ВНУТРИСКВАЖИННЫЙ СЕПАРАТОР
BOREHOLE SEPARATOR

Изобретение относится к газовой промышленности и предназначено для отделения дисперсной и капельной жидкости из газового потока со сбросом под газоводяной контакт.
Известен газовой якорь (см. а.с. №1472650, Мкл. Е21В 43/34, опубл. 15.04.1989 г. Бюл. №14).
Якорь содержит двухступенчатый корпус с приемными отверстиями, нижние витки которого плотно прилегают к стенкам нижней ступени. Верхний виток располагается в верхней ступени корпуса, а газовыпускная трубка с обратным клапаном установлена в верхней ступени корпуса большего диаметра. Шнек выполнен сетчатым из гидрофильного материала. Нижние витки шнека образуют открытый осевой канал, а верхний виток - воронку в виде усеченного конуса, верхнее меньшее основание которого связано с газовыпускной трубкой. Диаметр открытого осевого канала выполнен коническим, с увеличением снизу вверх. Конструкция позволяет осуществлять сепарацию газа с его отводом через отводящую газовыпускную трубку в межтрубное пространство скважин.
Тем не менее, такая конструкция не может быть применена для сепарации дисперсной и капельной влаги из газового потока, так как отделяемый поток газа в этом случае подается в межтрубное пространство скважины. Добыча газа по межтрубному пространству не ведется из-за требований техники безопасности.
Известен газовый якорь (см. патент РФ №2269649, МКИ Е21В 43/38, опубл. 27.12.2003 г.).
Якорь состоит из патрубка с осевым и радиальным каналами с размещенными одна над другой чашками, обращенными вверх. Радиальные каналы в патрубке расположены на уровне днища каждой чашки, высота которой определена аналитическим путем. Якорь предназначен для лифтовых колонн труб в скважинах, эксплуатируемых штанговыми насосами.
Сепарация газа происходит в чашках с выделением его пузырьков из пластового флюида и миграцией в полость межтрубного пространства с последующим сбросом в промысловой газосборный коллектор.
Устройство обеспечивает сепарацию сравнительно небольших объемов газа из пластовой жидкости, но не может осуществлять сепарацию капельной и дисперсной влаги из газового потока.
Тем более, отсепарированная из газового потока жидкость не может быть сброшена на забой скважины под уровень расположения газоводяного контакта.
Известен центробежный сепаратор (см. а.с. №413962, Мкл. B01d 45/12, опубл. 05.11.1974 г., Бюл. №5), состоящий из корпуса с дросселирующим устройством и обратным клапаном, снабженным штоком с направляющей втулкой в виде полого цилиндра. В верхней части цилиндр снабжен крышкой с отверстиями, а в нижней части цилиндра выполнены тангенциальные прорези. Корпус с цилиндром образуют камеру наполнения. Центробежный сепаратор устанавливается вертикально.
Газовый поток входит внутрь корпуса по подводящему патрубку. При открытии запорного элемента цилиндр с крышкой перемещается вниз с подачей из сепаратора газового потока, предварительно введенного через тангельциальные каналы в теле цилиндра внутрь его осевого канала. Поток газа закручивается, а капельная жидкость отбрасывается к стенке цилиндра и в виде пленки движется до ловушек крышки с перетоком в камеру накопления, откуда по отводящему патрубку выводится за пределы сепаратора. Расход газа определяется положением запирающего шарового элемента.
Конструкцию центробежного сепаратора сложно применить в условиях газовой скважины из-за малых диаметральных размеров ствола и больших размеров корпуса сепаратора.
Известен скважинный сепаратор двойного действия (см. а.с. №1629507, Мкл. Е21В 43/38, опубл. 23.02.91 г., Бюл. №7), предназначенный для сепарации газа и песка в условиях повышенного расхода газожидкостной смеси, принятый за прототип. Устройство состоит из корпуса с присоединительными патрубками и приемными отверстиями, контейнера, многокамерного узла предварительной сепарации газа с установленными снаружи кольцами, патрубков для отвода жидкости, делителя потока, совмещенного узла центробежной сепарации газа в виде шнека с перфорированными отверстиями и спиралью, образующего с хвостовиком проточный канал. В теле делителя потока по образующей цилиндра выполнены щелевые прорези, сообщающие проточный канал штока с кольцевым каналом. Суммарная площадь сечения щелевых прорезей подобрана из условия обеспечения необходимого поля центробежных сил.
