СКВАЖИННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ФЛЮИДА

Полезная модель относится к оборудованию для сепарации многофазных сред и может быть использована для сепарации жидкостей в различных отраслях народного хозяйства, в том числе, в качестве скважинного песочного сепаратора в сочетании с насосами для добычи нефти.
Известно скважинное устройство для очистки флюида, содержащее цилиндрический корпус с входными отверстиями, размещенные в верхней части корпуса сепарирующий узел в виде полого шнека с профилированной спиралью, патрубок для отвода жидкости и присоединенный к нижней части корпуса отстойник для сбора механических примесей (SU 1760099, 1992).
Недостатком известного устройства является ослабление эффективности сепарации из-за рассеивания кинетической энергии струи, сформированной в протяженном спиральном канале шнека.
Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является скважинное устройство для очистки флюида, содержащее цилиндрический корпус с входными отверстиями, размещенные в верхней части корпуса сепарирующий узел в виде полого шнека с профилированной спиралью, патрубок для отвода жидкости, размещенную в нижней части корпуса вихревую камеру в виде полого усеченного конуса и присоединенный к нижней части корпуса отстойник для сбора механических примесей (RU 2148708, 1999).
Недостатком известного устройства является низкая эффективность очистки, обусловленная ослаблением эффективности сепарации и рассеиванием кинетической энергии струи из-за больших гидравлических потерь напора в длинных и узких каналах шнека и патрубке для отвода жидкости.
Кроме того, устройству присущи невысокая технологичность на стадии изготовления и на стадии эксплуатации из-за слабого использования унифицированных деталей в конструкции изделия.
Задачей, на решение которой направлено настоящее техническое решение, является повышение эффективности работы устройства за счет снижения гидравлических потерь напора посредством оптимизации формы каналов в проточной части сепарирующего узла, а также обеспечение возможностей для регулировки режимов работы устройства в зависимости от подачи скважинного насоса при использовании наборов унифицированных и сменных деталей.
Поставленная задача достигается тем, скважинное устройство для очистки флюида содержит цилиндрический корпус с входными отверстиями и установленным аксиально в его верхней части патрубком для отвода жидкости, сепарирующий узел в виде полого шнека с профилированной спиралью, вихревую камеру в виде полого усеченного конуса с входным верхним и выходным нижним цилиндрическими патрубками, концентрично установленную в нижней части корпуса под сепарирующим узлом, и присоединенный к нижней части корпуса отстойник для сбора механических примесей, при этом верхний конец патрубка для отвода жидкости выполнен в виде расширяющегося диффузорного канала, большее основание конуса обращено к патрубку для отвода жидкости, а сепарирующий узел размещен концентрично на нижней части патрубка для отвода жидкости в полости входного верхнего цилиндрического патрубка.
В предпочтительных вариантах реализации устройства:
- сопряжение внутренней цилиндрической поверхности верхнего входного патрубка с внутренней конической поверхностью вихревой камеры выполнено через торообразную поверхность.
- сопряжение внутренней цилиндрической поверхности нижнего выходного патрубка с внутренней конической поверхностью вихревой камеры выполнено через торообразную поверхность.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид устройства, на фиг.2-3 приведены примеры его исполнения.
Скважинное устройство для очистки флюида содержит цилиндрический корпус 1 с входными отверстиями 2, сепарирующий узел в виде полого шнека с профилированной спиралью 3 и патрубок 4 для отвода жидкости, установленный аксиально в верхней части корпуса 1. Сепарирующий узел 3 концентрично установлен на нижней части патрубка 4 для отвода жидкости.
В нижней части корпуса 1 концентрично с ним размещена вихревая камера 5, выполненная в виде полого усеченного конус, большее основание конуса которого обращено к патрубку 4 для отвода жидкости.
К нижней части корпуса 1 присоединен отстойник 6 для сбора механических примесей. Вихревая камера 5 оснащена входным верхним цилиндрическим патрубком 7 и выходным нижним цилиндрическим патрубком 8.
Верхний конец патрубка 4 для отвода жидкости выполнен в виде расширяющегося диффузорного канала 9.
Полый шнек с профилированной спиралью 3 расположен внутри входного верхнего цилиндрического патрубка 7.
Возможно исполнение сепаратора, когда сопряжение внутренней цилиндрической поверхности входного патрубка 7 с внутренней конической поверхностью вихревой камеры 5 выполнено через торообразную поверхность 10 (фиг.2).
Возможно исполнение сепаратора, когда сопряжение внутренней цилиндрической поверхности выходного патрубка 8 с внутренней конической поверхностью вихревой камеры 5 выполнено через торообразную поверхность 11 (фиг.3).
Устройство работает следующим образом.
Пластовая жидкость с механическими примесями поступает внутрь корпуса 1 через входные отверстия 2, далее поступает в каналы, образованные профилированной спиралью 3. На выходе из спирали 3, во входном патрубке 7 и в полости вихревой камеры 5 формируется контур циркуляции с вращательным движением жидкости. Твердые частицы за счет центробежных сил оттесняются к стенкам входного патрубка 7 и вихревой камеры 5. Под действием гравитационных сил твердые частицы смещаются в полость нижнего цилиндрического патрубка 8 и далее оседают в отстойнике 6. Очищенная от механических примесей жидкость поступает в патрубок 4 и далее движется вверх, к входу скважинного насоса (насос на фигурах не показан).
Выбор оптимальных геометрических размеров профилированной спирали 3, размеры вихревой камеры 5 зависят от дебита скважины и, соответственно, от подачи насоса. При решении задачи по повышению эффективности работы сепаратора подбор оптимальной формы каналов должен осуществляться в зависимости от подачи насоса. Возможности для регулировки сепаратора в зависимости от подачи скважинного насоса обеспечиваются за счет использования унифицированных и сменных деталей. Для разных исполнений сепаратора можно использовать универсальный корпус 1, одного и того же исполнения. А гидродинамические условия обеспечиваются за счет использования сменных деталей, в том числе регулирование сепаратора можно осуществить за счет подбора соответствующей вихревой камеры 5, оснащенной входным верхним цилиндрическим патрубком 7 и выходным нижним цилиндрическим патрубком 8. Такое техническое решение позволяет повысить эффективность работы сепаратора и делает конструкцию более технологичной при изготовлении изделия и при его эксплуатации. Кроме того, расширяющийся диффузорный канал 9 позволяет уменьшить скорость течения жидкости на выходе из сепаратора, что способствует уменьшению гидравлических потерь напора.
При наличии уступов в проточной части сепаратора возникают дополнительные зоны вихревого движения жидкости и твердых частиц, соответственно. Такие процессы способствуют ускоренному износу деталей сепаратора. Возможно исполнение сепаратора, когда сопряжение внутренней цилиндрической поверхности входного патрубка 7 с внутренней конической поверхностью вихревой камеры 5 выполнено через торообразную поверхность 10 (фиг.2). Возможно исполнение сепаратора, когда сопряжение внутренней цилиндрической поверхности выходного патрубка 8 с внутренней конической поверхностью вихревой камеры 5 выполнено через торообразную поверхность 11 (фиг.3). При таком исполнении исключаются условия для образования вихрей в переходных зонах проточной части сепаратора, замедляется износ деталей и эффективность работы сепаратора повышается.