ГАЗОПЕСОЧНЫЙ ЯКОРЬ ДЛЯ СКВАЖИН С БОЛЬШИМ ДЕБИТОМ

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности и предназначена для защиты скважинного насоса от попадания в него механических примесей и свободного газа.
Известен газопесочный якорь (патент RU №155800, МПК E21B 43/08, опубл. 20.10.2015), содержащий с заглушенным концом наружную трубу с фильтрационными прорезями и концентрично расположенную внутреннюю трубу, установленную под насосным оборудованием, причем на верхнем торце внутренней трубы закреплено кольцо, расположенное между наружной трубой и насосным оборудованием в муфтовом соединении, а верхняя часть наружной трубы имеет отверстия для выхода свободного газа.
Известен скважинный газопесочный якорь (патент RU №95356. МПК E21B 43/08, опубл. 27.06.2010), содержащий с заглушенным концом наружную трубу с фильтрационными отверстиями и концентрично расположенную всасывающую трубу, установленную под насосным оборудованием, причем на верхнем торце всасывающей трубы с помощью сварного соединения закреплено кольцо, расположенное между наружной трубой и насосным оборудованием в муфтовом соединении.
Известен газопесочный якорь (патент RU №119024, МПК E21B 43/08, опубл. 10.08.2012), содержащий с заглушенным концом наружную трубу с фильтрационными отверстиями и концентрично расположенную всасывающую трубу, установленную под насосным оборудованием, причем на верхнем торце всасывающей трубы с помощью сварного соединения закреплено кольцо, расположенное между наружной трубой и насосным оборудованием в муфтовом соединении, а верхняя часть наружной трубы имеет отверстия для выхода свободного газа.
Известен газопесочный якорь (патент RU №82758, МПК Н21В 43/38, опубл. 10.05.2009), ближайший по технической сущности к заявляемому устройству и принятый за прототип, содержащий с заглушенным нижним концом наружную трубу с фильтрационными отверстиями и концентрично расположенную всасывающую трубу, установленную под насосным оборудованием, причем нижний конец насоса с наружной трубой соединен через переводник с выполненными выходными отверстиями в верхней точке кольцевого зазора между наружной и всасывающей трубами и муфтой.
Однако, известные аналоги не обладают достаточной производительностью, необходимой для скважин с большим дебитом, а также не позволяют надежно защитить прием насоса от попадания в него механических примесей, имеют низкий коэффициент сепарации свободного таза, высокую металлоемкость.
Недостатком прототипа является наличие одного ряда отверстий в верхней части фильтра для выпуска свободного газа, из-за чего вследствие перекрытия отверстий АСПО (асфальто-смолистые парафиновые отложения) произойдет скапливание свободного газа в мертвой зоне и этот газ при работе насоса уменьшит коэффициент наполнения насоса, вследствие чего снизится производительность насоса.
Заявляемое устройство предназначено для эксплуатации в условиях, требующих большей производительности и применения труб большего диаметра и большей длины, то есть для скважин с большим дебитом.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является разработка устройства газопесочного якоря для защиты скважинного насоса от попадания в него механических примесей и свободного газа в добываемой продукции при одновременном снижении материала на его изготовление.
Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, заключается в повышении производительности насоса, как следствие, в повышении эффективности фильтрации механических примесей.
Заявляемое устройство поясняется на фигуре.
Газопесочный якорь представляет собой конструкцию, состоящую из защитного фильтра 1 с перфорационными отверстиями 2, выполненного в виде внешней трубы, и корпуса 3, выполненного в виде внутренней всасывающей трубы, расположенного внутри защитного фильтра 1.
Перфорационные отверстия 2 выполнены округлой формы, в количестве не менее тридцати, предпочтительно в количестве 42-х.
Фильтр 1 соединен с переходником 4, который, в свою очередь, соединен с насосом 9 с помощью трубы 10.
Корпус 3 соединен своим верхним концом через переходник 4 и верхнюю муфту с защитным фильтром 1.
Корпус 3 выполнен с возможностью формирования фильтрационного потока жидкости в межтрубном пространстве корпуса 3 и защитного фильтра 1.
Это достигается за счет изменения направления потока снизу-вверх и разворота жидкости сверху-вниз во внутренней полости между трубами.
К нижнему концу защитного фильтра 1 с помощью нижней муфты 6 присоединена секция насосно-компрессорной трубы 5 для сбора песка и механических примесей (шламосборник).
На нижнем конце секции насосно-компрессорной трубы 5 установлена заглушка 7.
Длина корпуса 3 подбирается таким образом, чтобы объем межтрубного пространства между защитным фильтром 1, соединенным с насосно-компрессорной трубой 5 для сбора песка и механических примесей, и корпусом 3 был не менее объема всасывания штангового насоса 9.
