СЕПАРАТОР МЕХАНИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ ДЛЯ ЖИДКОСТИ
MECHANICAL IMPURITIES SEPARATOR FOR FLUID

Техническое решение относится к устройствам для сепарации мелкодисперсных механических примесей из продукции нефтяных и артезианских скважин и может быть использовано для защиты погружного насосного оборудования, работающего в пескопроявляющих скважинах.
Известно устройство для сепарации механических примесей при откачке жидкости из скважины погружным насосом, описанное в патенте RU 66417 U1, 10.09.2007, содержащее корпус с приемным отверстием, а также патрубок расположенный внутри корпуса и ориентированный в осевом направлении. Верхний конец патрубка гидравлически изолирован от приемного отверстия устройства, при этом устройство выполнено с возможностью гидравлического соединения с приемом насоса со стороны верхнего конца патрубка. На наружной поверхности патрубка выполнены две винтовые лопасти, образующие винтовые каналы, вход которых гидравлически связан с приемным отверстием сепаратора, а выход с нижним открытым концом патрубка. При этом сепаратор включает в себя гидроциклонную камеру, верхняя часть которой расположена под нижним концом патрубка.
Наличие винтового канала и расположенного под ним гидроциклона обеспечивает эффективную центробежную сепарацию твердых частиц, находящихся в перекачиваемом флюиде
Известен сепаратор погружного скважинного насоса для жидкости, описанный в авторском свидетельстве SU 1308754 А1, 07.05.1987, содержащий корпус с приемным отверстием, а также соосные внешний и внутренний патрубки, расположенные внутри корпуса и ориентированные в осевом направлении. Верхние концы патрубков гидравлически изолированы от приемного отверстия. На наружной поверхности внешнего патрубка выполнена винтовая лопасть, образующая винтовой канал, вход которого гидравлически связан с приемным отверстием, а выход через полость внутреннего патрубка связан с приемом насоса. Ниже патрубков расположен делитель потока, предназначенный для отделения мехпримесей, сосредотачивающихся в периферийной части выходящего из винтового канала потока, от преимущественно жидкостной фазы, находящейся в центральной части потока, а также для отвода мехпримесей к шламосборнику.
Наиболее близким аналогом (прототипом) является конструкция сепаратора механических примесей для жидкости, описанная в патенте РФ №2148708 С1, 10.05.2000 и включающая цилиндрический корпус с приемными отверстиями и соединительными элементами в верхней и нижней части, установленный в нем сепарирующий узел, выполненный в виде полого шнека с профилированной спиралью и усеченным конусом, установленным концентрично корпусу, внутри которого закреплен сливной патрубок для отвода жидкости и заглушенный снизу отстойник для сбора механических примесей
Общим недостатком описанных выше аналогов и существующих устройств для сепарации мехпримесей является ухудшение их эффективности при снижении размера механических примесей менее 100-50 мкм. Этот факт имеет особое значение, т.к. по данным нефтяников 80% фракционного состава механических примесей составляют зерна размером менее 50 мкм.
В связи с изложенным, основным конструктивным недостатком указанных выше аналогов можно считать исполнение сепарирующего узла в виде полого шнека и усеченного конуса, установленных концентрично корпусу. Концентричное расположение усеченного конуса препятствует размещения в гидроциклоне нескольких гидроциклонных камер, а габариты полого шнека не позволяют его установки в гидроциклонной камере диаметром менее 35 мм.
Таким образом, задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, состоит в повышении надежности и долговечности погружного скважинного насоса за счет повышения эффективности сепарации механических примесей из перекачиваемой жидкости.
Технический результат, достигаемый при реализации заявленного изобретения, заключается в повышении надежности и эффективности очистки перекачиваемой жидкости от механических примесей.
Сепаратор механических примесей для жидкости, обеспечивающий достижение указанного выше технического результата, содержит цилиндрический корпус с приемными отверстиями и соединительными элементами в верхней и нижней части, установленный в нем сепарирующий узел со сливным патрубком для отвода жидкости и заглушенный снизу отстойник для сбора механических примесей, причем в цилиндрическом корпусе, состоящем из головки с приемными тангенциальными отверстиями, обоймы и переходника, нижняя часть головки со вставкой, размещенной внутри обоймы, составляют гидроциклон, а внутренние цилиндрические расточки в нижней части головки и конусообразные отверстия внутри вставки образуют, по меньшей мере, две гидроциклонные камеры, причем верхние выходные концы сливных патрубков гидроциклонных камер расположены выше приемных тангенциальных отверстий, гидравлически изолированы относительно их втулками и через общую полость связаны с приемом насоса, а каждая гидроциклонная камера выполнена с единственным тангенциальным отверстием.
