленной- на входе вихревой тороидаль" ной камеры втулкой"сепаратором с цент" ральным проходным каналом, выполнен" ным в виде расширяющегося в сторону входа вихревой тороидальной камеры усеченного конуса с винтообразными пазами с равномерно расположенными по длине последними сквозными радиальными отверстиями, а вихревая тороидальная камера образована двумя диспергирующими элементами, выполненными в виде конфузора и диффузора с соосно расположенными центральными кана" лами. в виде двух усеченных конусов, направленных вершинами друг к другу, причем один из диспергирующих элемен" тов размещен неподвижно в корпусе, а второй выполнен подвижным и подпружинен относительно первого, при этом втулка - сепаратор и корпус образуют между собой камеру, гидравлически сообщенную с вихревой тороидальной ка" мерой.

А-А,,Фиг. I. .1 .

Фиг. 3

Фт. 2

Составитель .

Техреду И. Иоргентал Корректор A. Козориз

° «««««««%««««««««««& ««э«««ф «««««в«« ««е«&tE а«аа«

Тиран Подписное комитета по изобретениям н открытиям при ГКНТ СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Редактор

Яаказ 4170 . ВНИИПИ Государственного

113035

Производственно-издательский комбинат "Патент" г У э r нгород1 ул. Гагарина,101