Более эффективная защита насоса происходит за счет увеличения диаметра фильтра 1 и корпуса 3, а также длины корпуса 3.
Чем больше площадь кольцевого зазора между фильтром 1 и корпусом 3, тем меньше скорость нисходящего потока, а значит больше времени для сепарации газа.
Объем кольцевого пространства между фильтром 1 и корпусом 3 не менее объема всасывания штангового насоса.
Переходник 4 имеет наружную резьбу для соединения с защитным фильтром 1 с помощью верхней муфты 8, благодаря чему для его изготовления требуется заготовка металла меньшего размера, чем при наличии внутренней резьбы, тем самым достигается снижение металлоемкости всего устройства.
На наружную резьбу можно закрепить муфту, т.е. устройство также является универсальным. Наличие верхнего и нижнего муфтового соединения повышает ремонтопригодность устройства.
Новым в заявляемом устройстве также является то, что перфорационные отверстия фильтра 1 расположены в виде рядов, т.е. в случае формирования АСПО в верхних перфорационных отверстиях фильтра 1 отвод газа продолжится за счет нижних отверстий. Тем самым повышается надежность работы устройства.
Отверстия выполнены в количестве 30 или 42 и расположены в пять рядов по 6 отверстий в каждом, или 7 рядов по 6 отверстий в каждом.
К тому же самые верхние из перфорационных отверстий фильтра 1 расположены не более чем на 10 см ниже верхней границы межтрубного кольцевого пространства.
Перфорационные отверстия выполнены в количестве и размере, которые соответствуют условиям эксплуатации и длине межтрубного кольцевого пространства, обусловленной его объемом, причем условия эксплуатации представляют собой продуктивность пласта, фракционный состав механических примесей, вязкость и обводненность скважины.
Газопесочный якорь работает следующим образом.
Газопесочный якорь спускают в скважину на колонне насосно-компрессорных труб на необходимую глубину.
Осуществляют монтаж устьевого оборудования и запуск скважины в работу.
При этом поток добываемой жидкости проходит- через фильтрационные отверстия 2 в зону А, представляющую собой кольцевой зазор, образованный между защитным фильтром 1 и корпусом 3.
В устройстве реализован принцип многоступенчатой сепарации с использованием гидродинамических эффектов разворота струй жидкости, изменения скорости потока со сменой направления течения.
При повороте потока жидкости в зоне А за счет разности плотности газа и жидкости происходит отделение газа от жидкости.
Более легкий газ под действием архимедовой силы поднимается по кольцевому зазору между защитным фильтром 1 и корпусом 3, и далее через отверстия 2 в затрубное пространство скважины, а поток жидкости, двигаясь по кольцевому зазору между защитным фильтром 1 и корпусом 3 к нижнему концу корпуса 3, в зону Б.
Зона Б представляет собой кольцевой зазор между насосно-компрессорной трубой 5 и корпусом 3.
Скорость нисходящего потока жидкости в кольцевом пространстве меньше скорости всплытия газа.
В зоне Б жидкость снова меняет направление, и за счет силы инерции, а также из-за разности плотностей жидкости и механических примесей, происходит оседание механических примесей в шламосборнике, состоящем из секции насосно-компрессорной трубы 5 и заглушки 7.
Далее очищенная жидкость по корпусу 3 поступает в насос.
Корпус 3 имеет такую длину, чтобы объем межтрубного пространства между защитным фильтром 1, соединенным с насосно-компрессорной трубой 5, и корпусом 3 был не менее объема всасывания штангового насоса, благодаря чему в период нагнетания штангового насоса в межтрубном пространстве между защитным фильтром 1, насосно-компрессорной трубой 5 и корпусом 3 происходит всплытие всех пузырьков газа.
Во время процесса нагнетания поток жидкости перестает поступать в устройство и механические частицы оседают в шламосборнике, а газ в кольцевом пространстве между фильтром 1 и корпусом 3 всплывает вверх и выходит через отверстия фильтра 1.
Чем больше время нагнетания, тем больше пузырьков из полости между фильтром 1 и корпусом 3 поднимется вверх и выйдет через отверстия фильтра 1. Тем самым для достижения максимальной эффективности устройства необходимо устанавливать максимальную длину хода станка качалки.
Таким образом, заявляемый газопесочный якорь повышает сепарацию свободного газа, как следствие, повышает производительность насоса, также повышает защиту скважинного насоса от механических примесей и свободного газа в добываемой продукции за счет уменьшения попадания механических примесей в насос, при одновременном снижении материала на его изготовление.