УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗМЫВА ОТЛОЖЕНИЙ

Полезная модель относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности для размыва органических и неорганических отложений с внутренней поверхности труб, перфорационных отверстий, ствола и забоя скважины, а также донных отложений резервуарного парка.
Известно устройство (RU 2186961 С1, кл.7 Е 21 43/25, 2002.08.10), содержащее корпус с каналом подвода рабочего агента, вихревую камеру с тангенциально-направленными входными каналами и конически сужающимся выходным соплом. Однако, в известном устройстве вследствие содержания дополнительной камеры закручивания потока увеличиваются гидравлические сопротивления, что приводит к увеличению потерь давления, снижению мощности устройства.
Известно устройство (патент на полезную модель RU №172006 U1, опубл. 26.06.2017 бюл. №18), содержащее корпус, вихревую камеру, выполненную в виде прямоточного цилиндра или в виде двух цилиндрических изолированных полостей с острыми входящими отверстиями, диаметр которых меньше, чем диаметр выходящих отверстий, с входными тангенциальными каналами, расположенную перпендикулярно движению основного потока, сопел и узла регулирования напорных характеристик.
Одним из существенных недостатков применяемого устройства является малая мощность по размыву отложений в торце устройства, где установлен узел регулирования напорных характеристик.
Наиболее близким по технической сущности, взятыми авторами за прототип является устройство (патент на полезную модель RU №67175 U1, опубл. 10.10.2007 бюл. №28), включающее взаимосвязанные между собой и смонтированные на корпусе центральный завихритель потока жидкости с каналами, вихревую камеру и привод, при этом корпус выполнен секционным в виде цилиндрической трубы с внутренними и наружными разъемами, завихритель потока жидкости соединен с верхней частью вихревой камеры, при этом каналы завихрителя выполнены зеркально наклонными относительно горизонтальной и вертикальной осей, вихревая камера выполнена с входящими тангенциальными каналами и выходным соплом в виде трубки Вентури и имеет конусообразную насадку, на которой выполнены - центральное, три конически сходящихся отверстия с углом наклона к вертикальной оси симметрии устройства не менее 170-180° расположенных под углом 120° друг к другу и три конически сходящихся отверстия с углом наклона к центральной оси симметрии устройства не более 130-140° расположенных под углом 120° друг к другу.
Недостатком данного технического устройства является снижение мощности устройства за счет возникновения дополнительных гидравлических сопротивлений, возникающих в насадке, быстрому разрушению насадка, а также создание колебаний потока прокачиваемых технологических жидкостей, направленных только соосно оси оборудования, из его торца.
Техническим результатом является разработка конструкции устройства для размыва органических и неорганических отложений с расширенным диапазоном напорных характеристик и образованием периодических импульсов давления, обеспечивающих эффективность размыва отложений.
Технический результат достигается тем, что устройство для размыва отложений выполненно секционным в виде цилиндрической трубы с внутренними и наружными разъемами, содержит вихревую камеру, выполненную с входящими тангенциальными каналами и выходным соплом в виде трубки Вентури, в верхней части которой установлен завихритель, а в нижней насадка дополнительно содержит вихревую центробежную камеру с соплом, направленным перпендикулярно оси устройства, причем центробежная вихревая камера выполнена с одним подводящим тангенциально расположенным каналом и соплом, направляющую поток жидкости перпендикулярно оси устройства, центральный завихритель, выполненный в виде струйной форсунки с вставкой из сплавов вольфрамовой группы, насадка выполнена как продолжение корпуса торцевой вихревой камеры с боковыми отверстиями, оборудование выполнено из легированной нержавеющей стойкой к сероводородному растрескиванию, охрупчиванию сталей.
Устройство выполнено секционным в виде цилиндрической трубы с внутренними и наружными разъемами. Устройство включает взаимосвязанные между собой (см. фиг. 1.) центральные секции с вихревой центробежной камерой 3, оканчивающейся соплом 4, и торцевой секции 5. Использование присоединительной муфты 1 позволяет устройству соединяться с подводящим поток жидкости трубопроводом, а промежуточные муфты 2 позволяют собирать необходимое количество центральных секций. К нижней центральной секции с центробежной камерой присоединяется корпус торцевой секции 5 с вихревой камерой торцевой секции 6 и центральным завихрителем 7.
