Скважинное устройство для очистки флюида

 

Изобретение относится к горной промышленности, а точнее к водонефтегазодобывающей, и может быть использовано при эксплуатации скважин с высоким содержанием механических примесей в добываемом флюиде (газожидкостной смеси). Обеспечивает повышение степени очистки флюида и ствола скважины в целом от механических частиц путем деления направлений потоков отфильтрованной жидкости и твердых частиц и разделения рабочих областей сепаратора и отстойника. Сущность изобретения: скважинное устройство для очистки флюида содержит сепаратор. Он имеет цилиндрический корпус с входными отверстиями и соединительными элементами в верхней и нижней части. В нем концентрично установлен сепарирующий узел. Он выполнен в виде полого шнека с профилированной спиралью. Внутри шнека закреплен патрубок для отвода жидкости и заглушенный отстойник для сбора механических примесей. Корпус сепаратора снабжен полым усеченным конусом для образования в нем области пониженного давления вдоль оси устройства при поступлении в него флюида. Усеченный конус установлен концентрично корпусу, ниже зоны входного патрубка и на расстоянии, определяемом характером и степенью загрязненности флюида. Основание конуса образовано в сторону патрубка для отвода жидкости. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к горной промышленности, а точнее к водонефтегазодобывающей, и может быть использовано при эксплуатации скважин с высоким содержанием механических примесей в добываемом флюиде.

Известен скважинный сепаратор для установки погружного электроцентробежного насоса, включающий кожух, внутри которого размещена установка погружного ЭЦН, соединительную муфту с патрубком для отвода жидкости, хвостовик, корпус с приемными отверстиями, сепарирующий узел в виде полого шнека с профилированной спиралью, внутри которого размещен патрубок для отвода жидкости, и последовательно установленными под сепарирующим узлом делителем потока и стабилизатором, причем для сообщения затрубного пространства с полостью патрубка для отвода жидкости в верхней части делителя потока выполнена кольцевая полость, а нижняя часть его образует со стабилизатором кольцевой канал [1].

Недостатком указанного сепаратора является большое сопротивление и турбулентность потока в области делителя потока, приводящая к снижению степени очистки флюида при отделении твердой фазы, концентрация которой в потоке жидкости постоянно возрастает, т.к. не обеспечивается ее сбор.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является устройство, состоящее из сепаратора и песколовушки, заключенных в единый трубчатый корпус. Заглушенный снизу корпус образует песколовушку. Верхняя часть представляет собой сепаратор с концентрично размещенной в нем полой трубкой со спиралью, диск с циклонными направляющими, совпадающими с направлением спирали, установленный на выступающей части полой трубки, и узел соединения с подъемными трубами (муфта) [2] .

Устройство имеет относительно высокую прочностью, простоту изготовления, низкое гидравлическое сопротивление при низких скоростях потока К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что при увеличении скорости потока через сепаратор снижается фильтрующая способность и возрастает гидравлическое сопротивление ввиду нарушения ламинарности движения жидкости на диске, а отсутствие в устройстве разделения рабочих областей сепаратора и песколовушки приведет в процессе работы к постепенному увеличению концентрации примесей в зоне входного отверстия патрубка для отвода жидкости, что в конечном итоге уменьшает его сепарирующую способность. Кроме того, объединение в единый трубчатый корпус сепаратора и песколовушки не обеспечивает технологий очистки последнего.

Задачами, на решение которых направлено заявляемое скважинное устройство, являются увеличение срока эксплуатации погружных насосов и снижение материально-технических затрат на производство.

Поставленные задачи можно решить за счет достижения технического результата, который заключается в повышении степени очистки флюида и ствола скважины в целом от механических примесей.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном скважинном устройстве для очистки флюида, содержащем сепаратор, включающий цилиндрический корпус с входными отверстиями и соединительными элементами в верхней и нижней части, концентрично установленный в нем сепарирующий узел, выполненный в виде полого шнека с профилированной спиралью, внутри которого закреплен патрубок для отвода жидкости, и заглушенный отстойник для сбора механических примесей, корпус сепаратора снабжен полым усеченным конусом для образования в нем области пониженного давления вдоль оси устройства при поступлении в него флюида, при этом усеченный конус установлен концентрично корпусу сепаратора, ниже зоны входного отверстия патрубка и на расстоянии, определяемом характером и степенью загрязненности флюида, а основание конуса обращено в сторону патрубка для отвода жидкости. Кроме того, нижняя часть корпуса сепаратора с помощью муфты связана с отстойником, выполненным с заглушкой с резьбовым соединением, для обеспечения съемности при спускоподъемных операциях и технологий регенерации устройства.

Повышение степени очистки флюида и ствола скважины в целом от механических примесей обеспечивается путем деления направлений потоков отфильтрованной жидкости и твердых частиц в полом усеченном конусе и разделения рабочего объема сепаратора и отстойника.

Наличие отличительных от прототипа признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию "новизна". Причем все признаки являются существенными, т.к. отсутствие любого из них не позволит достигнуть указанного технического результата.

Изобретение поясняется чертежом, на котором схематично изображено скважинное устройство для очистки флюида.

Скважинное устройство включает в себя сепаратор и заглушенный отстойник, расположенный снизу корпуса сепаратора.

Погружной насос создает разрежение, которое обеспечивает поступление флюида, содержащего механические примеси, в сепаратор, в котором происходит отделение механических примесей. Очищенная жидкость поступает в насос, а механические примеси собираются в отстойнике.

