АРМАТУРА УСТЬЕВАЯ ДЛЯ НАГНЕТАТЕЛЬНЫХ СКВАЖИН

Полезная модель относится к нефтяной промышленности, в частности, к оборудованию устья нагнетательных скважин.
Известно устройство, наиболее близкое к предлагаемой полезной модели - стандартная арматура нагнетательных скважин АН-65х21, включающая трубы и задвижки [Арматура нагнетательная АН-65х21, Паспорт и инструкция по эксплуатации, ВЖНИ, 611443.001 ПС, 1998, c.1.].
Недостатком известного устройства являются низкая надежность из-за применения труб большого диаметра, связанная с этим, возможность замерзания воды в зимнее время и большая металлоемкость.
Технической задачей создания полезной модели являются повышение надежности работы устройства в зимнее время без применения дополнительных механических устройств, а также снижение металлоемкости.
Техническая задача решается за счет того, что в арматуре устьевой для нагнетательных скважин, включающей трубы и задвижки, согласно предлагаемой полезной модели, внутренний диаметр трубы выполнен с возможностью интенсивного перемешивания закачиваемой воды в радиальном направлении.
Опытным путем установлено, что образование льда внутри горизонтальной трубы при ламинарном потоке, то есть при небольшой линейной скорости, происходит по периметру сечения трубы. Кристаллики льда оседают на внутренней поверхности трубы, где движение воды замедленное, постепенно образуя сплошной тонкий слой льда. На этот слой льда постепенно нарастает следующий
слой до полного перекрытия льдом всего сечения трубы. Сутью данного предложения является ликвидация застойных зон воды в сечении трубы. При оптимальном уменьшении внутреннего диаметра трубы, как следствие, увеличивается скорость закачиваемой воды до состояния турбулентного режима. [Молоканов Ю.К., Процессы и аппараты нефтегазопереработки, М:, «Химия», 1980, с. 46, 2-й и 3-й абзацы и рис.11-11, б)]. При таком режиме частицы жидкости движутся беспорядочно по пресекающимся направлениям, происходит интенсивное перемешивание закачиваемой воды и кристалликов льда в радиальном направлении, что препятствует образованию сплошного слоя льда на внутренней стенке трубы, так как большинство кристалликов льда уносится с закачиваемой водой.
Пример конкретного исполнения. Предварительно рассчитывают внутренний диаметр трубы, где реализуется возможность интенсивного перемешивания закачиваемой воды и кристалликов льда в радиальном направлении [там же, 2-й и 3-й абзацы снизу и формула (11,54)]. Переход от ламинарного режима движения воды, который наблюдается при использовании известной арматуры нагнетательной (внутренний диаметр 65 мм и выше), к турбулентному режиму с увеличенной средней скоростью движения, которое, в свою очередь, способствует интенсивному перемешиванию закачиваемой воды и кристалликов льда в радиальном направлении, происходит при уменьшении внутреннего диаметра трубы. Количество закачиваемой воды в нагнетательную скважину определяется технологией разработки и является фиксированной величиной, поэтому для увеличения скорости движения воды необходимо уменьшать внутренний диаметр трубы по известной формуле Рейнольдса, преобразованной, в данном случае, относительно внутреннего диаметра d:
где, d - внутренний диаметр трубы, м
Re - число Рейнольдса больше 2300, например, 23000
-6
2
v -кинематическая вязкость воды, 10 м/с
w - средняя скорость движения воды, равная  м/с, (2)
где, Q фиксированный расход воды в скважину, например, 50 т/сут,
2
F - сечение трубы, м,
ρ - плотность воды, 1 т/м.
Из сортамента труб выбирают трубу с внутренним диаметром не более , то есть максимальный возможный внутренний диаметр трубы устья скважины, который обеспечивает турбулентный режим течения воды с расходом 50 т/сут, составит d=32 мм. Это в два раза меньше диаметра стандартной трубы прототипа. Для защиты трубы устья простаивающих скважин от разрушения при сезонном понижении температуры используют способ по патенту РФ №2225936. При этом эквивалентный диаметр, который позволяет использовать формулы гидравлики для труб некруглого сечения, определяют по свободному некруглому сечению трубы и смоченному периметру после установки внутри грубы эластичного резинового шнура [там же, с. 38, формула (II, 34а)].
экв
где, d - эквивалентный диаметр трубы, м;
2
F - свободное сечение трубы, м;
П - смоченный периметр трубы, м
Использование предлагаемой полезной модели повышает надежность работы арматуры устьевой в зимнее время за счет сокращения застойных зон в сечении трубы, а также уменьшает металлоемкость. Дополнительный технический результат - облегчение теплоизоляции труб существенно меньшего диаметра по сравнению с прототипом.