Устройство для предотвращения попадания песка на прием насоса

Полезная модель относится к фильтрующим устройствам, и может быть использована при эксплуатации нефтяных и газовых скважин, осложненных пескопроявлением.
Уровень техники
Известен фильтр противопесочный (патент RU № 2433252, МПК Е21 В43/08, опубл. 10.11.2011), состоящий из концентрически расположенных наружной и промежуточной труб, переводника, наружная и внутренняя трубы в верхней части соединены между собой тангенциальными патрубками, а внутренняя и промежуточная трубы в нижней части соединены между собой также тангенциальными патрубками, но противоположно ориентированными, при этом кольцевой зазор между промежуточной и внутренней трубами в верхней части, а также верхняя и нижняя части внутренней трубы снабжены заглушками, наружная труба в верхней части снабжена эластичными кольцами, а в нижней части - заглушкой, причем промежуточная труба снабжена расположенным внутри нее фильтрующим элементом, выполненным в виде перфорированного обратного конуса, и расположенного осесимметрично промежуточной трубе.
Известен фильтр противопесочный (патент RU № 2492314, МПК Е21 В43/08, опубл. 10.09.2013), ближайший по технической сущности к заявляемому устройству и принятый за прототип, состоящий из концентрически расположенных наружной и промежуточной труб, переводника, наружная и внутренняя трубы в верхней части соединены между собой тангенциальными патрубками, а внутренняя и промежуточная трубы в нижней части соединены между собой также тангенциальными патрубками, но противоположно ориентированными, при этом кольцевой зазор между промежуточной и внутренней трубами в верхней части, а также верхняя и нижняя части внутренней трубы снабжены заглушками, наружная труба в верхней части снабжена эластичными кольцами, а в нижней части - заглушкой, причем промежуточная труба снабжена расположенным внутри нее фильтрующим элементом, выполненным в виде перфорированного обратного конуса, и расположенного осесимметрично промежуточной трубе, а внутри перфорированного обратного конуса соосно расположен, по крайней мере, один фильтрующий элемент, выполненный в виде перфорированного цилиндра.
Недостатками данных устройств являются:
- неполноценное отделение песка от пластового флюида, что приводит к износу глубинного насосного оборудования, уменьшению МРП;
- сложность конструкции и большая металлоемкость и, как следствие, высокие затраты на изготовление и установку оборудования.
В настоящее время на Сабанчинском месторождении на скважинах, осложненных пескопроявлением, установлены песочные якоря обратного действия, принцип работы которых основан на том, что жидкость поступает в песочный якорь через входное отверстие Г-образной трубки, далее, двигаясь вниз, выходит во внутреннюю полость НКТ, при этом происходит уменьшение скорости движения жидкости и поворот на 180°. Механические примеси, содержащиеся в жидкости, оседают в нижней части НКТ, а жидкость, проходя через фильтр тонкой очистки, поступает на прием насоса.
Недостатками данного песочного якоря являются:
- большие гидравлические сопротивления;
- неполноценное отделение песка от пластового флюида, что приводит к износу глубинного насосного оборудования и уменьшению межремонтного периода (МРП) скважины;
- сложность конструкции и большая металлоемкость и, как следствие, высокие затраты на изготовление и установку оборудования;
- при кратковременных остановках (до 10-20 мин.) возможно заедание плунжера в насосе, а при большом осадке - заклинивание штанг в трубах.
Технической проблемой, решаемой созданием полезной моделью, является создание эффективного и надежного устройства, предназначенного для предотвращения попадания песка в насос во время эксплуатации скважины, увеличение межремонтного интервала скважинного оборудования.
Сущность полезной модели
В настоящей полезной модели предложено устройство для предотвращения попадания песка на прием насоса, содержащее конусную камеру, соединенную с НКТ, имеющую входное отверстие для поступления жидкости из скважины, внутри которой установлено сопло, соединенное с верхней камерой, в свою очередь, соединенной с приемом насоса, причем входное отверстие для жидкости имеет в поперечном сечении вид спирали.
Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, заключается в повышении эффективности и надежности очистки пластового флюида от песка.
Краткое описание чертежей
Заявляемое устройство поясняется на фигуре 1, на которой представлен разрез устройства. На фигурах 2 и 3 показаны дополнительные виды устройства в разрезе.
Заявляемое устройство состоит из следующих элементов.
1 - муфта заглушки 3 ";
2 - НКТ-3'' длиной 10-20 м;
3 - переходник с 3'' на 2,5'' с пластинами 4;
4 - пластины (или перемычки) для гашения вращения потока;
5 - конусная камера;
6 - сопло;
7 - верхняя камера;
8 - малый фильтр на приеме насоса;
9 - прием насоса;
10 - входное отверстие для жидкости.
Описание предпочтительного варианта осуществления
Входное отверстие 10 для жидкости имеет в поперечном сечении вид спирали, тем самым позволяет подавать турбулентный поток жидкости в конусную камеру 5 под углом к ее стенкам для создания внутри конусной камеры 5 потока вращения.
Муфта 1 предназначена для заглушки конца НКТ для сбора осажденного песка.
Переходник 3 предназначен для соединения конусной камеры 5 с НКТ 2.
Пластины 4 для гашения вращения потока текучей среды установлены на внутренней стенке переходника 3 и продолжаются по направлению к оси НКТ, ограничивая проходное сечение и создавая препятствия для формирования исходящего потока, который может увлечь осаждаемый песок из НКТ 2 в полость сопла 6.
Предложенное устройство работает следующим образом. Во время эксплуатации скважины, т.е. откачки из нее жидкости, насыщенная песчаной взвесью жидкость через входное отверстие 10 для жидкости поступает в конусную камеру 5.
Жидкость поступает в конусную камеру 5 по ее окружности, где происходит закручивание потока. Частицы песка под действием центробежных сил, действующих при вращении или закручивании потока, устремляются к стенке конусной камеры 5, и затем под действием силы гравитации и вращения выпадают в осадок в НКТ 2 и собираются в его конце, заглушенном муфтой 1.
Для гашения вращения потока в переходнике 3 установлены пластины 4, через которые проходит отделившийся от жидкости песок и равномерно осаждается в заглушенный конец НКТ 2.
Далее очищенная жидкость через сопло 6 поступает в верхнюю камеру 7, при этом происходит окончательное осаждение остатков песка на стенки сопла и его последующее выпадение в конусную камеру 5 и далее в НКТ 2.
Далее жидкость через малый фильтр 8 поступает на прием 9 насоса.
За счет вращения потока жидкости под действием центробежных сил, действующих на песок в потоке жидкости, проходящей через входное отверстие 10, увеличивается осаждение песка в НКТ 2, тем самым исключается попадание песка на вход насоса, снижается гидравлическое сопротивление поступающей на него жидкости, что защищает насос от износа и осложнений в процессе эксплуатации, исключается закупорка фильтрационных отверстий на приеме насоса.
Применение заявляемого устройства обеспечивает возможность значительного увеличения межремонтных сроков работы скважины благодаря надежной очистке пластового флюида от песка, что предотвращает абразивный износ скважинного оборудования.