ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ СЕПАРАТОР ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ
CENTRIFUGAL SEPARATOR OF SOLID PARTICLES

Изобретение относится к центробежным сепараторам твердых частиц и может использоваться в составе погружных центробежных насосов для добычи нефти, воды и других жидкостей из скважин.
Известны сепараторы твердых частиц по патентам: RU 2183256 С2, МПК7 Е21В 43/00, Е21В 43/38, F04B 47/00 от 10.06.2002; RU 2006574 С1, МПК5 Е21В 43/38 от 30.01.1994; RU 2186252 С1, МПК5 F04D 13/10, Е21В 43/38 от 27.07.2002; US RE 35454 А, МПК6 Е21В 43/38 от 18.02.1997; US 6382317 A, МПК7 Е21В 43/38 от 07.05.2002; RU 2278959 С2, МПК7 Е21В 43/00, Е21В 43/38 от 27.06.2006.
Основной недостаток этих сепараторов заключается в том, что сепарация твердых частиц осуществляется в направлении, противоположном направлению потока жидкости в насосе. В результате частицы оседают на дно скважины или в специальный отстойник. Это приводит либо к засорению скважины, либо к переполнению отстойника. В конечном итоге необходимо вынимать насосную установку из скважины и проводить дорогостоящие очистные и спускоподьемные операции. Расчеты показывают, что при содержании песка в одном литре выкачиваемой жидкости, например, 1 г и при подаче насоса, например, 1000 м в сутки в скважине за месяц осядет 30000 кг песка.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является центробежный сепаратор твердых частиц, содержащий ротор и каналы для отвода твердых частиц, в составе погружной насосной установки, включающей также отстойник и неподвижную винтовую решетку вокруг ротора сепаратора, ход нарезки лопаток которой противоположен направлению вращения ротора (RU 2278959 С2, МПК Е21В 43/00, Е21В 43/38, 27.06.2006).
Основной недостаток этого сепаратора, так же как и предыдущих изобретений, заключается в том, что сепарация твердых частиц осуществляется в направлении, противоположном направлению потока жидкости в насосе. Это приводит к быстрому заполнению отстойника и засорению скважины. Расположение открытой винтовой решетки вокруг ротора, лопатки которой нарезаны противоположно вращению ротора, создает высокую турбулентность потока и приводит к образованию вихрей. Значительная часть твердых частиц при этом вымывается из открытых лопаток и уносится потоком не в отстойник, а в насос. Это делает сепаратор малоэффективным и не снижает абразивный износ откачивающего насоса.
Задачей изобретения является получение технического результата, выражающегося в создании условий для выноса из скважины твердых частиц, повышении эффективности сепарации и снижении абразивного износа рабочих органов откачивающего насоса.
Указанный технический результат достигается тем, что центробежный сепаратор твердых частиц, содержащий ротор и каналы для отвода твердых частиц, согласно изобретению снабжен делителем потока, а вынос твердых частиц в скважину осуществляется в направлении потока жидкости в насосе.
При этом ротор сепаратора может быть выполнен в виде центробежного насоса, одно из рабочих колес которого является центрифугой.
Направление нарезки отводящих каналов может совпадать с направлением потока в насосе или с направлением вращения ротора.
Изобретение поясняется чертежами, где:
на фиг.1 изображен центробежный сепаратор твердых частиц (в разрезе);
на фиг.2 изображен центробежный сепаратор твердых частиц с делителем потока в виде втулки (в разрезе);
на фиг.3 изображен центробежный сепаратор твердых частиц с отводящими прямыми каналами, расположенными вдоль оси насоса(головка показана не в разрезе);
на фиг.4 изображен центробежный сепаратор твердых частиц с отводящими винтовыми каналами, с направлением нарезки, совпадающим с направлением вращения ротора (головка показана не в разрезе).
Центробежный сепаратор твердых частиц (см. фиг.1) содержит корпус 1, выполненный в виде трубы с внутренней резьбой на концах. С правого конца корпуса 1 ввинчивается основание 2 сепаратора с входными отверстиями 3. Входные отверстия могут прикрываться сеткой 4 для фильтрации крупных частиц. Через основание 2 сепаратор соединяется с электроприводом 5.
В корпус 1 вставляется ротор 6, собранный на валу 7 из ступеней центробежного насоса, которые обеспечивают напор, необходимый для выброса твердых частиц в скважину до уровня приемных отверстий (не показаны), где струйный насос 8 соединяется с насосно-компрессорными трубами. Подача ротора 6 должна превышать подачу основного насоса 8. Для этого ротор 6 может включать шнек 9. Рабочее колесо 10 является центрифугой, создающей центробежную силу, отбрасывающую твердые частицы к распорной втулке 11.
С левого конца корпуса 1 ввинчивается головка 12, посредством которой сепаратор монтируется к струйному насосу 8. Головка 12 снабжена отводящими каналами 13 и делителем потока 14, выполненным в виде, например, цилиндрического хвостовика. Делитель потока 14 может быть выполнен, например, в виде отдельной втулки, запрессованной в головку 12 (см. фиг.2). Отводящие каналы 13 в головке 12 могут быть выполнены вдоль оси насоса, как показано на фиг.3 (головка показана не в разрезе), или винтовыми с направлением нарезки, совпадающим с направлением вращения ротора 6, как показано на фиг.4 (головка показана не в разрезе). С целью ориентации твердых частиц вдоль основного насоса 8 сепаратор может содержать отражатель частиц 15 (см. фиг.2). Детали сепаратора твердых частиц могут выполняться из износостойкого материала или иметь износостойкое покрытие.
Работает устройство следующим образом: электропривод 5 вращает рабочие колеса ротора 6 и шнек 9, которые закачивают смесь жидкости и твердых частиц через входные отверстия 3 основания сепаратора 2. Через вал 7 вращение передается рабочим органам струйного насоса 8. При этом подача ротора 6 превышает подачу струйного насоса 8. Фильтрующая сетка 4 обеспечивает фильтрацию крупных частиц. При выходе из рабочего колеса 10 под действием центробежных сил твердые частицы отклоняются к периферии и попадают в пространство между распорной втулкой 11 и делителем потока 14. Напор, создаваемый ротором, выталкивает твердые частицы и часть жидкости через каналы 13 до уровня приемных отверстий (не показаны), где струйный насос 8 соединяется с насосно-компрессорными трубами. Очищенная от твердых частиц жидкость поступает по каналу 16 в струйный насос 8, который обеспечивает необходимый напор для создания струи и подъема жидкости на поверхность по насосно-компрессорным трубам. Твердые частицы после выхода из каналов 13, минуя рабочие органы струйного насоса 8, поступают в приемные отверстия (не показаны) за струйным насосом 8 и вместе с потоком жидкости выносятся из скважины. В результате исключается абразивный износ рабочих органов струйного насоса и обеспечивается вынос твердых частиц из скважины.
Таким образом, изобретение позволяет получить технический результат, выражающийся в создании условий для выноса из скважины твердых частиц, повышении эффективности сепарации и снижении абразивного износа рабочих органов откачивающего насоса.