СКВАЖИННЫЙ СЕПАРАТОР (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к нефтепогружному оборудованию и предназначена для предотвращения засорения электроцентробежного насоса механическими примесями.
Известен скважинный сепаратор, состоящий из концентрически расположенных наружной трубы с тангенциальными патрубками, двух соединенных патрубками промежуточных труб, между которыми установлена кольцевая заглушка, и внутренней трубы с щелевыми тангенциальными отверстиями, на которой закреплен шнек в виде фильтрующей сетки, при этом внутренняя промежуточная труба имеет заглушки сверху и снизу (Патент №2212533 РФ, E21B 43/08, 2003).
Недостатком скважинного сепаратора является невысокая эффективность сепарации механических примесей из добываемой скважинной жидкости и, как следствие, - возможность износа рабочих органов погружного насоса.
Известен скважинный сепаратор, содержащий корпус, шламоуловитель, узел предварительной сепарации газа в виде заборных чашек, установленных дном вниз, вверх и попарно напротив входных отверстий в верхней, нижней и средней части корпуса соответственно, газосборную камеру с отверстиями для выхода газа, камеру гравитационной сепарации газа с неподвижным шнеком на перфорированной трубе и полым цилиндром в кольцевом канале между шнеком и стенкой корпуса, образующих перекрытый в нижней части кольцевой канал, центральную трубу для отвода жидкости, образующую с перфорированной трубой кольцевой канал для отвода газа и на которой ниже камеры гравитационной сепарации газа концентрично установлена с образованием перекрытых в верхней части на разной высоте кольцевых каналов перфорированная труба с размещенным в ней цилиндром, нижний конец которой перекрыт торцем приемного конуса делителя потока, полый цилиндр которого установлен концентрично снаружи на центральной трубе для отвода жидкости с образованием кольцевого канала, при этом центральная труба в нижней части гидравлически связана с кольцевым пространством между цилиндром делителя потока и внутренней стенкой корпуса (Свидетельство на ПМ №8409 РФ, E21B 43/08, 1998).
Данный скважинный сепаратор отличается большими габаритами, сложностью конструкции и невысокой эффективностью удаления механических примесей. Сепаратор предназначен преимущественно для работы в скважинах с высоким содержанием газа.
В качестве прототипа принят скважинный сепаратор, содержащий корпус с входными отверстиями, концентрично установленную в корпусе отводящую трубу, шнек в кольцевой полости между корпусом и отводящей трубой и сборник примесей (Якимов С.Б., Афанасьев А.В., Шмонин П.А. Применение десендеров для защиты ЭЦН на пластах Покурской свиты // Новатор. 2009. №27. с.27-31. фиг.4).
Недостатком скважинного сепаратора являются ограниченные функциональные возможности, в частности, невысокий коэффициент отделения мелкодисперсных частиц, содержащихся в добываемой жидкости.
Настоящая полезная модель решает задачу повышения качества очистки пластовой жидкости и увеличения пропускной способности скважинного сепаратора.
Указанный технический результат достигается тем, что в скважинном сепараторе, содержащем корпус с входными отверстиями, концентрично расположенную в корпусе отводящую трубу, шнек в кольцевой полости между ними и сборник примесей, согласно полезной модели, на продолжении отводящей трубы за пределами корпуса размещен второй шнек, заключенный в дополнительный корпус с входными отверстиями, а в стенке отводящей трубы ниже второго шнека выполнены радиальные отверстия.
В другом варианте исполнения на продолжении отводящей трубы за пределами корпуса коаксиально установлена промежуточная труба с размещенным снаружи вторым шнеком, заключенные в дополнительный корпус, кольцевой канал между отводящей и промежуточной трубами заглушен снизу и сообщен с кольцевой полостью через отверстия в промежуточной трубе ниже второго шнека, а отводящая труба заглушена выше второго шнека и сообщена с кольцевой полостью посредством патрубков, расположенных над вторым шнеком.
В первом варианте скважинного сепаратора жидкость втекает и очищается от примесей в обоих корпусах одновременно, а во втором варианте - в каждом из них последовательно, при этом корпуса соединены соответственно параллельно и последовательно.
На фиг.1 схематично изображен заявляемый скважинный сепаратор по первому варианту, на фиг.2 - сепаратор по второму варианту.
Скважинные сепараторы по обоим вариантам (фиг.1, 2) состоят из корпуса 1 с входными отверстиями 2 вверху, концентрично расположенных в корпусе отводящей трубы 3 и шнека 4, установленного в кольцевой полости 5 между корпусом 1 и отводящей трубой 3, и сборника примесей 6. В нижней части сборника примесей 6 имеется хвостовик или предохранительный клапан (не показаны) для сброса накопленных примесей в зумпф скважины.