Сепаратор состоит из цилиндрического корпуса 1 с входными отверстиями 2, сепарирующего узла, выполненного в виде полого шнека 3 с профилированной спиралью и установленного концентрично корпусу 1. Внутри шнека 3 закреплен патрубок 4 для отвода жидкости. Сепаратор содержит также разделительное кольцо 5 для закрепления в корпусе 1 шнека 3 и патрубка 4, верхнюю муфту 6 для присоединения верхней части корпуса сепаратора 1 к погружному насосу (не показан) и муфту-переходник 7. Внутри корпуса сепаратора 1 установлен полый усеченный конус 8, основание которого обращено к патрубку 4 для отвода жидкости. Конус 8 расположен ниже зоны входного отверстия патрубка 4 и закреплен концентрично корпусу сепаратора 1 при помощи соединительного кольца 9.

Отстойник состоит из цилиндрического корпуса 10 с заглушкой 11, выполненной с резьбовым соединением, присоединенного к нижней части корпуса сепаратора 1 с помощью муфты-переходника 7 и соединительной муфты 12.

Устройство работает следующим образом.

Флюид с механическими примесями поступает внутрь корпуса сепаратора 1 через входные отверстия 2, достигает спиралей шнека 3, благодаря которым приобретает вращательно-поступательное движение. Этот спирально-орбитальный поток, обтекая стенки корпуса сепаратора 1, создает центробежную силу, достигает усеченного конуса 8, в котором центробежная сила возрастает в связи с увеличением ее скорости вращения при уменьшении площади проходного сечения. Достигая нижней части конуса 8, поток поворачивается вверх, образуя внутренний спиральный поток, который поступает в патрубок 4. Разделительное кольцо 5 обеспечивает движение флюида через шнек 3 и патрубок 4.

Сепарация осуществляется в конусе 8 при переходе потока жидкости с орбитальной траектории на внутреннее спиральное движение. Твердые частицы при этом выносятся из потока центробежной силой и затем продолжают движение под действием гравитационной силы ниже конуса 8. Поток в орбитальной части вблизи стенки - ламинарный, а вблизи внутреннего вихря - турбулентный, поэтому вдоль оси сепаратора образуется область пониженного давления, которая ограничивает восходящий поток флюида, препятствуя его перемешиванию с орбитальным потоком, с повышенной концентрацией твердых частиц.

Попадая в отстойник, твердые частицы концентрируются в нижней его части. Отсутствие орбитального движения флюида внутри корпуса отстойника 10 способствует образованию высокой концентрации осадка, т.к. заглушка 11 отстойника препятствует выносу частиц за пределы устройства в скважину и обеспечивает поступление флюида только через входные отверстия 2 корпуса сепаратора 1.

Диаметр переходной муфты 7 больше диаметра корпуса сепаратора 1, что обеспечивает зазор между сепаратором и обсадной колонной, необходимый для свободного затрубного потока флюида.

Выбор оптимальных геометрических параметров корпусов сепаратора и отстойника, входных отверстий, полого шнека, конуса и их взаимного расположения определяется расчетным путем, исходя из технических условий эксплуатации скважины, характера и степени загрязненности добываемого флюида.

Для обеспечения максимальной прочности, технологичности сборки и крепления устройства на насосно-компрессорных трубах и очистки его отстойника все соединительные и несущие элементы конструктивно выполнены с использованием стандартных типов и размеров применяемых при эксплуатации скважин.

Применение нижней муфты-переходника не усложняет технологию сборки-разборки устройства при спускоподъемных операциях и очистки отстойника на "дневной" поверхности. Отстойник может представлять собой сборку из нескольких насосно-компрессорных труб стандартного типа и размера, последняя из которых заглушена снизу.

Благодаря использованию стандартных типов и размеров резьбовых соединительных и несущих элементов устройства, обеспечивается его высокая прочностная надежность при низкой металлоемкости.

Использование предлагаемого скважинного устройства для очистки флюида позволяет по сравнению с существующими скважинными сепараторами и фильтрами увеличить межремонтный период работы насоса, обеспечить очистку призабойной части скважины в процессе эксплуатации от твердых частиц и экологичность при сборе и очистке высококонцентрированного осадка на поверхности.

Источники информации: 1. А.С. 1308754, E 21 В 43/38, 1987.

2. А.С. 1760099, E 21 B 43/38, 1989.

Формула изобретения

1. Скважинное устройство для очистки флюида, содержащее сепаратор, включающий цилиндрический корпус с входными отверстиями и соединительными элементами в верхней и нижней части, концентрично установленный в нем сепарирующий узел, выполненный в виде полого шнека с профилированной спиралью, внутри которого закреплен патрубок для отвода жидкости, и заглушенный отстойник для сбора механических примесей, отличающийся тем, что корпус сепаратора снабжен полым усеченным конусом для образования в нем области пониженного давления вдоль оси устройства при поступлении в него флюида, при этом усеченный конус установлен концентрично корпусу сепаратора, ниже зоны входного патрубка и на расстоянии, определяемом характером и степенью загрязненности флюида, а основание конуса обращено в сторону патрубка для отвода жидкости.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что нижняя часть корпуса перфоратора связана с отстойником с помощью муфты для обеспечения съемности последнего при спуско-подъемных операциях.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отстойник выполнен с заглушкой с резьбовым соединением для обеспечения технологий регенерации устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1