Многосекционный газовый сепаратор тарельчатого типа для наклонно-направленных скважин (варианты)
TARGET TYPE MULTI-SECTION GAS SEPARATOR FOR TILT-DIRECTIONAL WELLS (VARIANTS)

Изобретение относится к оборудованию для обеспечения сепарации и глубинно-насосной эксплуатации добывающих наклонно-направленных скважин, в частности к устройствам для сепарации (газоотделения) на приеме скважинных насосов, а именно к газовым сепараторам (якорям), и может быть использовано при сепарации и откачке из скважин жидкостей.
Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является многосекционный газовый сепаратор тарельчатого типа для наклонно-направленных скважин, содержащий ряд последовательно размещенных один под другим перевернутых тарельчатых дисков, концентрично установленных на всасывающем патрубке с радиальными каналами, трубки для отвода газа, каждая из которых размещена на наружной поверхности тарельчатого диска параллельно всасывающему патрубку, причем тарельчатые диски шарнирно установлены на всасывающем патрубке, при этом каждая вертикальная ось трубки вышележащего тарельчатого диска последовательно смещена относительно каждой вертикальной оси трубки нижележащего тарельчатого диска с возможностью образования трубками спирального канала (SU 1601361, МПК Е21В 43/38, 23.10.1990).
Данный сепаратор имеет достаточно высокую сепарационную способность при работе в стволе наклонно-направленной скважины. Однако у него имеются следующие недостатки:
- радиальные каналы всасывающего патрубка расположены над каждым из тарельчатых дисков, в то время как при наклоне участка скважины положение диска меняется, а положение канала остается неизменным;
- тарельчатые диски имеют с внутренней стороны противовес в виде втулки, из-за чего возникающий от противовеса момент является недостаточным (слишком мало плечо -расстояние между шарниром и противовесом намеренно минимизировано);
- шарнирное соединение негерметично, что снижает сепарационную способность;
- между каждой нижней частью противовеса и каждым верхним торцом нижележащего тарельчатого диска образован кольцевой зазор, при различных углах наклона участков скважины этот зазор будет меняться, сводиться на нет, что может привести к заклинке тарельчатых дисков.
Указанный кольцевой зазор в прототипе будет перемещаться по оси относительно радиальных отверстий всасывающего патрубка при различном наклоне наклонно-направленной скважины. Таким образом, удерживающая способность тарельчатого диска в этом случае будет меняться: при несовпадении зазора с радиальным отверстием, и жидкость может вообще не скапливаться на тарельчатом диске, в результате она не попадет во всасывающий патрубок. Снизится сепарационная способность, и она будет зависеть от угла наклона скважины. Еще один недостаток прототипа - наличие на внутренней стороне тарельчатых дисков противовесов в виде втулок, что существенно снижает угол возможного наклона тарельчатых дисков, а также требуется большой вес этих противовесов. Угол возможного наклона снижают также неподвижные трубки, которые могут заклинить вышерасположенный тарельчатый диск.
В связи с вышеизложенным технический результат изобретения - независимость от угла наклона участка скважины сепарационной способности, и тем самым - повышение сепарационной способности при работе в стволе наклонно-направленной скважины.
Указанный технический результат решается тем, что в многосекционном газовом сепараторе тарельчатого типа для наклонно-направленных скважин, содержащем ряд последовательно размещенных один под другим перевернутых тарельчатых дисков, концентрично установленных на всасывающем патрубке с радиальными каналами, трубки для отвода газа, каждая из которых размещена на наружной поверхности тарельчатого диска параллельно всасывающему патрубку, причем тарельчатые диски шарнирно установлены на всасывающем патрубке, при этом каждая вертикальная ось трубки вышележащего тарельчатого диска последовательно смещена относительно каждой вертикальной оси трубки нижележащего тарельчатого диска с возможностью образования трубками спирального канала, согласно первому варианту на всасывающем патрубке для шарнирного перемещения каждого тарельчатого диска содержатся окружные шарнирные приливы, радиальные каналы всасывающего патрубка расположены непосредственно над каждым из окружных шарнирных приливов смежно с ним, тарельчатые диски имеют на внешней части противовесы, а на внутренней части - поверхность, конгруэнтную шарнирным приливам, при этом между указанной конгруэнтной поверхностью и наружной поверхностью каждого тарельчатого диска имеется кольцевой зазор, причем каждый тарельчатый диск выполнен из двух соединенных продольно половинок, а каждая трубка выполнена составной из двух частей с возможностью их изгиба друг относительно друга и с возможностью поворота верхней части трубки из вертикального положения и обратно при контакте вышерасположенного тарельчатого диска с нижерасположенной трубкой на наклонном участке скважины, при этом в каждой верхней части трубки сверху нее установлен клапан с возможностью поступления газожидкостной смеси из трубки выше нее, не позволяющий стекать жидкости по внутренней полости трубки вниз.
