ПОГРУЖНОЙ ДОЗАТОР
SUBMERSIBLE BATCHER

Изобретение относится к оборудованию для нефтедобычи, а именно к устройствам для высокоточного и долговременного дозирования реагента на прием насосной установки с целью защиты ее от отложения солей, парафинов и коррозии.
Известен погружной дозатор, содержащий заполненную жидким реагентом емкость с выпускным отверстием в донышке и впускным отверстием в крышке, в которое вмонтирована трубка, гидравлически сообщающая емкость со скважиной, узел регулирования подачи реагента, выполненный в виде прикрепленных к донышку над выпускным отверстием нижних цилиндрических обечаек и вставленных в кольцевые зазоры между ними верхних цилиндрических обечаек с закрытым диском основанием, которые в совокупности образуют извилистый канал для течения реагента, при этом в кольцевом зазоре может быть установлена пористая вставка (Патент №2612400 РФ, Е21В 37/06, 2017).
Недостатком погружного дозатора является то, что для обеспечения продолжительного вытекания реагента дозирующее отверстие имеет небольшое проходное сечение, которое может быть легко перекрыто механическими частицами, попадающими в емкость с реагентом вместе с пластовой жидкостью. Применение пористой вставки не решает проблему засорения дозирующего отверстия, поскольку вставка имеет ограниченную грязеемкость и ее поровое пространство быстро заполняется частицами.
Из источников патентной информации известны погружные дозаторы, оснащенные электромеханическим приводом.
Например, известен погружной дозатор, содержащий цилиндрический корпус с основанием и крышкой, оснащенной дыхательным отверстием, заполненную реагентом емкость с поршнем, неподвижной мембраной и пробойником, герметичный модуль, электронный блок, запитанный по нулевому проводу трехфазного электрического провода и соединенный изолированным проводником с управляемым клапаном в виде штока с поршнем, который связан внутренними каналами с приемным устройством и сообщается с выпускным отверстием, расположенным в основании (Патент на ПМ №115468 РФ, Е21В 37/06, 2012). Также известен погружной дозатор, содержащий цилиндрический корпус, который разделен поршнем с направляющей центральной трубкой на две полости, заполненные пластовой жидкостью и реагентом, герметичный модуль с электронным блоком, основание, имеющее камеру смешивания, канал с клапаном для заливки реагента, входной канал и выходной канал с установленным в нем электромагнитным клапаном, который соединен с электронным блоком с помощью проводника, находящегося в направляющей центральной трубке, и выполнен с возможностью открытия или закрытия по сигналу с электронного блока (Патент на ПМ №165137 РФ, Е21В 37/06, 2016).
Описанные погружные дозаторы требуют подвода электроэнергии для приведения в действие электромагнитного клапана, дозирующего реагент, что усложняет их конструкцию и уменьшает надежность.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является погружной дозатор, содержащий контейнер с впускным отверстием в верхней части и выпускным отверстием в донышке, деформируемую оболочку с жидким реагентом, размещенную в контейнере, дозирующее устройство в виде перистальтического насоса, у которого ротор с прижимными роликами соединен через редуктор с ведомым валом гидротурбины, а эластичная трубка сообщает полость деформируемой оболочки со смесительной камерой, и уплотнительный элемент снаружи гидротурбины (Патент №2642678 РФ, Е21В 37/06, 2018).
Недостатком принятого за прототип погружного дозатора является низкая надежность, поскольку применяемая в перистальтическом насосе эластичная полимерная трубка имеет ограничения по температуре и давлению эксплуатации и подвергается износу в результате многоциклового сжатия. Низкая надежность обусловлена также тем, что при малом дебите скважины гидротурбина не создает достаточный крутящий момент для вращения ротора с прижимными роликами, которые передавливают эластичную трубку и перемещают по ней жидкий реагент.
Задачей настоящего изобретения является повышение надежности погружного дозатора без усложнения его конструкции.
Поставленная задача решается тем, что в погружном дозаторе, содержащем контейнер с впускным отверстием в верхней части и выпускным отверстием в донышке, заполненный жидким реагентом, смесительную камеру, дозирующее устройство, приводимое в действие ведомым валом редуктора, и гидротурбину с наружным уплотнительным элементом, согласно изобретению дозирующее устройство выполнено в виде диска с отверстием, смонтированного на конце ведомого вала редуктора и поджатого пружиной к донышку контейнера с возможностью вращения и открытия гидравлической линии между контейнером и смесительной камерой при совмещении отверстий в донышке и диске.
