МОДУЛЬ ФИЛЬТРАЦИИ САМООЧИЩАЮЩИЙСЯ С ФУНКЦИЕЙ ГАЗООТДЕЛЕНИЯ
SELF-CLEANING FILTRATION MODULE WITH THE GAS SEPARATION FUNCTION

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для защиты глубинных нефтяных насосов от механических примесей и свободного газа, содержащихся в пластовой жидкости.
Известен газовый якорь чашечного типа, содержащий всасывающий патрубок с осевым и радиальными каналами, ряд последовательно размещенных одна над другой на всасывающем патрубке чашек, накопительный патрубок, радиальные каналы всасывающего патрубка расположены на уровне днища каждой чашки, высота которой определена из соотношения: h > Vпг × t/2, где Vпг - скорость всплытия пузырьков газа в чашке; t - время цикла откачки пластовой жидкости штанговым насосом, при этом суммарный объем чашек принят из условия превышения суммарного объема пластовой жидкости в этих чашках над объемом подачи штангового насоса за одно качание [1].
Недостатком газового якоря является снижение пропускной способности из-за закупорки радиальных каналов механическими примесями по причине неравномерной интенсивности истечения пластовой жидкости через радиальные каналы во всасывающий патрубок, интенсивность истечения в верхней чашке выше, чем в нижерасположенных, при этом величина интенсивности истечения снижается от верхней чашки до нижней, это связано с тем, что депрессия, создаваемая насосом, распространяется сверху вниз по всасывающему патрубку, недостатком газового якоря является необходимость комплектации его фильтром механических примесей для обеспечения надежности его работы.
Наиболее близким решением, взятым за прототип, является модуль фильтрации самоочищающийся, содержащий фильтроэлемент, выполненный в виде усеченного конуса, закрепленного с возможностью перекрытия кольцевого зазора между полым корпусом и концентрично расположенным кожухом, имеющим входные и выходные отверстия на боковой поверхности, полый корпус, содержащий верхний и нижний фланцы, шлицевой вал, размещенный в полости корпуса, при этом кожух со стороны входных отверстий прикреплен к корпусу в зоне нижнего фланца, на боковой поверхности полого корпуса в зоне верхнего фланца выполнены окна, концентрично расположенный кожух герметично соединен с полым корпусом в зоне верхнего фланца, фильтроэлемент вершиной усеченного конуса прикреплен к полому корпусу в зоне входных отверстий на кожухе, далее фильтроэлемент, раскрываясь в сторону верхнего фланца, прикреплен основанием к кожуху в интервале между выходными отверстиями и герметичным соединением кожуха с корпусом [2].
Преимуществом прототипа по сравнению с аналогом является локальное поступление пластовой жидкости в зону фильтрации, при этом часть свободного газа, в зависимости от его количества, проходит по кольцевому зазору между кожухом модуля и эксплуатационной колонной.
Недостатками прототипа является разница сечений на участке нижнего фланца (основания) и промежутке от фланца до крайней отметки перфорационных отверстий входа пластовой жидкости в зону фильтрации, на данных интервалах при размещении прототипа в скважине образуются кольцевые пространства, при этом величина пространства в интервале отверстий входа пластовой жидкости в зону фильтрации превышает величину пространства в интервале фланца, в результате при поступлении пластовой жидкости из меньшего пространства в большее происходит завихрение и увеличение давления потока жидкости и свободного газа в итоге часть газа поступает в зону основного фильтроэлемента, что может осложнить работу глубинного насоса, включая срыв подачи жидкости на устье и аварийную остановку оборудования.
Задачей изобретения является создание модуля фильтрации самоочищающегося с функцией газоотделения, обеспечивающего очистку пластовой жидкости от механических примесей при прохождении через фильтроэлемент, а также отделение свободного газа из потока очищаемой пластовой жидкости, поступающей на вход в зону расположения фильтроэлемента, при этом часть свободного газа принудительно диспергируется, остальная часть газа поднимается к устью скважины.
Технический результат достигается тем, что модуль фильтрации самоочищающийся с функцией газоотделения, содержащий полый корпус с фланцами по концам и шлицевым валом, размещенным в полости корпуса на опорах вращения, кожух, имеющий входные и выходные отверстия на боковой поверхности, фильтроэлемент, расположенный в кольцевом зазоре между корпусом и кожухом, при этом в зоне входных отверстий к кожуху концентрично прикреплен на продольных ребрах проточный перфорированный экран, выполненный в виде усеченного конуса, раскрывающегося по ходу движения пластовой жидкости по стволу скважины.
