УСТРОЙСТВО ОГРАНИЧЕНИЯ РАСХОДА ЖИДКОЙ ФАЗЫ СКВАЖИННОЙ ЖИДКОСТИ

Техническое решение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при эксплуатации скважин.
На данный момент в технологии добычи нефти или газа обычно применяют следующие устройства:
- ограничитель расхода газообразной среды;
- устройство для управления потоком жидкости, ограничивающее расход и жидкой и газообразной рабочих сред.
Данные устройства не позволяют ограничивать расход жидкой фазы.
Известна (SU, авторское свидетельство 1390346) конструкция скважинного сепаратора, содержащая корпус с размещенными в нем шнеком с отверстиями и газоотводной трубкой с обратным клапаном.
Недостатком известного скважинного сепаратора следует признать сложность изготовления и недостаточную сепарационную способность, так как в сепараторах такой конструкции не улавливаются пузырьки, поднимающиеся вдоль стенки корпуса и оказавшиеся гам в силу их радиального перемещения согласно эффекту Сегре-Зильберберга, либо в силу возможного наклона оси сепаратора при его использовании в искривленной скважине.
Известен также (SU, авторское свидетельство 138908) сепаратор, включающий узел из перегородки в виде воронок с отверстиями, совпадающими с осью симметрии сепаратора, и струеотбойных тарелок, установленных над воронками.
Недостатком данного сепаратора является сложность его изготовления и недостаточная сепарационная способность.
Известен (SU, авторское свидетельство 1308754) скважинный сепаратор, содержащий кожух, внутри которого размещена установка погружного электроцентробежного насоса, соединительную головку с патрубком для отвода жидкости, хвостовик (шламовую трубу), корпус с приемными отверстиями и газосборной камерой, сообщающейся с затрубным пространством, верхняя часть корпуса связана через соединительную головку с кожухом, а нижняя - с хвостовиком, и сепарирующий узел, установленный внутри корпуса. С целью повышения сепарирующей способности сепаратора он снабжен последовательно установленными под сепарирующим узлом делителем потока и стабилизатором, причем для сообщения затрубного пространства с полостью патрубка для отвода жидкости в верхней части делителя потока выполнена кольцевая полость, а нижняя часть его образует со стабилизатором кольцевой канал, сепарирующий узел выполнен в виде полого шнека с профилированной спиралью, внутри которого размещен патрубок для отвода жидкости, образующий с ним кольцевую полость, связанную с газосборной камерой.
Недостатком известного сепаратора следует признать наличие под сепарирующим узлом последовательно установленных делителя потока и стабилизатора, что обуславливает высокие гидродинамические сопротивления, негативно сказывающиеся на эффективной работе сепаратора. Также недостатком следует признать наличие не большого проходного сечения приемных отверстий для поступления в сепаратор скважинной жидкости, которое не позволяет подстраиваться под различные дебиты скважины в эксплуатационных условиях, а зачастую просто исключает равномерную откачку жидкости (в правильном гидравлическом режиме) с необходимым расходом.
Известен (RU, патент 212590) газовый сепаратор скважинного центробежного насоса, содержащий вал, корпус с всасывающими отверстиями, установленные в корпусе отводящее устройство с отверстиями для отвода жидкой и газообразной сред и разделителем в виде тонкостенного цилиндра, корпус шнека, внутри которого установлен шнек на валу сепаратора с некоторым радиальным зазором к корпусу шнека. На входной части разделителя установлен разделительный диск с радиальными зазорами к корпусу сепаратора и валу, с установленными на нем лопатками, такими, что образуемые между ними каналы переходят в отверстия для отвода жидкости, причем для каждой из лопаток внешний радиус разделительного диска на тыльной стороне канала больше, чем с его лицевой стороны, причем минимальный внешний диаметр разделительного диска больше диаметра выходного отверстия корпуса шнека.
Недостатком известного сепаратора следует признать невысокую сепарационную и пропускную способность сепаратора, а также недостаточное для промышленного применения качество разделения скважинкой жидкости.
Известен (RU, патент 2060381) газовый сепаратор, содержащий корпус и помещенные в нем перегородки в виде воронок, причем в корпусе установлены струеотбойные тарелки, помещенные над воронками и образующие с последними циркуляционные проточные каналы, а корпус выполнен в виде полого цилиндрического патрубка с боковыми отверстиями по высоте, сообщающими полость корпуса под воронками с внешним пространством, при этом воронки установлены над боковыми отверстиями и образуют острый угол со стенками корпуса со стороны боковых отверстий.