Кольцевая камера между хвостовиком шнека и корпусом разделена кольцами на отдельные камеры, связанные приемными отверстиями с полостью скважины, отверстиями в корпусе с газосборной камерой и камерой гравитационной сепарации газа.
Проведенный поиск и анализ конструкций известных технических решений показал, что в а.с. №761698, Мкл. Е21В 39/00 - «Газожидкостный сепаратор» (опубл. 07.09.1980 г., Бюл. №33) реализован принцип закручивания газожидкостного потока за счет тангенциального выполнения выходных отверстий.
Известна также конструкция газового якоря (см. а.с. №875000, Мкл. Е21В 43/34, опубл. 23.10.1981 г., Бюл. №39), где известно применение шнека для закручивания потока с полым осевым каналом для приема и подачи.
Технический результат, который может быть получен при реализации предлагаемого изобретения:
- возможность обеспечить работоспособность скважины путем предотвращения ее самозадавливания;
- возможность сепарации капельной и дисперсной жидкости из газожидкостного потока со сбросом ее в скважину под уровень газоводяного контакта;
- возможность замены и извлечения внутренней части устройства для обеспечения подачи геофизических приборов в скважину;
- возможность повторной установки внутренней части устройства в осевой канал шнека с продолжением процесса эксплуатации скважины.
Технический результат достигается тем, что внутрискважинный сепаратор содержит газосборную камеру, узел предварительной сепарации газа в виде шнека со спиральной навивкой на внешней стороне, образующей с ним проточный канал, связанный отверстиями в его теле с его осевым каналом.
Делитель потока снабжен патрубком для отвода жидкости, гильзой, штоком с отбойными тарелками в осевом канале гильзы, на верхнем конце которого размещены перегородка и присоединительная головка.
Устройство снабжено пакером со шнеком на нижнем конце с седлом в осевом канале.
Патрубок отвода жидкости снабжен опорной шайбой и связан верхним концом с делителем потока, в котором выполнены подводящие каналы, соединяющие осевой канал шнека с полостью гильзы, образующей кольцевую камеру с присоединительным патрубком, гидравлически связанную отводящими каналами в теле делителя потока с осевым каналом патрубка отвода жидкости.
Делитель потока установлен внутри присоединительного патрубка с торцовым взаимодействием опорной шайбы с седлом в осевом канале шнека.
Конструкция внутрискважинного сепаратора поясняется чертежами, где:
- на фиг.1 - сепаратор в разрезе, установленный в осевом канале труб обсадной колонны, с расположением в интервале перфорации;
- на фиг.2 - сепаратор в разрезе, без внутренней части, со свободным осевым каналом первой ступени сепарации;
- на фиг.3 - поперечный увеличенный разрез делителя потока.
Устройство состоит из двух частей - сепаратора первой ступени и извлекаемой второй ступени.
Первая ступень состоит из пакера механического 1, верхний конец которого снабжен присоединительным патрубком 2.
Снизу к стволу пакера 1 подсоединяется сепаратор первой ступени, в виде шнека 3 со спиральной навивкой 4, витки которой перекрывают прямой газожидкостный поток к отверстиям 5 в теле шнека 3, поступающий из перфорационных отверстий 6 обсадной колонны 7. Отверстия 5 в шнеке 3 выполнены тангенциально-направленными к оси устройства.
В осевом канале 8 шнека 3 установлено седло 9. Извлекаемая вторая ступень сепаратора состоит из делителя потока 10 с подводящими каналами 11 и отводящими каналами 12. Делитель потока 10 перекрывает прямой поток газожидкостной смеси из осевого канала 8 шнека 3 внутрь патрубка отвода жидкости 13, связанного с делителем потока 10 и пропущенного в осевой канал 8 шнека 3 и выходящего за его пределы с расположением в зоне под газоводяной контакт (ГВК) 14. В нижней части патрубка отвода жидкости 13 установлена опорная шайба 15 с возможностью опоры на седло 9.
