ГРАВИТАЦИОННЫЙ СЕПАРАТОР ДЛЯ ОЧИСТКИ СКВАЖИННОЙ ЖИДКОСТИ

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использована для защиты УЭЦН от воздействия механических примесей: засорения и гидроабразивного износа.
Известен входящий в состав насосной установки для добычи нефти гравитационный сепаратор механических примесей, состоящий из внешней и внутренней концентрично установленных труб, снабженный отстойником механических примесей, выполненным в виде продолжения внешней трубы сепаратора и имеющим подпружиненный клапан, расположенный ниже интервала перфорации. Выход очищенной жидкости из сепаратора гидравлически связан кожухом с приемом насоса (патент РФ №2386860, F04D 13/10, F04B 47/00, Е21В 43/38, 20.04.2010).
Недостатком устройства является низкая степень очистки при больших подачах. Кроме того, в скважинах с глубоким залеганием пластов использование такого сепаратора неприемлемо из-за смешивания восходящего потока скважинной добываемой жидкости с осаждаемыми механическими примесями, так как нет возможности опустить нижний конец гравитационного сепаратора, содержащий подпружиненный клапан, ниже, интервала перфорации.
Известен гравитационный сепаратор, представляющий собой две концентрично установленные трубы, образующие между собой кольцевой зазор, в верхней части наружной трубы выполнены входные отверстия, в кольцевом зазоре дополнительно установлен неподвижный шнек, а к нижней части сепаратора прикреплен контейнер для сбора механических примесей в виде трубы меньшего диаметра (Якимов С., Афанасьев А., Шмонин П. Применение десендеров для защиты ЭЦН на пластах Покурской свиты //Новатор. - 2009 г.- №27. - С.27-31). Гравитационный сепаратор снабжен байпасным клапаном и пакером. Во время эксплуатации пластовая жидкость из скважины через входные отверстия попадает в кольцевой зазор, в котором поток при движении вниз вдоль шнека ускоряется, закручивается в поле центробежных сил, затем разворачивается на 180 градусов и поднимается по внутренней трубе. При развороте струи происходит сброс частиц песка в контейнер.
Недостатком устройства является ограниченный срок эксплуатации, поскольку при заполнении контейнера гравитационного сепаратора жидкость двигается через байпасный клапан минуя сепаратор и не осуществляется очистка от механических примесей. Кроме того, устройство обеспечивает только очистку от частиц размером более 250 мкм.
Техническим преимуществом предлагаемой полезной модели является улучшение степени очистки скважинной жидкости от механических примесей на всем протяжении работы гравитационного сепаратора.
Указанный результат достигается тем, что в гравитационном сепараторе для очистки скважинной жидкости от механических примесей, содержащим наружную и внутреннюю трубы, установленные концентрично с образованием кольцевого зазора, в котором размещена винтовая направляющая лопасть, выполненное в верхней части наружной трубы отверстие для входа потока жидкости в кольцевой зазор и контейнер для сбора отделенных механических примесей, согласно полезной модели, на выходе потока из кольцевого зазора под направляющей винтовой лопастью на внутренней трубе выполнена перфорация, ориентированная вдоль направляющей линии навивки лопасти.
Перфорация может быть выполнена в виде отверстий круглой или овальной формы, либо в форме выреза.
В днище контейнера для сбора отделенных механических примесей дополнительно может быть вмонтирована труба, обеспечивающая отвод механических примесей в зумпф скважины. Для улучшения сепарационных свойств устройства в кольцевом зазоре может быть дополнительно размещена, по крайней мере, одна направляющая винтовая лопасть.
Сущность заявленного устройства поясняется схемой конструкции сепаратора, изображенную на фиг.
Гравитационный сепаратор состоит из наружной трубы 1 с отверстиями 2 для входа жидкости и внутренней трубы 3, образующих между собой кольцевой зазор 4, в котором расположена неподвижная направляющая винтовая лопасть 5. Снизу гравитационный сепаратор оснащен контейнером 6 для сбора отделенных механических частиц. Контейнер 6 может быть продолжением наружной трубы 1 или выполнен отдельно с последующим жестким креплением к нижней части гравитационного сепаратора. Для предотвращения переполнения в контейнере 6 установлена труба 7. Внутренняя труба 3 снабжена перфорацией 8, расположенной на конце трубы под направляющей винтовой лопастью 5 вдоль его направляющей линии навивки. Размещение перфорации 8 в нижней части трубы 3 связано с тем, чтобы к моменту подхода частиц в потоке жидкости к отверстиям, они под действием центробежной силы были прижаты к стенке наружной трубы 1. Перфорация 8 может быть выполнена в виде набора отверстий или представлять собой продолговатый вырез под направляющей винтовой лопастью 5. Для того, чтобы обеспечить прохождение потока жидкости через гравитационный сепаратор, выше него установлено уплотнение или пакер 9. Для улучшения сепарационных свойств устройства в кольцевом зазоре 4 может располагаться 2 или более неподвижных винтовых лопастей.
Сепаратор для очистки скважинной жидкости работает следующим образом.
Поток скважинной жидкости через отверстия 2 поступает в кольцевой зазор 4 гравитационного сепаратора, спускается по направляющей винтовой лопасти шнека 5 и, огибая нижний конец наружной трубы 3, поднимается вверх по ее внутренней полости, и далее двигается на прием насоса. При движении по кольцевому зазору 4 под действием центробежной силы происходит разделение потока, частицы закручиваются и прижимаются к стенкам внешней трубы 1. Часть частиц при закручивании под действием гравитационных сил оседает на лопасти шнека 5, а очищенная жидкость проходит через перфорацию 8 (набор отверстий либо вырез) во внутреннюю трубу 3. При повороте основного потока вокруг трубы 3 на 180° крупные частицы примесей под действием силы тяжести опускаются вниз, накапливаясь на дне контейнера 6 вокруг трубы 7. При переполнении контейнера 6, когда уровень примесей становится выше верхнего конца трубы 7, твердые частицы сбрасываются через нее в зумпф. Тонкость очистки будет определяться соотношением сил вязкого трения частиц о жидкость, архимедовой силы, центробежной силы и веса частиц. Выходящая из гравитационного фильтра очищенная жидкость поступает в насосную установку. Для того, чтобы избежать восходящего потока жидкости по трубе 7, она должна обладать достаточным гидравлическим сопротивлением - большим, чем сопротивление гравитационного сепаратора. Это достигается за счет оптимального подбора длины и диаметра трубы 7.