Недостатком известного сепаратора следует признать сложность его конструкции, приводящую к частым отказам из-за поломок и засорения твердыми частицами.
Указанный источник использован в качестве ближайшего аналога.
Технический результат, достигаемый при реализации разработанного устройства, состоит в ограничении расхода жидкой фазы скважинной жидкости.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать устройство ограничения расхода жидкой фазы скважинной жидкости разработанной конструкции. Устройство содержит корпус, причем в корпусе расположена сеть кольцевых каналов, соединенных между собой, на внутренней стороне каждого канала выполнены дросселирующие элементы, вход и выход канала расположены противоположно друг от друга, а каналы расположены один над другим.
Отличительной особенностью предлагаемого устройства является иной принцип работы (по сравнению с известными устройствами), основанный на запирании потока за счет вихреобразования на дросселирующих элементах и взаимного их влияния друг на друга. Предлагаемое устройство отличается тем, что дросселирование (падение давления) осуществляется постепенно и равномерно по всей длине устройства.
Каналы могут быть выполнены, в зависимости от условий эксплуатации устройства, прямоугольного, круглого, квадратного или другого сечения.
Корпус может быть выполнен в виде кругового цилиндра, овального цилиндра или в виде двух труб, расположенных соосно и скрепленных между собой, причем каналы расположен между трубами.
Выполнение разработанного устройства в виде двух соосно установленных труб, между которыми расположены каналы с дросселирующими элементами, является частным случаем выполнения разработанного устройства. Корпус может быть литым монолитным, в котором расположение каналов и дросселирующих элементов закладывается при создании модели корпуса. Возможен вариант изготовления разработанного устройства, когда оно выполнено в виде двух элементов- внутреннего, на поверхности которого механически выполнены проточки, повторяющие форму каналов, и внешнего, одетого на внутренний элемент без зазора.
Дросселирующие элементы установлены в канале с шагом, определяемым в зависимости от условий эксплуатации устройства.
В зависимости от условий эксплуатации дросселирующие элементы размешены как на одной стенке канала, так и на различных стенках канала.
Дросселирующий элемент может быть выполнен в виде выступа треугольной формы, выступа трапецевидной формы, выступа прямоугольной формы, выступа, имеющего в сечении окружность или часть окружности.
Кольцевые каналы соединены между собой дополнительными каналами (прорезями), расположенными преимущественно параллельно вертикальной оси устройства. Расстояние между кольцевыми каналами зависит от условий эксплуатации устройства, дополнительных каналов и дросселирующих элементов в одном кольцевом канале может быть несколько. В основном это количество зависит от диаметра устройства. Предпочтительно высота дросселирующего элемента в канале составляет от 50 до 90% ширины канала.
Вид устройства в варианте с использованием двух труб приведен на фиг.1 и фиг.2, при этом использованы следующие
обозначения: внешняя труба 1, внутреняя труба 2, кромки дроссельного устройства 3.
Разработанное устройство работает следующим образом.
Ограничитель расхода, предпочтительно, состоит из двух труб - внешней и внутренней, в зазоре между которыми расположена сеть кольцевых каналов с дросселирующими элементами, расположенными последовательно в лабиринтном порядке. Вход и выход соседних кольцевых каналов с дросселирующими элементами расположены диаметрально противоположно друг относительно друга. Каждый кольцевой канал является однотипным с симметричным расположением дросселирующих элементов относительно предыдущего канала. Дросселирующие элементы представляют собой треугольные выступы в кольцевом канале квадратного сечения. Каждый последующий выступ дросселирующего элемента расположен на противоположной стенке канала тракта рабочей среды.
Принцип работы данного устройства основан на вихреобразовании и изменении направления потока по ходу тракта рабочей среды. Попадая в кольцевой канал, поток сталкивается с препятствиями (дросселирующими элементами), что приводит к образованию вихревьих структур, взаимно влияющих друг на друга, данный эффект приводит к эффективному дросселированию жидкой фазы. При этом газовая среда проходит практически беспрепятственно за счет эффекта изотермического расширения газа.
Разработанное устройство имеет следующие преимущества:
- эффективность дросселирования выше до 10 раз в зависимости от конструкции устройства (количества кромок и их высоты);
- ограничение одной фазы, а не совместное ограничение всего двухфазного потока.