В некоторых вариантах исполнения погружного дозатора в контейнер помещен эластичный фильтрующий рукав с заливной горловиной, вставленной в выпускное отверстие в донышке контейнера, при этом площадь поверхности рукава сопоставима с площадью внутренней поверхности контейнера.
На фиг. 1 схематично изображен заявляемый погружной дозатор; на фиг. 2 - вариант исполнения контейнера с фильтрующим рукавом; на фиг. 3 - вариант исполнения дозирующего устройства.
Погружной дозатор содержит контейнер 1, смесительную камеру 2 с дозирующим устройством 3, редуктор 4 и гидротурбину 5 (фиг. 1), которые соединены между собой с помощью, например, фланцевых соединений (не показаны). Контейнер 1 заполнен жидким реагентом 6 и снабжен впускным отверстием 7 в верхней части и выпускным отверстием 8 в донышке 9. Ось выпускного отверстия 8 смещена на некоторое расстояние от оси донышка 9 и выпускное отверстие 8 является радиальным. Дозирующее устройство 3 представляет диск 10, по крайней мере, с одним радиальным отверстием 11 и пружину 12, которые смонтированы на ведомом валу 13 редуктора 3. Радиальное отверстие 11 в диске 10 совпадает с выпускным отверстием 8 в донышке 9 при определенном угле поворота диска 10 вокруг оси. Пружина 12 прижимает диск 10 к донышку 9 контейнера 1, сохраняя при этом возможность его свободного вращения вместе с ведомым валом 13. Контактирующие поверхности донышка 9 и диска 10 выполнены полированными для минимизации крутящего момента, необходимого для вращения диска 10. Смесительная камера 2 снабжена, по крайней мере, одним дозирующим отверстием 14 в стенке, сообщающим ее со скважиной. Ведущий вал 15 редуктора 4 кинематически связан с валом 16 гидротурбины 5, на котором установлена лопасть 17. Корпус 18 гидротурбины 5 имеет торцовые крышки 19 с входными 20 и выходными 21 отверстиями, а также отверстия сброса 22 в боковой стенке. Гидротурбина 5 в нижней части опоясана уплотнительным элементом 23, который перекрывает кольцевой зазор между ней и стенкой скважины 24.
В некоторых вариантах исполнения погружного дозатора в контейнер 1 помещен эластичный фильтрующий рукав 25 с заливной горловиной 26, которая снабжена уплотнительными кольцами и вставлена в выпускное радиальное отверстие 8 в донышке 9 контейнера (фиг. 2). Площадь поверхности эластичного фильтрующего рукава 25 сопоставима с площадью внутренней поверхности контейнера 1, благодаря чему прилегание рукава 25 происходит с образованием небольшого количества продольных и поперечных складок. Полость эластичного фильтрующего рукава 25 заполнена жидким реагентом 6 и сообщается через заливную горловину 26 со смесительной камерой 2 при совмещенных отверстиях 8 и 11.
Специалисту должно быть понятно, что радиальное расположение выпускного отверстия 8 не является единственно возможным, и оно может быть также расположено на оси донышка 9 (фиг. 3). Однако это видоизменяет конфигурацию донышка 9 и диска 10, а также изменяет ориентацию выполненных в них отверстий 8 и 11.
При работе погружного дозатора в скважине, осложненной помимо солеотложения выносом большого количества механических частиц, к гидротурбине может быть присоединен скважинный фильтр или сепаратор (не показаны) для предотвращения попадания частиц в контейнер через впускное отверстие.
Погружной дозатор работает следующим образом.
