RU108104U1

RU108104U1 - Borehole Fluid Cleaning Device

Info

Publication number: RU108104U1
Application number: RU2011124800/03U
Authority: RU
Inventors: Владимир Николаевич Ивановский; Юрий Апполоньевич Сазонов; Альберт Азгарович Сабиров; Владимир Иванович Заякин; Сергей Борисович Якимов
Priority date: 2011-06-20
Filing date: 2011-06-20
Publication date: 2011-09-10

Abstract

1. Скважинное устройство для очистки флюида, характеризующееся тем, что оно содержит цилиндрический корпус с входными отверстиями и установленным аксиально в его верхней части патрубком для отвода жидкости, сепарирующий узел в виде полого шнека с профилированной спиралью, вихревую камеру в виде полого усеченного конуса с входным верхним и выходным нижним цилиндрическими патрубками, концентрично установленную в нижней части корпуса под сепарирующим узлом, и присоединенный к нижней части корпуса отстойник для сбора механических примесей, при этом верхний конец патрубка для отвода жидкости выполнен в виде расширяющегося диффузорного канала, большее основание конуса обращено к патрубку для отвода жидкости, а сепарирующий узел размещен концентрично на нижней части патрубка для отвода жидкости в полости входного верхнего цилиндрического патрубка. ! 2. Скважинное устройство для очистки флюида по п.1, отличающееся тем, что сопряжение внутренней цилиндрической поверхности верхнего входного патрубка с внутренней конической поверхностью вихревой камеры выполнено через торообразную поверхность. ! 3. Скважинное устройство для очистки флюида по п.1, отличающееся тем, что сопряжение внутренней цилиндрической поверхности нижнего выходного патрубка с внутренней конической поверхностью вихревой камеры выполнено через торообразную поверхность. 1. A downhole fluid cleaning device, characterized in that it comprises a cylindrical body with inlet openings and a nozzle for discharging fluid installed axially in its upper part, a separating unit in the form of a hollow screw with a profiled spiral, a vortex chamber in the form of a hollow truncated cone with an inlet the upper and output lower cylindrical pipes concentrically installed in the lower part of the housing under the separating unit, and a sump attached to the lower part of the housing for collecting mechanical impurities d, while the upper end of the pipe for draining the fluid is made in the form of an expanding diffuser channel, the larger base of the cone is facing the pipe for draining the fluid, and the separating unit is placed concentrically on the lower part of the pipe for draining the fluid in the cavity of the inlet upper cylindrical pipe. ! 2. The downhole fluid cleaning device according to claim 1, characterized in that the coupling of the inner cylindrical surface of the upper inlet pipe with the inner conical surface of the vortex chamber is made through a toroidal surface. ! 3. The downhole fluid cleaning device according to claim 1, characterized in that the conjugation of the inner cylindrical surface of the lower outlet pipe with the inner conical surface of the vortex chamber is made through a toroidal surface.

Description

Полезная модель относится к оборудованию для сепарации многофазных сред и может быть использована для сепарации жидкостей в различных отраслях народного хозяйства, в том числе, в качестве скважинного песочного сепаратора в сочетании с насосами для добычи нефти.The utility model relates to equipment for the separation of multiphase media and can be used for the separation of liquids in various sectors of the economy, including as a downhole sand separator in combination with pumps for oil production.

Известно скважинное устройство для очистки флюида, содержащее цилиндрический корпус с входными отверстиями, размещенные в верхней части корпуса сепарирующий узел в виде полого шнека с профилированной спиралью, патрубок для отвода жидкости и присоединенный к нижней части корпуса отстойник для сбора механических примесей (SU 1760099, 1992).A well-known fluid purification device is known, comprising a cylindrical body with inlet openings, a separating unit in the form of a hollow screw with a profiled spiral placed in the upper part of the body, a pipe for draining fluid and a sedimentation tank attached to the lower part of the body for collecting mechanical impurities (SU 1760099, 1992) .

Недостатком известного устройства является ослабление эффективности сепарации из-за рассеивания кинетической энергии струи, сформированной в протяженном спиральном канале шнека.A disadvantage of the known device is the weakening of the separation efficiency due to the dissipation of the kinetic energy of the jet formed in an extended spiral channel of the screw.