Центральная вихревая секция создает волновой фронт пульсирующей технологической жидкости за счет тангенциально расположенного канала (см. фиг. 2). Генерация акустических колебаний осуществляется в результате пульсации образующегося на оси камеры вихря. С увеличением степени закрутки возникают градиенты в радиальном и осевом направлениях вблизи выходного сечения сопла и, по мере увеличения степени закрутки, величина градиента тоже увеличивается, что приводит под действием вращающегося жидкостного потока к увеличению скорости потока до скорости пограничного слоя, образуемого ядром вихря. В результате в приосевой зоне (центре вихря) давление жидкости уменьшается до величин, меньших давления внешней среды. Под влиянием этой разности давлений в приосевую зону вихревой камеры периодически устремляется жидкость из внешней среды, что приводит к образованию рециркуляционной зоны.
Степень закрутки определяют по упрощенной формуле, получаемой с допущением малости потерь на трение по длине камеры закручивания:
,
где R - расстояние от оси сопла до оси входного канала (плечо закручивания);
c
r - радиус выходного сопла;
n - количество входных каналов;
вх
F - площадь сечения входного канала.
Для эффективной работы оборудование должно иметь степень закрутки более 5. При этом центробежная сила закручивает поток и выбрасывает через сопло, перпендикулярно направлению оси устройства, образуя большой угол распыла 2α от 30° до 120°.
Торцевая секция (см. Фиг. 3) имеет центральный завихритель поз. 7, завихритель потока жидкости поз. 6, который соединен с верхней частью вихревой камеры, с входящими тангенциальными каналами поз. 9 и выходным соплом в виде трубки Вентури, причем центральный завихритель выполнен в виде струйной форсунки из твердосплавной вставки поз. 8. То есть в устройстве реализуется механизм струйной форсунки с острой входной кромкой, при этом параметр твердосплавной вставки характеризуется следующим соотношением
,
где L - длина вставки, мм;
d - диаметр отверстия вставки, мм.
Что при небольших перепадах давления обеспечивает устойчивый безотрывный режим истечения. Струя жидкости при этом заполняет все выходное сечение форсунки. Коэффициент расхода на этом режиме достаточно высок (μ=0,8…0,9), а при увеличении перепада давления происходит переход на отрывной режим течения, а значит, к увеличению скорости движения (истечения) жидкости. Струйные форсунки подают жидкость в виде компактной струи, обладающей большой дальнобойностью. Угол конуса распыла α2 струйных форсунок небольшой и составляет от 3° до 15°. То есть торцевая секция реализует механизм центробежной и струйной вихревых камер, разделяя потоки и образуя потоки жидкости с малым и большим углом распыла.
Для предупреждения механического износа центральный завихритель поз. 7 (см. фиг. 3.) изготавливаются с применением твердосплавных вставок поз. 8 из сплавов вольфрамовой группы с прочностью по HRC не менее 88 - марки ВК6, ВК8.
Для предупреждения коррозии оборудования при использовании в качестве рабочих жидкостей коррозионно-активных растворов используются легированные нержавеющие стали, примером могут служить: марки стали зарубежного производства 17-4РН, марки стали отечественного производства 07Х16Н4Д4Б, 4Х17Н2.
Для предупреждения сероводородного растрескивания металла при эксплуатации оборудования в средах, содержащих сероводород и углекислый газ, используются марки стали ЮЧ 20, ЮЧ 20А.
Из анализа научно-технической и патентной литературы использование такого устройства для достижения поставленной технической цели не известно. На основании этого, полагаем, что предлагаемое техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень» и позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна».
Примеры использования:
При проведении капитального ремонта скважины выполнена промывка пробки интервалом 238 метров с головой в 1625 метров. Промывка осуществлялась на ГНКТ (гибких насосно-компрессорных трубах) с использованием оборудования для размыва отложений, включающее пять вихревых камер выполнены с одним подводящим тангенциально расположенным каналом и соплом направляющих поток жидкости перпендикулярно оси устройства на стенку НКТ и центральным заверителем выполненным в виде струйной форсунки. Промывка осуществлялась с использованием растворителя АСПО (асфальтосмолопарафиновые отложения). Результат: восстановлено проходное сечение труб, скважина запущена в работу.
Выполнена кислотная обработка ствола, интервала перфорации и призабойной зоны добывающей скважины, осложненное органическими и неорганическими отложениями. Характеристики скважины: интервал перфорации 1342-1345 м., пластовое давление 8,3 МПа, пластовая температура 33°С, дебит по нефти 3,2 т/сут., обводненность продукции - 30,6%. Технико-технологические параметры обработки: устройство для размыва отложений, состоящий из пяти вихревых секций и торцевой секции, общей длинной равной 100 см. Общий объем закачки 12% соляно- кислотного состава - 6 м3. Время выдержки - 3 часа. В результате обработки произошла очистка интервале перфорации и дебит скважины по нефти увеличился до 5,8 т/сут., при некотором увеличении обводнености продукции скважины до 34%.