Реагент 6 с плотностью, превышающей плотность пластовой жидкости в скважине, заливают в контейнер 1 через впускное отверстие 7. Состав реагента 6 выбирают под заранее выявленное в скважине осложнение, например, солеотложение. В начальном положении радиальное отверстие 11 на диске 10 дозирующего устройства 3 не совпадает с выпускным радиальным отверстием 8 в донышке 9 контейнера 1, поэтому вытекание реагента 6 из контейнера 1 в нижерасположенную смесительную камеру 2 не происходит. Собранный погружной дозатор присоединяют к насосной установке (не показана) и спускают в скважину 24, оставляя уплотнительный элемент 23 выше интервала продуктивного пласта. В скважине 24 смесительная камера 2 заполняется пластовой жидкостью через дозирующие отверстия 14, а полость контейнера 1 сообщается со скважиной 24 через впускное отверстие 7. При включении насосной установки откачиваемая пластовая жидкость устремляется через входные отверстия 20 в корпус 18 гидротурбины 5. Наличие уплотнительного элемента 23 исключает протечки пластовой жидкости между стенкой скважины 24 и гидротурбиной 5. Пластовая жидкость раскручивает лопасть 17 гидротурбины 5 и выходит из корпуса 18 через выходные отверстия 21 и отверстия сброса 22 в скважину выше уплотнительного элемента 23. Далее пластовая жидкость поднимается вдоль погружного дозатора на прием насосной установки. Частота вращения лопасти 17 напрямую зависит от объема пластовой жидкости, протекающей в единицу времени через корпус 18, то есть пропорциональна подаче насосной установки. Вращающаяся лопасть 17 сообщает крутящий момент валу 16, на котором установлена. Вал 16 раскручивает ведущий вал 15 редуктора 4. В редукторе 4 вращение с ведущего вала 15 передается на ведомый вал 13 с понижением частоты вращения и увеличением крутящего момента. С частотой вращения ведомого вала 13 вращается смонтированный на нем диск 10, который поджат пружиной 12 к донышку 9 контейнера 1 для предотвращения течения реагента между контактирующими поверхностями. За счет высокого крутящего момента на ведомом валу 13 без труда преодолевается жидкостное гидростатическое трение между поверхностями диска 10 и донышка 9. При вращении диска 10 выполненное в нем радиальное отверстие 11 периодически совмещается с выпускным радиальным отверстием 8 в донышке 9. В результате порция реагента 6 под действием силы тяжести вытекает из контейнера 1 через совмещенные отверстия 8 и 11 в смесительную камеру 2. В смесительной камере 2 реагент перемешивается с пластовой жидкостью, и образовавшийся раствор реагента выносится вихревыми течениями через дозирующие отверстия 14 в скважину. Наличие реагента в откачиваемой пластовой жидкости предотвращает отложение солей на насосной установке. Объем вытекшего реагента 6 сразу замещается пластовой жидкостью, которая поступает в контейнер 1 через впускное отверстие 7. Пластовая жидкость, как имеющаяся меньшую плотность, остается над реагентом 6 и смешивается с ним лишь за счет диффузии. Мелкодисперсные частицы, находящиеся в пластовой жидкости, за счет гравитации оседают на донышко 9 контейнера 1 и впоследствии удаляются из него через выпускное радиальное отверстие 8, имеющее значительно больший размер, чем частицы.
При наличии в контейнере 1 эластичного фильтрующего рукава 25 заливку реагента 6 осуществляет через заливную горловину 26, вставленную в выпускное радиальное отверстие 8 в донышке 9 (фиг. 2). После заливки реагента к контейнеру 1 присоединяют последовательно смесительную камеру 2 с дозирующим устройством 3, совмещая выпускное радиальное отверстие 8 в донышке 9 со сплошной частью диска 10 для предотвращения вытекания реагента 6 из эластичного фильтрующего рукава 25 в смесительную камеру 2. Затем к контейнеру 1 с прикрепленной к нему смесительной камерой 2 присоединяют понижающий редуктор 4 и гидротурбину 5. При работе погружного дозатора пластовая жидкость попадает в полость с жидким реагентом 6 очищенной, так как после прохождения через эластичный фильтрующий рукав 25 оставляет находящиеся в ней механические частицы снаружи рукава. За счет этого жидкий реагент 6 не загрязняется частицами, чем обеспечивается его равномерное вытекание через выпускное радиальное отверстие 8 донышка 9 и радиальное отверстие 11 диска 10 в смесительную камеру 2. Последующая работа погружного дозатора реагента аналогична описанной выше.
Предлагаемый погружной дозатор обладает более высокой надежностью по сравнению с прототипом, поскольку имеет простую конструкцию.