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является скважинное устройство для очистки флюида, содержащее цилиндрический корпус с входными отверстиями, размещенные в верхней части корпуса сепарирующий узел в виде полого шнека с профилированной спиралью, патрубок для отвода жидкости, размещенную в нижней части корпуса вихревую камеру в виде полого усеченного конуса и присоединенный к нижней части корпуса отстойник для сбора механических примесей (RU 2148708, 1999).Of the known devices, the closest to the proposed technical essence and the achieved result is a downhole fluid cleaning device, comprising a cylindrical body with inlet openings, a separating unit in the form of a hollow screw with a profiled spiral placed in the upper part of the body, and a pipe for draining the liquid located in the lower part of the body, a vortex chamber in the form of a hollow truncated cone and a sump attached to the lower part of the body to collect mechanical impurities (RU 2148708, 1999).

Недостатком известного устройства является низкая эффективность очистки, обусловленная ослаблением эффективности сепарации и рассеиванием кинетической энергии струи из-за больших гидравлических потерь напора в длинных и узких каналах шнека и патрубке для отвода жидкости.A disadvantage of the known device is the low cleaning efficiency due to the weakening of the separation efficiency and the dissipation of the kinetic energy of the jet due to large hydraulic pressure losses in the long and narrow channels of the screw and the nozzle for draining the liquid.

Кроме того, устройству присущи невысокая технологичность на стадии изготовления и на стадии эксплуатации из-за слабого использования унифицированных деталей в конструкции изделия.In addition, the device is characterized by low manufacturability at the manufacturing stage and at the operation stage due to the weak use of standardized parts in the design of the product.

Задачей, на решение которой направлено настоящее техническое решение, является повышение эффективности работы устройства за счет снижения гидравлических потерь напора посредством оптимизации формы каналов в проточной части сепарирующего узла, а также обеспечение возможностей для регулировки режимов работы устройства в зависимости от подачи скважинного насоса при использовании наборов унифицированных и сменных деталей.The objective of the solution of this technical solution is to increase the efficiency of the device by reducing hydraulic pressure losses by optimizing the shape of the channels in the flow part of the separation unit, as well as providing opportunities for adjusting the operating modes of the device depending on the flow of the borehole pump using unified sets and replacement parts.

Поставленная задача достигается тем, скважинное устройство для очистки флюида содержит цилиндрический корпус с входными отверстиями и установленным аксиально в его верхней части патрубком для отвода жидкости, сепарирующий узел в виде полого шнека с профилированной спиралью, вихревую камеру в виде полого усеченного конуса с входным верхним и выходным нижним цилиндрическими патрубками, концентрично установленную в нижней части корпуса под сепарирующим узлом, и присоединенный к нижней части корпуса отстойник для сбора механических примесей, при этом верхний конец патрубка для отвода жидкости выполнен в виде расширяющегося диффузорного канала, большее основание конуса обращено к патрубку для отвода жидкости, а сепарирующий узел размещен концентрично на нижней части патрубка для отвода жидкости в полости входного верхнего цилиндрического патрубка.The task is achieved by the fact that the downhole fluid purification device comprises a cylindrical body with inlet openings and a nozzle for discharging fluid installed axially in its upper part, a separating unit in the form of a hollow screw with a profiled spiral, a vortex chamber in the form of a hollow truncated cone with an input upper and output lower cylindrical pipes concentrically installed in the lower part of the housing under the separating unit, and a sump attached to the lower part of the housing for collecting mechanical months, while the upper end of the pipe for draining the fluid is made in the form of an expanding diffuser channel, the larger base of the cone is facing the pipe for draining the fluid, and the separating unit is placed concentrically on the lower part of the pipe for draining the fluid in the cavity of the inlet upper cylindrical pipe.

В предпочтительных вариантах реализации устройства:In preferred embodiments of the device:

- сопряжение внутренней цилиндрической поверхности верхнего входного патрубка с внутренней конической поверхностью вихревой камеры выполнено через торообразную поверхность.- pairing of the inner cylindrical surface of the upper inlet pipe with the inner conical surface of the vortex chamber is made through a toroidal surface.

- сопряжение внутренней цилиндрической поверхности нижнего выходного патрубка с внутренней конической поверхностью вихревой камеры выполнено через торообразную поверхность.- pairing of the inner cylindrical surface of the lower outlet pipe with the inner conical surface of the vortex chamber is made through a toroidal surface.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид устройства, на фиг.2-3 приведены примеры его исполнения.The essence of the utility model is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows a General view of the device, Fig.2-3 shows examples of its implementation.