Делитель потока 10 в верхней части оснащен сепаратором второй ступени 16, включающим гильзу 17, в днище которой закреплен шток 18 с образованием с ней кольцевой камеры 19, в которой размещены отбойные тарелки 20. Над гильзой 17 на штоке 18 размещена перегородка 21 с посадочной головкой 22, в теле которой выполнена технологическая расточка 23 для обеспечения возможности ввода в нее специального посадочного инструмента и захвата извлекаемой части сепаратора. В верхней части присоединительного патрубка 2 установлена стопорная гайка 24. Кольцевая камера 25, образованная внутренней поверхностью присоединительного патрубка 2 и наружной поверхностью гильзы 17, постоянно гидравлически связана отводящими каналами 12 в теле делителя потока 10 с осевым каналом 26 патрубка отвода жидкости 13. Осевой канал 8 шнека 3 связан отверстием 27, выполненным в теле патрубка отвода жидкости 13 над местом расположения опорной шайбы 15, с его осевым каналом 26.
Работа устройства
В кольцевую камеру присоединительного патрубка 2, под стопорной гайкой 24 вводится посадочная головка (на фиг. не показано), которая связана, в свою очередь, с лифтовой колонной труб. Осуществляют спуск устройства на заданную глубину с расположением пакера 1 над кровлей продуктивного пласта. Спиральная навивка 4 сепаратора первой ступени располагается над уровнем расположения газоводяного контакта (ГВК) 14.
Проводят операцию по перекрытию межтрубного пространства пакером 1. После этого проводят технологические операции по освоению и запуску газовой скважины.
При запуске газожидкостный поток из продуктивного пласта через перфорационные отверстия 6 поступает в осевой канал скважины, откуда, обтекая витки спиральной навивки 4, поступает с закручиванием через тангенциально-направленные отверстия 5 в теле шнека 3 в его осевой канал 8 и через подводящие каналы 11 в теле делителя потока 10 подается внутрь гильзы 17 с взаимодействием с отбойными тарелками 20. Далее поток газа выводится в кольцевую камеру 25 с взаимодействием с телом перегородки 21 и изменением направления движения потока газа. Капли жидкости при взаимодействии с витками спиральной навивки 4 и при закручивании газожидкостного потока стекают по внутренней поверхности шнека 3 к опорной шайбе 15, и через отверстие 27 жидкость перетекает в осевой канал 26 патрубка отвода жидкости 13 и далее сбрасывается под ГВК 14.
Газожидкостный поток через подводящие каналы 11 в теле делителя потока 10 поступает в полость гильзы 17 и в виде пленки скапливается на ее внутренней поверхности, с перемещением потоком газа вверх до кромки, и по наружной поверхности пленка жидкости стекает в кольцевую камеру 25, откуда через отводящие каналы 12 проходит внутрь патрубка отвода жидкости 13 и далее в полость скважины под ГВК 14. Отсепарированный поток газа с остатками дисперсной влаги поступает под перегородку 21, с падением скорости потока. При этом отсепарированная жидкость в виде капель сбрасывается с поверхности перегородки 21 в кольцевую камеру 25 с перетоком через отводящие каналы 12 делителя потока 10 в осевой канал 26 патрубка отвода жидкости 13 и далее под ГВК 14.
Процесс сепарации жидкости из газожидкостного потока происходит в постоянном режиме.
После удаления дисперсной влаги из газожидкостного потока газ по лифтовой колонне труб подается на устье скважины потребителю.
На фиг.2  показано устройство без извлекаемой части. Для извлечения этой части в осевой канал лифтовой колонны труб подается съемник, который вводится в технологическую расточку 23, связанную через шток 18 с делителем потока 10. Натяжением вверх извлекают внутреннюю часть на поверхность. Тем самым существует возможность свободного спуска в интервал продуктивного пласта исследовательского оборудования. После проведения исследований извлекают исследовательское оборудование и устанавливают в осевой канал 8 шнека 3 делитель потока 10 с патрубком отвода жидкости 13.
После повторного оснащения внутренней частью сепаратора первой ступени, а именно ввода в осевой канал 8 шнека 3 делителя потока 10 с патрубком отвода жидкости 13, скважину запускают в эксплуатацию с продолжением процесса сепарации.
При необходимости все устройство может быть извлечено из скважины путем ввода в кольцевую камеру 25 присоединительного патрубка 2 специального ловильного устройства, которое взаимодействует со стопорной гайкой 24.