Якорь фильтрующий скважинный с измельчителем

Полезная модель относится к химическому оборудованию, в частности к конструкциям фильтров для транспортных систем нефтепродуктов, и может быть использована для фильтрации нефтегазовой смеси в добывающей скважине.
Из патента №2301700 RU известен диспергатор, содержащий крыльчатки и пружину, отличающийся тем, что введены дополнительные крыльчатки, шпилька с фиксаторами и втулки, установленные на шпильке между крыльчатками, для обеспечения динамического взаимодействия кромок лопастей соседних крыльчаток, кромки лопастей заострены, причем две группы крыльчаток выполнены большего размера и установлены на концах шпильки возле фиксаторов, две другие группы крыльчаток выполнены меньшего размера и установлены между группами крыльчаток большего размера, между группами крыльчаток меньшего размера установлена пружина, крыльчатки большего размера и крыльчатки меньшего размера выполнены с возможностью вращения в противоположные стороны, крыльчатки большего размера выполнены диаметром, близким к диаметру нефтепровода.
Из патента US 2166197 известен роторный измельчитель, имеющий крыльчатку с заостренными и/или зубчатыми краями.
Из патента №155800 RU известен скважинный газопесочный якорь, содержащий с заглушенным концом наружную трубу с фильтрационными прорезями и концентрично расположенную внутреннюю трубу, установленную под насосным оборудованием, причем на верхнем торце внутренней трубы закреплено кольцо, расположенное между наружной трубой и насосным оборудованием в муфтовом соединении, а верхняя часть наружной трубы имеет отверстия для выхода свободного газа, отличающийся тем, что фильтрационные прорези дополнительно обернуты металлической сеткой, закрепленной при помощи хомутов, причем на наружной трубе над и под фильтрационными прорезями установлены центраторы. Фильтрационные прорези выполнены прямоугольной формы с размером ячеек 10×150 мм, размер ячеек металлической сетки 1×1 мм. Кольцо с внутренней трубой и центраторы с наружной трубой соединены с помощью сварного соединения. Количество центраторов составляет по меньшей мере по четыре с каждой стороны. Заглушенный конец наружной трубы образует шламосборник, выполненный с возможностью регулировки своей длины путем добавления дополнительных насосно-компрессорных труб. Наружный диаметр кольца меньше внутреннего диаметра муфты и больше внутреннего диаметра наружной трубы, а толщина кольца равна зазору между наружной трубой и насосным оборудованием. При этом отверстий для выхода газа имеется по меньшей мере два.
Из патента №2421603 RU известен расширяемый скважинный фильтр, который содержит выполненную с возможностью расширения расширяющим конусом и снабженную прорезями несущую трубу. Несущая труба выполнена цельной, а прорези выполнены в виде поперечных щелей, расположенных рядами вдоль оси несущей трубы. Несущая труба сверху снабжена якорем, выполненным в виде продольно-гофрированной трубы с герметично закрепленным вверху расширяющим конусом, соединенным с колонной труб и снабженным ловителем. Между несущей трубой и якорем внутри установлен извлекаемый перепускной клапан с ловильной головкой вверху под ловитель.
Из патента №65128 RU известен газопесочный якорь скважинного насоса, включающий закрытую снизу наружную трубу с радиальными впускными отверстиями и внутреннюю трубу для направления скважинной жидкости из нижней части наружной трубы в насос, впускные отверстия наружной трубы закрыты фильтрующей сеткой, причем в кольцевом пространстве между наружной трубой и сеткой установлены разделительные кольца, размещенные непосредственно под каждым рядом впускных отверстий наружной трубы. Внутренняя труба установлена в наружной трубе с обеспечением свободы осевого перемещения. В верхней части кольцевого канала между наружной и внутренней трубами размещен перепускной клапан, запирающий элемент, который прикреплен к внутренней трубе, седло к наружной трубе. По мере засорения сетки увеличивается перепад давления, действующий при такте всасывания насоса на запирающий элемент и внутреннюю трубу. При значении перепада, соответствующему весу запирающего элемента и трубы, они выталкиваются вверх, произведя удар ограничительным кольцом по седлу. Ударные импульсы при ходе вверх и вниз приводят к самоочищению сетки и увеличению времени эффективной работы якоря и, соответственно, насоса. При полном засорении сетки скважинная жидкость поступает в насос через отверстия. Работа насоса в заданном режиме не прекращается.