Согласно второму варианту многосекционный газовый сепаратор тарельчатого типа для наклонно-направленных скважин содержит ряд последовательно размещенных один под другим перевернутых тарельчатых дисков, концентрично установленных на всасывающем патрубке с радиальными каналами, трубки для отвода газа, каждая из которых размещена на наружной поверхности тарельчатого диска параллельно всасывающему патрубку, причем тарельчатые диски шарнирно установлены на всасывающем патрубке, при этом каждая вертикальная ось трубки вышележащего тарельчатого диска последовательно смещена относительно каждой вертикальной оси трубки нижележащего тарельчатого диска с возможностью образования трубками спирального канала. Отличием по второму варианту является то, что на всасывающем патрубке для шарнирного перемещения каждого тарельчатого диска содержатся окружные шарнирные приливы, радиальные каналы всасывающего патрубка расположены непосредственно над каждым из окружных шарнирных приливов смежно с ним, тарельчатые диски имеют на внешней части противовесы, а на внутренней части - поверхность, конгруэнтную шарнирным приливам, при этом между указанной конгруэнтной поверхностью и наружной поверхностью каждого тарельчатого диска имеется кольцевой зазор, причем каждый тарельчатый диск выполнен цельным из упругого материала с возможностью упругого деформирования для установки тарельчатого диска на шарнирный прилив всасывающего патрубка, при этом каждая трубка выполнена составной из двух частей с возможностью их изгиба друг относительно друга и с возможностью поворота верхней части трубки из вертикального положения и обратно при контакте вышерасположенного тарельчатого диска с нижерасположенной трубкой на наклонном участке скважины, при этом в каждой верхней части трубки сверху нее установлен клапан с возможностью поступления газожидкостной смеси из трубки выше нее, не позволяющий стекать жидкости по внутренней полости трубки вниз.
Причинно-следственная связь отличительных признаков следующая. Жидкость под диском будет стекать не по нижней части противовеса (как в прототипе), а по самому всасывающему патрубку, и далее  в радиальный канал всасывающего патрубка, расположенный непосредственно над шарнирным приливом смежно с ним. Тарельчатый диск не имеет внутреннего противовеса в виде втулки, а также имеет составную изгибающуюся трубку для отвода газа, поэтому его наклон может быть увеличен в наклонно-направленных скважинах с большим углом наклона. Окружные шарнирные приливы не будут подклинивать установленные на них тарельчатые диски, противовесы на внешней части тарельчатых дисков будут способствовать высокой чувствительности дисков от наклона скважины, поскольку увеличится плечо от шарнира до противовеса. Установленный в каждой верхней части трубки сверху нее клапан обеспечивает возможность поступления газожидкостной смеси из трубки выше нее, одновременно не позволяя стекать жидкости, образующейся под диском (особенно налипающей на его стенках), по внутренней полости трубки вниз, не засоряя отсепарированной жидкостью внутреннюю полость трубки во время ее соприкосновения с диском в наклонном участке скважины. Тем самым, происходит повышение сепарационной способности при работе в стволе наклонно-направленной скважины
На фиг. 1 показана конструкция многосекционного газового сепаратора тарельчатого типа для наклонно-направленных скважин.
Многосекционный газовый сепаратор тарельчатого типа для наклонно-направленных скважин содержит ряд последовательно размещенных один под другим перевернутых тарельчатых дисков 3, концентрично установленных на всасывающем патрубке 1 с радиальными каналами 2 и осевым каналом 6. Сепаратор содержит также трубки 5 для отвода газа, каждая из которых размещена на наружной (верхней) поверхности 4 тарельчатого диска 3 параллельно всасывающему патрубку 1 и сообщает полости под тарельчатыми дисками 3. Тарельчатые диски 3 шарнирно установлены на всасывающем патрубке 1, при этом каждая вертикальная ось трубки 5 вышележащего тарельчатого диска последовательно смещена на угол 10-180° относительно каждой вертикальной оси трубки 5 нижележащего тарельчатого диска с возможностью образования трубками спирального канала.
На всасывающем патрубке 1 для шарнирного перемещения каждого тарельчатого диска 3 содержатся окружные шарнирные приливы 7, например, кольцевые (см. фиг. 1), сферические. Радиальные каналы 2 всасывающего патрубка 1 расположены непосредственно над каждым из окружных шарнирных приливов 7 смежно с ним, тем самым жидкость не застаивается над шарнирным приливом, всегда совмещая кольцевой зазор 9 верхней части 4 тарельчатого диска с одним из радиальных каналов 2, расположенных на одной окружности смежно с шарниром в количестве, например, от 2 до 50 (см. фиг. 1). Каждый тарельчатый диск 3 имеет на внешней части (со стороны стенки скважины) диска противовес 8 концентрично всасывающему патрубку. Противовес может быть выполнен либо в виде присоединенной любым известным методом к тарельчатому диску с его внешней стороны втулки, либо может являться утяжеленной частью самого диска 3, либо частью его стенки.