В первом варианте скважинного сепаратора (фиг.1) на продолжении отводящей трубы 3 за пределами корпуса 1 размещен второй шнек 7, заключенный в дополнительный корпус 8 с входными отверстиями 9. Кольцевая полость 10 между дополнительным корпусом 8 и отводящей трубой 3 переходит в сборник примесей 11, который может быть снабжен клапаном (не показан) для сброса накопленных примесей. В стенке отводящей трубы 3 ниже второго шнека 7 выполнены радиальные отверстия 12, служащие для отвода очищенной жидкости.
Во втором варианте скважинного сепаратора (фиг.2) на отводящей трубе 3 за пределами корпуса 1 коаксиально установлена промежуточная труба 20 со вторым шнеком 7 снаружи, которые заключены в дополнительный корпус 8. Кольцевой канал 14 между отводящей 3 и промежуточной 20 трубой перекрыт снизу заглушкой 15 и сообщен с кольцевой полостью 16 между дополнительным корпусом 8 и промежуточной трубой 20 через отверстия 17, выполненные в трубе 20 ниже второго шнека 7. Отводящая труба 3 заглушена выше второго шнека 7 заглушкой 18 и сообщена с кольцевой полостью 16 посредством патрубков 19, расположенных в стенках отводящей 3 и промежуточной 20 труб над вторым шнеком 7.
Первый вариант скважинного сепаратора работает следующим образом (фиг.1). Из межтрубного пространства пластовая жидкость поступает одновременно в корпус 1 и дополнительный корпус 8 через входные отверстия 2 и 9 соответственно. Основная доля крупных и тяжелых механических примесей попадает в корпус 1, а в вышерасположенный дополнительный корпус 8 поднимаются с потоком жидкости более легкие и мелкие частицы.
Жидкость оказывается в кольцевых полостях 5 и 10 между отводящей трубой 3 и стенкой корпусов 1 и 8, где размещены шнеки 4 и 7 соответственно и, двигаясь вдоль последних, приобретает вращательное движение. Под действием центробежных сил и сил гравитации механические примеси смещаются в наружную часть потока жидкости, прижимаются к стенке корпусов 1, 8 и шнекам 4, 7 и сползают по ним в приемники примесей 6 и 11.
Потоки очищенной жидкости попадают в отводящую трубу 3 из корпуса 1 через осевое отверстие 13, а из дополнительного корпуса 8 - через радиальные отверстия 12 и сливаются в общий поток, который покидает пределы корпусов 1 и 8 и скважинного сепаратора в целом. Механические примеси, накопленные в приемниках примесей 6 и 11, могут быть удалены через специальные клапаны (не показаны) в зумпф скважины.
В первом варианте скважинного сепаратора центробежная очистка пластовой жидкости происходит одновременно в нижнем корпусе 1, где отделяются крупнодисперсные частицы, и в верхнем дополнительном корпусе 8, где сепарируются мелкодисперсные частицы. Геометрические размеры скважинного сепаратора, определяющие степень очистки пластовой жидкости, подбираются с учетом фракционного состава примесей, попадающих в каждый из корпусов.
Второй вариант скважинного сепаратора работает следующим образом (фиг.2). Загрязненная примесями пластовая жидкость поступает в корпус 1 через входные отверстия 2 и оказывается в кольцевой полости 5 между отводящей трубой 3 и стенкой корпуса 1, где размещен шнек 4. Двигаясь вниз вдоль шнека 4, жидкость приобретает вращательное движение. В результате действия центробежных сил и сил гравитации частицы примесей с большей плотностью, чем у жидкости, оказываются в наружной части потока, прижимаются к стенке корпуса 1 и шнеку 4. Частицы примесей сползают по шнеку 4 и осаждаются в приемник примесей 6. При переполнении приемника примесей 6 осуществляется сброс накопленных примесей через предохранительный клапан (не показан) в зумпф скважины. Очищенная жидкость попадает через осевое отверстие 13 в отводящую трубу 3, течет по ней вверх и покидает пределы корпуса 1. Продолжая движение по отводящей трубе 3, жидкость оказывается в пределах дополнительного корпуса 8. Заглушка 18 направляет жидкость через патрубки 19 в кольцевую полость 16 между дополнительным корпусом 8 и промежуточной трубой 20. При движении вниз вдоль второго шнека 7, размещенного в кольцевой полости 16, жидкость закручивается, и в поле центробежных сил осуществляется окончательная ее очистка. Частицы оседают в приемник примесей 11. Очищенная жидкость через отверстия 17 попадает в кольцевой канал 14, перекрытый снизу заглушкой 15, движется по нему вверх, проходит через патрубок 19 и оказывается на приеме насоса (не показан).
Во втором варианте скважинного сепаратора происходит двухстадийная центробежная очистка пластовой жидкости, при которой основное количество крупнодисперсных частиц отделяется в нижнем корпусе 1, а более мелкие частицы - в дополнительном корпусе 8.
Благодаря использованию заявленных вариантов сепаратора на прием насоса поступает пластовая жидкость, практически не содержащая механических примесей, что продлевает ресурс работы погружного насоса.