Наиболее близким аналогом является известный из патента №158201 RU скважинный щелевой фильтр, характеризующийся тем, что содержит корпус в виде трубы из непроницаемого материала с щелевыми отверстиями, направленными вдоль образующей, при этом длина отверстий, по меньшей мере, в три раза больше ширины, по оси корпуса установлен шток, на котором закреплены с возможностью вращения и перемещения вдоль штока крыльчатки, разделенные пружинами, вокруг корпуса фильтра, соосно с ним, установлен кожух в виде трубы с выполненными на его образующей поперечными щелевыми отверстиями длиной, равной половине длины окружности кожуха, расположенными по всей его высоте в шахматном порядке, кожух и корпус скреплены на концах болтами, расположенными перпендикулярно к продольной оси щелевого фильтра. На концах корпуса щелевого фильтра выполнены резьбовые соединения для возможности формирования с помощью соединительных втулок многосекционного щелевого фильтра. Щелевые отверстия на кожухе расположены с шагом, равным четырем поперечным размерам отверстия. Лопасти крыльчаток имеют острые кромки. При протекании смеси крыльчатки вращаются в противоположные стороны и измельчают частицы грязи и асфальто-смолопарафиновые отложения. Недостатком указанного патента является высокая аварийноопасность в случае засорения отверстий, малое время безотказной работы фильтра, отсутствие системы самоочищения фильтра, устройство не обеспечивает достаточную однородность нефтегазового потока и имеет малый срок эксплуатации диспергатора.
Задачей полезной модели является: исключение аварийной ситуации при засорении отверстий фильтра, увеличение времени безотказной работы фильтра, увеличение однородности нефтегазовой смеси, увеличение срока эксплуатации диспергатора путем закалки крыльчаток измельчителя.
3
Решение задачи: Якорь скважинный содержит внутренний корпус и наружную рубашку в виде трубы из непроницаемого материала. Корпус внутренний имеет отверстия, рассекающие % радиуса трубы под 45 град, к оси с двух сторон трубы симметрично. Отверстия выполнены с шагом вдоль корпуса больше ширины отверстия в 4 раза. За счет этого достигается высокая степень очистки. Внутри корпуса установлен измельчитель, состоящий из двух секций разных длин. Каждая секция состоит из вала, втулок и закаленных крыльчаток - свободно передвигающихся по валу, с разными диаметрами и направлениями вращения. За счет этого достигается измельчение крупных частиц, а также высокая степень гомогенизации смеси. Секции соединены кольцом, что позволяет измельчителю быть гибким и, благодаря этому, короткая нижняя секция периодически ударяется о внутренний корпус и ударные импульсы приводят к самоочищению фильтра. За счет этого увеличивается срок работы якоря. Измельчитель передвигается по корпусу и ограничен штифтом снизу якоря и болтом, соединяющим корпус и рубашку, в верхней части якоря. Рубашка имеет отверстия, рассекающие Л радиуса трубы под 135 град, к оси с двух сторон трубы симметрично, отверстия выполнены с шагом больше ширины отверстия в 5 раз.
Корпус и рубашка соединены между собой предохранительным клапаном (дальше ПК) в нижней части якоря. ПК вставлен внутрь рубашки, а корпус надет на ПК внутри рубашки. Корпус ПК имеет сквозное отверстие вдоль корпуса, создающее канал, в котором расположен затвор с пропускными щелями, пружина фиксации затвора и крышка натяжки пружины. За счет конструкции клапана достигается исключение аварийной остановки при засоре фильтра. На наружном конце корпуса нарезана резьба для соединения с колонной через муфту.
В результате якорь фильтрующий имеет высокую степень измельчения нефтегазового потока, предотвращает аварийную остановку при засоре фильтра, имеет увеличенный срок эксплуатации измельчителя и время безотказной работы фильтра.
Осуществление полезной модели
Якорь скважинный представляет собой рубашку 1 в виде трубы из непроницаемого материала, например, стали, полиамида и др. агрессивно стойких полимеров. Рубашка является первой степенью очистки и имеет отверстия рассекающие  радиуса трубы под углом 135 град, к оси с двух сторон трубы симметрично, в шахматном порядке, с шагом больше ширины отверстия в 5 раз. Ширина отверстий равна от 1 до 5 мм в зависимости от степени загрязненности потока.
Внутри рубашки расположен корпус 2, который является вторым уровнем очистки. Корпус выполнен в виде трубы из непроницаемого материала, например, стали, полиамида и др. агрессивно стойких полимеров. Корпус также имеет отверстия, рассекающие  радиуса трубы под углом 45 град, к оси с двух сторон трубы симметрично, в шахматном порядке, с шагом больше ширины отверстия в 4 раза. Ширина отверстий равна от 1 до 5 мм в зависимости от степени загрязненности потока.
