СКВАЖИННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ФЛЮИДА

Полезная модель относится к оборудованию для сепарации многофазных сред и может быть использована для сепарации жидкостей в различных отраслях народного хозяйства, в том числе может быть использована в качестве скважинного устройства для очистки флюида, в сочетании с насосами для добычи нефти.
Известно скважинное устройство для очистки флюида, характеризующееся тем, что оно содержит цилиндрический корпус с входными отверстиями, размещенные в верхней части корпуса сепарирующий узел в виде полого шнека с профилированной спиралью и патрубок для отвода жидкости, размещенную в нижней части корпуса вихревую камеру, и присоединенный к нижней части корпуса отстойник для сбора механических примесей (см. патент на изобретение РФ №2148708, кл. Е21В 43/38, опубл. 10.05.2000). Недостатком известного сепаратора является невысокая технологичность на стадии изготовления и на стадии эксплуатации из-за слабого использования унифицированных деталей в конструкции изделия. Недостатком известного сепаратора является ослабление эффективности сепарации и рассеивание кинетической энергии струи из-за больших гидравлических потерь напора в длинных и узких каналах шнека и патрубка для отвода жидкости. Еще одним недостатком является прекращение функционирования устройства при заполнении отстойника механическими примесями.
Задачей, на решение которой направлено настоящее техническое решение, является повышение эффективности устройства для очистки флюида, разработка более технологичной и более дешевой конструкции с широким использованием возможностей унификации. Другой задачей, является увеличение времени работы скважинного оборудования, включающего насосный агрегат и устройство для очистки флюида, которое достигается за счет возможности движения пластового флюида через устройство для очистки флюида даже после заполнения отстойника механическими примесями
Технический результат заключается в обеспечении возможностей для регулировки устройства для очистки флюида в зависимости от подачи скважинного насоса, при использовании наборов унифицированных и сменных деталей. Технический результат также заключается в снижении гидравлических потерь напора за счет оптимизации формы каналов в проточной части устройства для очистки флюида. Еще одним техническим результатом является возможность продолжения работы скважинного насоса после заполнения отстойника устройства для очистки флюида.
Указанный технический результат достигается тем, что скважинное устройство для очистки флюида, содержит цилиндрический корпус с входными отверстиями и установленным аксиально в его верхней части патрубком для отвода жидкости, на нижней части которого концентрично размещен сепарирующий узел в виде полого шнека с профилированной спиралью, вихревую камеру в виде полого усеченного конуса, концентрично установленную в нижней части корпуса под сепарирующим узлом, и присоединенный к нижней части корпуса отстойник для сбора механических примесей. В верхней части вихревой камеры выполнена коническая расточка, в которой размещена профилированная спираль полого шнека с выполненной ответной конической наружной поверхностью, и наружная поверхность профилированной спирали имеет спиральную поверхность контакта с поверхностью конической расточки, образуя спиральный канал, сообщающий входные отверстия с полостью усеченного конуса вихревой камерой. Площадь сечения спирального канала уменьшается в направлении к его нижней части.
Возможно исполнение устройства для очистки флюида, когда наружная поверхность патрубка для отвода жидкости имеет конический участок с уменьшающимся к низу диаметром.
Возможно исполнение устройства для очистки флюида, когда внутри корпуса в нижней его части выполнен кольцевой выступ, а верхняя часть патрубка для отвода жидкости посредством резьбового соединения с корпусом, обеспечивает прижатие вихревой камеры к кольцевому выступу в корпусе.
Сущность полезной модели поясняется фигурами 1-2, на которых изображено устройство для очистки флюида. На фигуре 1 показан разрез устройства. На фигуре 2 показана изометрия, часть вида удалена для удобства описания изображения.
Устройство для очистки флюида по фигурам 1-2, содержит цилиндрический корпус 1 с входными отверстиями 2, сепарирующий узел в виде полого шнека 3 с профилированной спиралью. В верхней части корпуса 1 аксиально установлен патрубок 4 для отвода жидкости. На нижней части патрубка 4 концентрично размещен сепарирующий узел 3. В нижней части корпуса 1 под сепарирующим узлом 3 концентрично установлена вихревая камера 5, выполненная в виде полого усеченного конуса. К нижней части корпуса 1 присоединен отстойник 6 для сбора механических примесей.
В верхней части вихревой камеры 5 выполнена коническая расточка 7, в которой размещена профилированная спираль полого шнека 3 с выполненной ответной конической наружной поверхностью 8, и наружная поверхность профилированной спирали 8 имеет спиральную поверхность 9 контакта с поверхностью конической расточки 7, образуя проточный спиральный канал 10, сообщающий входные отверстия 2 с полостью усеченного конуса вихревой камеры 5. Площадь сечения спирального канала 10 уменьшается в направлении к его нижней части.
Возможно исполнение устройства для очистки флюида, когда наружная поверхность патрубка 4 для отвода жидкости имеет конический участок 11 с уменьшающимся к низу диаметром.