На внутренней части каждый тарельчатый диск 3 имеет поверхность, конгруэнтную шарнирному приливу 7, образуя герметичное соединение, при этом между указанной конгруэнтной поверхностью и наружной поверхностью 4 каждого тарельчатого диска 3 имеется кольцевой зазор 9. Части диска 3, сопрягающиеся с шарнирным приливом 3, не выходят за его пределы при любом возможном наклоне диска 3.
Каждая трубка 3 для отвода газа выполнена составной из двух частей (верхней поворотной и нижней неподвижной относительно диска 3, к которому она прикреплена) с возможностью их изгиба друг относительно друга и с возможностью поворота верхней части трубки из вертикального положения при контакте вышерасположенного тарельчатого диска 3 с нижерасположенной трубкой 5 на наклонном участке скважины и обратно, когда участок вновь становится вертикальным. Указанное соединение между верхней и нижней частями трубки может быть выполнено любым известным образом, например, в виде упругой вставки, сферического шарнира, поворотной муфты и т.п.
Соединение нижней части каждой трубки 5 для отвода газа с тарельчатым диском 3 выполнено с помощью сферического шарнира 10, с возможностью поворота трубки 5 из вертикального положения при контакте вышерасположенного тарельчатого диска 3 с нижерасположенной трубкой 5 на наклонном участке скважины и обратно, когда участок вновь становится вертикальным.
В каждой верхней части трубки 5 сверху нее установлен клапан 11 с возможностью поступления газожидкостной смеси из трубки 5 выше нее, не позволяющий стекать жидкости по внутренней полости трубки вниз.
По первому варианту выполнения каждый тарельчатый диск 3 выполнен из двух соединенных продольно любым известным способом половинок, для того чтобы осуществить монтаж тарельчатого диска на шарнирный прилив 7 всасывающего патрубка 1. По второму варианту выполнения каждый тарельчатый диск 3 выполнен цельным (неразборным) из упругого материала, с возможностью упругого деформирования для установки тарельчатого диска 3 на шарнирный прилив 7 всасывающего патрубка 1. Таким упругим материалом может являться, например, фторопласт, резина, синтетический или природный каучук, другие полимеры, пригодные для скважинных условий.
Многосекционный газовый сепаратор тарельчатого типа для наклонно-направленных скважин работает следующим образом.
При спуске насоса (любого типа - штангового, электропогружного, винтового и пр.) с многосекционным газовым сепаратором в скважину, имеющую отклонение от вертикали, каждый тарельчатый диск 3 под действием противовеса 8 изменяет свое положение относительно оси всасывающего патрубка 1, с расположением верхней поверхности 4 диска 3, близким к горизонтальному. Газожидкостная смесь поступает под диски 3 и сепарируется за счет гравитационных сил. Скопившаяся над каждым диском 3 жидкость поступает через кольцевой зазор 9 и радиальные каналы 2 в  осевой канал 6 всасывающего патрубка 1. Отсепарированный газ поступает под тарельчатые диски 3 и через трубки 5 подается под вышележащие диски 3, при этом газ, выходя из трубок 5, движется над поверхностью 4 скопившейся на диске 3 в зазоре 9 жидкости до места расположения трубки 5 на вышележащем диске 3, т.е. газ движется как бы по спиральному каналу, контактируя с жидкостью, что способствует лучшему отделению газа от жидкости. При этом попадание отсепарированного газа во всасывающий патрубок 1 исключается. Поскольку тарельчатые диски 3 ориентированы в плоскости, близкой к горизонтали, то их удерживающая способность остается высокой и не зависит от угла наклона скважины в месте установки газового сепаратора в отличие от прототипа.
Жидкость под диском 3 будет стекать по самому всасывающему патрубку 1 (при этом стекание по внутренней полости трубки 5 исключается) и далее - через кольцевой зазор 9 в радиальные каналы 2 всасывающего патрубка 1, расположенные непосредственно над шарнирным приливом 7 смежно с ним. Тарельчатый диск 3 не имеет внутреннего противовеса в виде втулки, а также имеет составную изгибающуюся трубку 5 для отвода газа, которая беспрепятственно может контактировать с внутренней частью диска при наклонах, исключая попадание отсепарированной жидкости под диском во внутренний канал трубки 5, поэтому наклон диска может быть увеличен в наклонно-направленных скважинах на участках с большим углом наклона. Окружные шарнирные приливы 7 не будут подклинивать установленные на них тарельчатые диски 3, противовесы 8 на внешней части тарельчатых дисков будут способствовать высокой чувствительности дисков от наклона скважины, поскольку увеличится плечо от шарнира до противовеса.
Таким образом, применение предложенного сепаратора повышает сепарационную способность при работе в стволе наклонно-направленной скважины.