Рубашка скреплена с корпусом верхним соединителем 3 с помощью ограничивающего болта 13, гайки 14, шайб 15. Ограничивающий болт 13 препятствует прохождению измельчителя выше по колонне во время работы насоса.
Измельчитель является третьим уровнем очистки и состоит из двух секций разных длин, которые соединены кольцом 18. Это позволяет измельчителю быть гибким и, благодаря этому, короткая нижняя секция периодически ударяется о внутренний корпус и ударные импульсы приводят к самоочищению фильтра - что и является системой самоочищения фильтра. Каждая секция представляет собой вал 9, на который насажены крыльчатки и промежуточные втулки 8. Несколько видов разных диаметров крыльчаток, способствуют максимально эффективному измельчению. Диаметр самой крупной крыльчатки обеспечивает зазор в трубе равный от 0,5 до 1,5 мм на сторону. Оставшиеся крыльчатки меньших диаметров и обеспечивают измельчение включений в средних и малых слоях потока. Крыльчатки имеют заостренные внутренние кромки лопастей на угол от 30 до 60 град., заостренные зубцы на лопастях крыльчаток по переферии на угол от 30 до 60 град - что способствует увеличению однородности потока. Термообработанная рабочая кромка крыльчаток до HRC 56…60 и увеличенная толщина крыльчаток до 3 мм увеличивает срок эксплуатации измельчителя. Посадочное место крыльчаток на вал и внутренний диаметр втулок подобраны таким образом, что бы исключить заклинивание и обеспечить свободное вращение на валу - зазор составляет 0,2-0,5 мм на сторону. Зазор между крыльчатками и втулками составляет от 0,2 до 1,5 мм. Крыльчатки большего диаметра приварены в начале и конце вала с одним направлением гибки. Между верхней и нижней крыльчаткой расположены втулки и крыльчатки меньших диаметров двух видов. Такое расположение крыльчаток создает вихревой поток смеси, что способствует лучшему измельчению вредных включений, прошедших через первый и второй уровень очистки.
Штифт 17 ограничивает измельчитель снизу якоря, защищая крышку 7 предохранительного клапана. Предохранительный клапан (ПК) 4 соединяет между собой корпус и рубашку якоря. ПК вставлен внутрь рубашки и соединен винтами 16, а корпус надет на ПК. ПК находится снизу якоря и имеет сквозное отверстие в корпусе, создающее канал в котором расположен затвор 5 с пропускными щелями, пружина фиксации затвора 6 и крышка натяжки пружины 7.
Принцип работы Якоря фильтрующего скважинного с измельчителем:
При включении насоса, загрязненная нефть начинает поступать через отверстия рубашки 1, проходя первую степень очистки и препятствуя прохождению крупного мусора внутрь фильтра. Также, нефтегазовый поток проходит через затвор 5, благодаря узким пропускным щелям. Далее, прошедшая смесь фильтруется корпусом 2, удерживая вредные включения. Пройдя первые две степени очистки, смесь попадает внутрь корпуса 2, где находится измельчитель. Поток поднимает измельчитель до ограничивающего болта 13, раскручивает крыльчатки на валах измельчителя, измельчая смесь закаленными крыльчатками с острыми краями, которые вращаются в разные стороны в средних и малых слоях потока, а крупные крыльчатки создают завихрения и измельчают верхние слои смеси. В процессе работы, нижняя секции периодически ударяется о внутренний корпус и ударные импульсы приводят к самоочищению фильтра. При полном засоре отверстий рубашки и корпуса, от остановки работ предотвращает ПК, в котором затвор 5 прожимает пружину 6 и пропускает нефтегазовый поток через измельчитель. После этого, поток очищает щели якоря изнутри, впуская отфильтрованную нефтегазовую смесь через отверстия фильтра.
Описание рисунков
На рисунке 1 представлена конструкция якоря скважинного с измельчителем, где: 1 - рубашка; 2 - корпус; 3 - соединитель верхний; 4 - предохранительный клапан; 5 - затвор; 6 - пружина фиксации; 7 - крышка; 8 - втулка измельчителя; 9 -вал измельчителя; 10, 11, 12 - крыльчатки измельчителя разных диаметров и направлений; 13, 14, 15 - болт, гайка, шайба; 16 - винт; 17 - штифт, 18 - кольцо соединительное.