ПОГРУЖНОЙ СЕПАРАТОР МЕХАНИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ
SUBMERSIBLE MECHANICAL IMPURITY SEPARATOR

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для защиты погружных нефтяных насосов от гидроабразивного износа.
Известен центробежный сепаратор механических примесей, включающий корпус с входными отверстиями в нижней части, ротор в виде рабочих центробежных колес и каналы для отвода отделенных механических примесей в скважину, причем входные отверстия для разделяемой жидкости с примесями расположены в нижней части устройства, отверстия для отвода примесей - в средней, а выходные отверстия для очищенной жидкости - в верхней (патент РФ №2387884, кл. F04D 29/70, 13/10, 2008).
Недостатком данного сепаратора является ускоренный износ корпуса из-за многократного прохождения вдоль него механических примесей, вызванного образованием обратного потока жидкости с твердыми механическими примесями от отверстий для отвода примесей к входным отверстиям из-за разности давлений между этими отверстиями.
Наиболее близким к заявляемому является погружной сепаратор механических примесей, включающий корпус с входными и выходными отверстиями, вращающийся шнек, защитную гильзу и разделительную головку с каналами отвода механических примесей, в котором входные отверстия расположены выше вращающегося шнека, в разделительной головке выполнены каналы для очищенной жидкости, связанные с выходными отверстиями через кольцевой зазор, образованный между защитной гильзой и корпусом, а каналы отвода механических примесей подведены к контейнеру, расположенному ниже сепаратора, или к хвостовику (патент РФ №2526068, кл. E21B 43/38, 2013).
Недостатком данного устройства является быстрое заполнение контейнера для примесей и засорение скважины, так как из потока отделяются практически все механические примеси.
Задачей настоящего изобретения является увеличение наработки погружной насосной установки за счет предотвращения засорения скважины мелкими механическими примесями.
Указанный технический результат достигается тем, что в погружном сепараторе механических примесей, содержащем корпус с входными отверстиями и выходными каналами, шнек, защитную гильзу, установленную в корпусе с образованием кольцевого зазора и разделительную головку, согласно изобретению гильза выполнена перфорированной в области шнека для отхода от него потока с отсепарированными механическими примесями, а кольцевой зазор в верхней части выполнен с сужением и соединен с выходными каналами.
Шнек может быть выполнен неподвижным или вращающимся.
Сепаратор, размещенный выше электродвигателя, дополнительно оснащен трубкой для переноса крупных механических примесей в контейнер, установленный ниже электродвигателя.
Сужение в верхней части кольцевого зазора может быть выполнено с возможностью регулирования поперечного сечения с помощью дросселя или заворачивающихся болтов.
Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан заявляемый погружной сепаратор механических примесей, на фиг. 2 - сепаратор, размещенный выше электродвигателя, на фиг. 3 - верхняя часть кольцевого зазора с дросселем, на фиг. 4 - то же, с заворачивающимся болтом.
Погружной сепаратор имеет корпус с входными отверстиями 1, внутри которого расположен сепарационный шнек 2, окруженный перфорированной защитной гильзой 3, образующей с корпусом 1 кольцевой зазор 4. Шнек 2 может быть установлен неподвижно или выполнен вращающимся. В верхней части кольцевого зазора 4 имеется сужение в виде канала 5, соединенного с выходными каналами 6. Снизу сепаратор снабжен контейнером для сбора механических примесей 7, который может быть прикреплен к нижней части его корпуса (фиг. 1). Если сепаратор расположен вместо входного модуля между гидрозащитой и насосом (фиг. 2), он содержит трубку 9, проходящую вдоль гидрозащиты и электродвигателя 10, которая соединяет полость 8, имеющую наклонное дно, с контейнером 7. Вместо контейнера может быть установлен хвостовик, обеспечивающий сброс механических примесей в скважину ниже интервала перфорации.
Поперечное сечение канала 5 или каналов, если последний разделен на секции, может регулироваться. Например, стенки канала 5 могут иметь коническую форму, и за счет перемещения одной стенки 11 в вертикальном направлении будет изменяться сечение канала (фиг. 3). В некоторых вариантах исполнения каналы могут перекрываться за счет заворачивающихся болтов 12 (фиг. 4).
Сепаратор работает следующим образом.
3
3
Пластовая жидкость, содержащая механические примеси, поступает через входные отверстия 1 на вход шнека 2. Как во вращающемся, так и в неподвижном шнеке 2 происходит разделение потока жидкости на две части. Большая часть жидкости, очищенной от крупных механических примесей, идет через шнек 2 к выходным каналам 6. Крупные механические примеси и часть жидкости с мелкими примесями прижимаются к внутренней стороне перфорированной гильзы 3, через перфорации которой попадают в кольцевой зазор 4. Гидравлическое сопротивление канала 5 ограничивает вертикальную скорость жидкости в кольцевом зазоре 4. При этом вертикальная составляющая скорости жидкости должна быть достаточно малой, чтобы обеспечить гравитационную сепарацию крупных механических примесей. Крупность механических примесей, которые необходимо осадить, регулируется величиной сужения канала 5 относительно кольцевого зазора 4. Например, если подача жидкости вдоль шнека составляет 100 м/сут, а через сужение в верхней части кольцевого зазора - 15 м/сут, то в зазоре 4 вертикальная составляющая скорости будет 0,022 м/с, и в нем будут оседать частицы кварцевого песка с размером свыше 0,18 мм (Справочная книга по добыче нефти / Под ред. С.К. Гиматудинова. М.: Недра, 1974. С. 438-445).
Таким образом в сепараторе крупные примеси оседают в контейнере 7 или в зумпфе скважины, а очищенная жидкость и мелкие механические примеси через каналы 5 попадают в выходные каналы 6 и выводятся из сепаратора. Поскольку мелкие механические примеси, содержание которых в ряде скважин достигают более 50% от общего количества примесей (Опыт работы оборудования УЭЦН в условиях повышенного содержания мехпримесей на месторождениях ОАО «Славнефть-Мегионнефтеаз», Мельниченко В.Е., Жданов А.С. Инженерная практика №2/2010, с. 32-37), не попадают обратно в скважину или в контейнер, снижается засорение скважины и увеличивается время наполнения контейнера, при переполнении которого также происходит засорение скважины.
Для повышения напора перед сепарационным шнеком 2 может быть установлено рабочее колесо (не показано). Для того чтобы предотвратить попадание неочищенной жидкости в выходные каналы 6 суммарный напор шнека 2 и рабочего колеса (если оно имеется) должен быть таким, чтобы в рабочем диапазоне подач сепаратора давление в выходных каналах 6 превышало давление на входных отверстиях 1. При необходимости увеличения напора шнек может быть выполнен многоступенчатым с промежуточными направляющими аппаратами.
Предлагаемый сепаратор может быть размещен как под электродвигателем (фиг. 1), так и вместо входного модуля между гидрозащитой и насосом (фиг. 2). Во втором случае крупные механические примеси после сепарации в кольцевом зазоре 4 попадают в полость 8, которая соединена трубкой 9, проходящей мимо гидрозащиты и электродвигателя 10, с контейнером 7.
Предлагаемая конструкция позволяет эффективно очистить пластовую жидкость от крупных механических примесей и уменьшить количество возвращаемых в скважину или в контейнер примесей, что снижает засорение скважины, увеличивает время наполнения контейнера и, в конечном итоге, приводит к увеличению наработки погружной насосной установки в целом.