Возможно исполнение устройства для очистки флюида, когда внутри корпуса 1 в нижней его части выполнен кольцевой выступ 12, а верхняя часть патрубка 4 для отвода жидкости посредством резьбового соединения 13 с корпусом 1, обеспечивает прижатие вихревой камеры 5 к кольцевому выступу 12 в корпусе 1.
Возможно исполнение устройства для очистки флюида, когда в полом шнеке 3 профилированная спираль выполнена в виде многозаходной винтовой нарезки с переменным шагом и диаметром.
Отстойник 6 для сбора механических примесей может быть оснащен заглушкой 14 или специальным клапаном для периодического освобождения отстойника от механических примесей, собранных в отстойнике 6.
Скважинное устройство для очистки флюида работает следующим образом.
Пластовая жидкость с механическими примесями поступает внутрь корпуса 1 через входные отверстия 2, далее поступает в каналы, образованные профилированной спиралью сепарирующего узла, выполненного в виде шнека 3. На выходе из шнека 3, в полости вихревой камеры 5 формируется контур циркуляции с вращательным движением жидкости. Твердые частицы за счет центробежных сил оттесняются к стенкам вихревой камеры 5. Под действием гравитационных сил твердые частицы смещаются вниз и далее оседают в отстойнике 6. Очищенная от механических примесей жидкость поступает в патрубок 4 и далее движется вверх, к входу скважинного насоса (насос на фигурах не показан). По поверхности 9 обеспечивается плотный контакт шнека 3 с вихревой камерой 5 внутри конической расточки 7, поскольку шнек 3 имеет ответную коническую наружную поверхность 8. При этом обеспечиваются условия, когда площадь сечения спирального канала 10 плавно уменьшается в направлении к его нижней части, что способствует уменьшению гидравлических потерь давления при движении жидкости через канал 10. А плотный контакт по поверхности 9, между шнеком 3 и вихревой камерой 5, обеспечивает эффективное использование кинетической энергии потока жидкости.
Наружная поверхность патрубка 4 для отвода жидкости имеет конический участок 11 с уменьшающимся к низу диаметром, что позволяет уменьшить гидравлические потери давления при течении жидкости в зазоре между корпусом 1 и патрубком 4 и это также позволяет оптимизировать проточный канал в самом патрубке 4, например, позволяет выполнить более длинным плавно расширяющийся по потоку внутренний канал в патрубке 4.
Внутри корпуса 1 в нижней его части выполнен кольцевой выступ 12, а верхняя часть патрубка 4 для отвода жидкости посредством резьбового соединения 13 с корпусом 1, обеспечивает прижатие вихревой камеры 5 к кольцевому выступу 12 в корпусе 1. Такое конструктивное исполнение технологично при производстве и при эксплуатации устройства, поскольку могут быть использованы наборы сменных деталей для оптимальной настройки устройства.
Отстойник 6 для сбора механических примесей может быть оснащен заглушкой 14 или специальным клапаном для периодического освобождения отстойника от механических примесей, собранных в отстойнике 6. После освобождения отстойника 6 от механических примесей, заглушку 14 возвращают в исходное состояние. Вместо заглушки может быть использован специальный клапан, который, например, будет открываться автоматически при переполнении отстойника 6 механическими примесями (варианты таких клапанов известны и здесь не представлены).
Выбор оптимальных геометрических размеров для каналов 10, размеров вихревой камеры 5 зависит от дебита скважины и, соответственно, от подачи насоса. При решении задачи по повышению эффективности работы устройства для очистки флюида подбор оптимальной формы каналов должен осуществляться в зависимости от подачи насоса. Возможности для регулировки устройства для очистки флюида в зависимости от подачи скважинного насоса обеспечиваются за счет использования унифицированных и сменных деталей. Для разных исполнений устройства для очистки флюида можно использовать универсальный корпус 1, одного и того же исполнения. А гидродинамические условия обеспечиваются за счет использования сменных деталей, в том числе регулирование устройства для очистки флюида можно осуществить за счет подбора соответствующей вихревой камеры 5, шнека 3. Внутренний диаметр вихревой камеры 5 и размеры канала 10 в шнеке 3 подбирают с учетом подачи насоса. Такое техническое решение позволяет повысить эффективность работы сепаратора и делает конструкцию более технологичной при изготовлении изделия и при его эксплуатации. Кроме того, конический участок 11 на наружной поверхности патрубка 4 позволяет оптимизировать проточную часть устройства и уменьшить гидравлические потери давления. Сужающийся к выходу канал 10 позволяет обеспечить максимальную скорость течения на выходе из шнека 3, с образованием устойчивого восходящего потока в центре вихревой камеры 5, что позволяет решить техническую задачу по увеличению времени работы скважинного оборудования, включающего насосный агрегат и устройство для очистки флюида. При наличии устойчивого восходящего потока в центре вихревой камеры 5, достигается возможность движения пластового флюида через устройство для очистки флюида даже после заполнения отстойника механическими примесями.