Сущность изобретения заключается в том, что размещение проточного перфорированного экрана 12 конической формы в зоне входных отверстий 8 кожуха 7 обеспечивает предварительную очистку части пластовой жидкости 17 от механических примесей при прохождении через перфорационные отверстия 13 перфорированного экрана 12 конической формы и за счет лабиринтной траектории движения жидкости через торцы перфорированного экрана 12 в зону входных отверстий 8 кожуха 7, при этом часть свободного газа 18, перемещаясь вдоль перфорированного экрана 12, принудительно диспергируется и смешивается с потоком пластовой жидкости 17, при этом благодаря конической форме перфорированного экрана 12 происходит очистка отверстий 13, оставшаяся часть свободного газа 18 поднимается к устью скважины, в результате дополняется одна ступень фильтрации механических примесей из пластовой жидкости 17, частичная диспергация свободного газа 18, исключается поступление свободного газа 18 в зону расположения фильтроэлемента 10.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид модуля фильтрации самоочищающегося с функцией газоотделения; на фиг. 2 представлена схема функционирования модуля в скважине в составе электроцентробежного насоса, где условно показан насос 14, протектор 15 и эксплуатационная колонна 16.
Модуль фильтрации самоочищающийся с функцией газоотделения (фиг. 1) включает полый корпус 1, головку 2 с отверстиями 3, основание 4, шлицевой вал 5, подшипники скольжения 6, кожух 7, входные отверстия 8, выходные отверстия 9, фильтроэлемент 10, ребра 11, перфорированный экран 12 с отверстиями 13.
Модуль фильтрации самоочищающийся с функцией газоотделения (фиг. 2) эксплуатируется в составе установки электроцентробежного насоса (УЭЦН) и размещается между протектором 15 и насосной секцией 14. Пластовая жидкость 17 и попутный свободный газ 18, не растворенный в пластовой жидкости, поднимаясь в направлении устья скважины, проходят через кольцевой зазор между основанием 4 и эксплуатационной колонной 16 и далее через кольцевой зазор между перфорированным экраном 12 и эксплуатационной колонной 16, при этом в данном зазоре, из-за того, что объем кольцевого пространства больше объема пространства в предыдущем зазоре, между основанием 4 и колонной 16 происходит завихрение и увеличение давления сред (пластовая жидкость 17 и свободный газ 18), в итоге пластовая жидкость 17, просачиваясь через отверстия 13 и обтекая по лабиринтной траектории перфорированный экран 12, поступает через входные отверстия 8 в зону фильтроэлемента 10, при прохождении сквозь фильтроэлемент 10 пластовая жидкость 17 очищается от механических примесей, далее очищенная жидкость 19 поступает на прием насоса 14, частицы механических примесей 20 через выходные отверстия 9 поступают в кольцевой зазор между кожухом 7 и эксплуатационной колонной 16 и далее опускаются в зумпф скважины, свободный газ 18 при прохождении через зазор между перфорированным экраном 12 и колонной 16, благодаря потенциальной энергии стремясь увеличиться в объеме, частично просачивается через отверстия 13 перфорированного экрана 12 далее, диспергируясь, смешивается с потоком очищаемой пластовой жидкости 17, при этом оставшийся объем свободного газа 18, перемещаясь вдоль экрана 12, поднимается на устье скважины.
Благодаря применению перфорированного экрана 12 происходит предварительная очистка части пластовой жидкости 17 от механических примесей 20 при прохождении сквозь отверстия 13 экрана 12, а также гравитационное отделение мехпримесей благодаря лабиринтной траектории обтекания вдоль экрана 12 оставшейся части пластовой жидкости 17, при этом выполнение экрана 12 конической формы обеспечивает очистку отверстий 13 от механических примесей частью потока свободного газа 18 принудительно диспергируемого за счет продавливания при прохождении сужающего кольцевого канала между экраном 12 и колонной 16, при этом оставшаяся часть свободного газа 18 проходит мимо модуля фильтрации на устье, в итоге обеспечивается стабильная работа УЭЦН при любом газовом факторе пластовой жидкости 17.
При оформлении данной заявки на изобретение «Модуль фильтрации самоочищающийся с функцией газоотделения» были использованы результаты исследования и анализа данных, полученных при стендовых и промысловых испытаний прототипа [3].
Цель данной заявки на изобретение направлена на поиск и создание новых принципов и устройств профилактики и борьбы с песко- и газопроявлениями в нефтяных скважинах, так как в настоящее время большая доля аварийности (полетов) УЭЦН связана с низкой надежностью существующего на рынке парка газосепараторов и газопесочных сепараторов и якорей. Применение «Модуль фильтрации самоочищающийся с функцией газоотделения» в случае признания его изобретением и дальнейшее внедрение позволит повысить наработку на отказ УЭЦН до его потенциального ресурса наработки до капитального ремонта, в настоящее время фактическая наработка УЭЦН до 10 раз ниже потенциальной [4].
Источники информации
1. Патент на изобретение RU №2269649 С2, МПК Е21В 43/38, 04.06.2002 г.
2. Патент на изобретение RU №2585612 С1, МПК Е21В 43/08, 21.04.2015 г. - прототип.
3. Акт по результатам стендовых испытаний прототипа МФС.
4. Круглов А.Л. «Эксплуатация ЭЦН в осложненных условиях ООО «РН-Сахалинморнефтегаз» / Круглов А.Л., Савочкин А.В. // Инженерная практика - 2014. - №7 - с. 74.