Возможность осуществления изобретения, охарактеризованного приведенной выше совокупностью признаков, подтверждается описанием сепаратора механических примесей для жидкости, выполненного в соответствии с настоящим изобретением. Описание сопровождается графическими материалами, на которых изображено следующее:
На Фиг. 1 - сепаратор в разрезе.
На Фиг. 2 - сечение А-А.
Погружной скважинный насосный агрегат (фиг. 1) включает в себя погружной насос, погружной электродвигатель с гидрозащитой, пакер, служащий для герметизации затрубного пространства и обеспечивающий гарантированное движение отсепарированной среды на прием насоса (на рис. не показаны), сепаратор механических примесей 1 и шламосборник 2, предназначенный для накопления отделенных в сепараторе 1 частиц мехпримесей.
Сепаратор 1 включает в себя корпус 3, состоящий из головки 4 с приемными тангенциальными отверстиями 5, обоймы 6 и переходника 7.
Нижняя часть головки 4 со вставкой 8, размещенной внутри обоймы 6, составляют гидроциклон. При этом внутренние цилиндрические расточки в нижней части головки 4 и конусообразные отверстия внутри вставки 8 образуют, по меньшей мере, две гидроциклонные камеры 9 (на фиг. 1 - три камеры). В основании вставки 8 расположена сменная насадка 10 с разгрузочными отверстиями разного диаметра.
Внутри диска 11 установлены сливные патрубки 12, ориентированные в осевом направлении. Верхние (выходные) концы сливных патрубков 12 расположены выше приемных тангенциальных отверстий 5 и гидравлически изолированы относительно них втулками 13. В приемных тангенциальных отверстиях 5 (фиг. 2) происходит раскручивание потока, стимулирующее увеличение центробежной силы, действующей на частицы мехпримесей в перекачиваемой жидкости.
Сливные патрубки 12 фиксируются в отверстиях сменной упорной шайбы 14 и стаканом 15. При этом в зависимости от необходимой производительности гидроциклона часть этих отверстий заглушается, исключая тем самым из работы соответствующие гидроциклонные камеры.
К обойме 6 присоединен переходник 7, предназначенный для соединения сепаратора с шламосборником 2, который представляет расчетное количество соединенных между собой насосно-компрессорных труб с заглушкой (на фиг. 1 не показана) на нижнем конце. Заглушка препятствует выносу мехпримесей в скважину и обеспечивает поступление рабочей жидкости только через приемное отверстие 5.
Для исключения перетока разгрузочной жидкости в гидроциклонные камеры на шламосборнике 2 предусматриваются выходные окна 16, а к нижней части гидроциклона подсоединяется разгрузочный патрубок 17, концентрично расположенный в полости шламосборника 2. При этом сечение разгрузочного патрубка 17 принимается таким, чтобы скорость восходящей жидкости, проходящей через кольцевое пространство и окна 16, не превышала скорости осаждения механических примесей.
Каждая гидроциклонная камера выполнена с единственным приемным тангенциальным отверстием, что, как указывалось выше, позволяет увеличить эффективность сепарации за счет увеличения входной скорости жидкости и, соответственно, роста центробежных сил в гидроциклоне.
Устройство работает следующим образом.
Перекачиваемая жидкость под давлением поступает из скважины через тангенциальные приемные отверстия 5 в гидроциклонные камеры 9 сепаратора 1, приобретает вращательно-поступательное движение, и, в дальнейшем, под действием центробежных сил, вращаясь, движется относительно стенки цилиндрической части гидроциклонной камеры. Внутри гидроциклонной камеры формируется коническая поверхность раздела фаз (зона сепарации), на которой вертикальная скорость потока равна нулю. Внутри этой поверхности раздела образуется восходящий поток, а снаружи - нисходящий поток.
Твердые частицы под действием центробежной силы отбрасываются к стенкам гидроциклонной камеры и сосредотачиваются в основном во внешнем нисходящем потоке, а незначительное количество частиц механических примесей, попавших в восходящий поток, уносятся через сливные патрубки 12 и верхнюю часть головки 4 через пакер на прием насоса. Механические примеси в составе разгрузочной жидкости через отверстия в насадке 10 гидроциклона и через патрубок 17 попадают в шламосборник 2, где твердые частицы оседают в нижней его части, а избыточная жидкость, потерявшая первоначальную скорость, через окна 16 выводится в затрубное пространство.
Источники информации
1. Патент RU 66417 U1, 10.09.2007.
2. АС SU 1308754 А1, 07.05.1987.
3. Патент RU 2148708 А1, 05.10.2000.
4. Гутман Б.М., Мустафаев A.M. Гидроциклоны в нефтедобывающей промышленности, М., "Недра", 1981.