Скважинное устройство для очистки флюида содержит цилиндрический корпус 1 с входными отверстиями 2, сепарирующий узел в виде полого шнека с профилированной спиралью 3 и патрубок 4 для отвода жидкости, установленный аксиально в верхней части корпуса 1. Сепарирующий узел 3 концентрично установлен на нижней части патрубка 4 для отвода жидкости.The downhole fluid purification device comprises a cylindrical body 1 with inlet openings 2, a separating unit in the form of a hollow screw with a profiled spiral 3 and a nozzle 4 for draining fluid, mounted axially in the upper part of the housing 1. The separating unit 3 is concentrically mounted on the lower part of the nozzle 4 for drainage fluid.

В нижней части корпуса 1 концентрично с ним размещена вихревая камера 5, выполненная в виде полого усеченного конус, большее основание конуса которого обращено к патрубку 4 для отвода жидкости.In the lower part of the housing 1, a vortex chamber 5 is arranged concentrically with it, made in the form of a hollow truncated cone, the larger base of the cone of which faces the pipe 4 for draining the liquid.

К нижней части корпуса 1 присоединен отстойник 6 для сбора механических примесей. Вихревая камера 5 оснащена входным верхним цилиндрическим патрубком 7 и выходным нижним цилиндрическим патрубком 8.A sump 6 is attached to the lower part of the housing 1 to collect mechanical impurities. The vortex chamber 5 is equipped with an input upper cylindrical pipe 7 and an output lower cylindrical pipe 8.

Верхний конец патрубка 4 для отвода жидкости выполнен в виде расширяющегося диффузорного канала 9.The upper end of the pipe 4 for draining the liquid is made in the form of an expanding diffuser channel 9.

Полый шнек с профилированной спиралью 3 расположен внутри входного верхнего цилиндрического патрубка 7.A hollow screw with a profiled spiral 3 is located inside the input upper cylindrical pipe 7.

Возможно исполнение сепаратора, когда сопряжение внутренней цилиндрической поверхности входного патрубка 7 с внутренней конической поверхностью вихревой камеры 5 выполнено через торообразную поверхность 10 (фиг.2).It is possible to design a separator when the coupling of the inner cylindrical surface of the inlet pipe 7 with the inner conical surface of the vortex chamber 5 is made through a toroidal surface 10 (figure 2).

Возможно исполнение сепаратора, когда сопряжение внутренней цилиндрической поверхности выходного патрубка 8 с внутренней конической поверхностью вихревой камеры 5 выполнено через торообразную поверхность 11 (фиг.3).It is possible to design a separator when the coupling of the inner cylindrical surface of the outlet pipe 8 with the inner conical surface of the vortex chamber 5 is made through a toroidal surface 11 (Fig. 3).

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Пластовая жидкость с механическими примесями поступает внутрь корпуса 1 через входные отверстия 2, далее поступает в каналы, образованные профилированной спиралью 3. На выходе из спирали 3, во входном патрубке 7 и в полости вихревой камеры 5 формируется контур циркуляции с вращательным движением жидкости. Твердые частицы за счет центробежных сил оттесняются к стенкам входного патрубка 7 и вихревой камеры 5. Под действием гравитационных сил твердые частицы смещаются в полость нижнего цилиндрического патрубка 8 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).The formation fluid with mechanical impurities enters the housing 1 through the inlet openings 2, then enters the channels formed by the shaped spiral 3. At the outlet of the spiral 3, in the inlet pipe 7 and in the cavity of the vortex chamber 5, a circulation loop with a rotational movement of the liquid is formed. Solid particles due to centrifugal forces are pushed to the walls of the inlet pipe 7 and the vortex chamber 5. Under the influence of gravitational forces, solid particles are displaced into the cavity of the lower cylindrical pipe 8 and then settle in the sump 6. The liquid purified from mechanical impurities enters the pipe 4 and then moves up to the inlet of the borehole pump (the pump is not shown in the figures).

Выбор оптимальных геометрических размеров профилированной спирали 3, размеры вихревой камеры 5 зависят от дебита скважины и, соответственно, от подачи насоса. При решении задачи по повышению эффективности работы сепаратора подбор оптимальной формы каналов должен осуществляться в зависимости от подачи насоса. Возможности для регулировки сепаратора в зависимости от подачи скважинного насоса обеспечиваются за счет использования унифицированных и сменных деталей. Для разных исполнений сепаратора можно использовать универсальный корпус 1, одного и того же исполнения. А гидродинамические условия обеспечиваются за счет использования сменных деталей, в том числе регулирование сепаратора можно осуществить за счет подбора соответствующей вихревой камеры 5, оснащенной входным верхним цилиндрическим патрубком 7 и выходным нижним цилиндрическим патрубком 8. Такое техническое решение позволяет повысить эффективность работы сепаратора и делает конструкцию более технологичной при изготовлении изделия и при его эксплуатации. Кроме того, расширяющийся диффузорный канал 9 позволяет уменьшить скорость течения жидкости на выходе из сепаратора, что способствует уменьшению гидравлических потерь напора.The choice of the optimal geometric dimensions of the profiled spiral 3, the dimensions of the vortex chamber 5 depend on the flow rate of the well and, accordingly, on the pump feed. When solving the problem of improving the efficiency of the separator, the selection of the optimal channel shape should be carried out depending on the pump feed. Opportunities for adjusting the separator depending on the flow of the well pump are provided through the use of standardized and interchangeable parts. For different versions of the separator, you can use the universal housing 1, of the same design. And the hydrodynamic conditions are ensured through the use of interchangeable parts, including the regulation of the separator can be achieved by selecting the appropriate vortex chamber 5, equipped with an inlet upper cylindrical pipe 7 and an output lower cylindrical pipe 8. This technical solution allows to increase the efficiency of the separator and makes the design more technological in the manufacture of the product and during its operation. In addition, the expanding diffuser channel 9 allows you to reduce the speed of the fluid at the outlet of the separator, which helps to reduce the hydraulic pressure loss.

При наличии уступов в проточной части сепаратора возникают дополнительные зоны вихревого движения жидкости и твердых частиц, соответственно. Такие процессы способствуют ускоренному износу деталей сепаратора. Возможно исполнение сепаратора, когда сопряжение внутренней цилиндрической поверхности входного патрубка 7 с внутренней конической поверхностью вихревой камеры 5 выполнено через торообразную поверхность 10 (фиг.2). Возможно исполнение сепаратора, когда сопряжение внутренней цилиндрической поверхности выходного патрубка 8 с внутренней конической поверхностью вихревой камеры 5 выполнено через торообразную поверхность 11 (фиг.3). При таком исполнении исключаются условия для образования вихрей в переходных зонах проточной части сепаратора, замедляется износ деталей и эффективность работы сепаратора повышается.In the presence of steps in the flow part of the separator, additional zones of vortex motion of liquid and solid particles arise, respectively. Such processes contribute to the accelerated wear of the separator parts. It is possible to design a separator when the coupling of the inner cylindrical surface of the inlet pipe 7 with the inner conical surface of the vortex chamber 5 is made through a toroidal surface 10 (figure 2). It is possible to design a separator when the coupling of the inner cylindrical surface of the outlet pipe 8 with the inner conical surface of the vortex chamber 5 is made through a toroidal surface 11 (Fig. 3). With this design, the conditions for the formation of vortices in the transition zones of the flow part of the separator are excluded, the wear of the parts is slowed down and the efficiency of the separator is increased.

Claims

1. A downhole fluid cleaning device, characterized in that it comprises a cylindrical body with inlet openings and a nozzle for discharging fluid installed axially in its upper part, a separating unit in the form of a hollow screw with a profiled spiral, a vortex chamber in the form of a hollow truncated cone with an inlet the upper and output lower cylindrical pipes concentrically installed in the lower part of the housing under the separating unit, and a sump attached to the lower part of the housing for collecting mechanical impurities d, while the upper end of the pipe for draining the fluid is made in the form of an expanding diffuser channel, the larger base of the cone is facing the pipe for draining the fluid, and the separating unit is placed concentrically on the lower part of the pipe for draining the fluid in the cavity of the inlet upper cylindrical pipe.

2. The downhole fluid cleaning device according to claim 1, characterized in that the coupling of the inner cylindrical surface of the upper inlet pipe with the inner conical surface of the vortex chamber is made through a toroidal surface.

3. The downhole fluid cleaning device according to claim 1, characterized in that the conjugation of the inner cylindrical surface of the lower outlet pipe with the inner conical surface of the vortex chamber is made through a toroidal surface.