RU110129U1 - DEVICE FOR PREVENTION OF INJECTION OF PARTICLES OF MECHANICAL IMPURITY TO ELECTRIC CENTRIFUGAL PUMP - Google Patents
DEVICE FOR PREVENTION OF INJECTION OF PARTICLES OF MECHANICAL IMPURITY TO ELECTRIC CENTRIFUGAL PUMP Download PDFInfo
- Publication number
- RU110129U1 RU110129U1 RU2011122298/03U RU2011122298U RU110129U1 RU 110129 U1 RU110129 U1 RU 110129U1 RU 2011122298/03 U RU2011122298/03 U RU 2011122298/03U RU 2011122298 U RU2011122298 U RU 2011122298U RU 110129 U1 RU110129 U1 RU 110129U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- series
- noise
- particles
- centrifugal pump
- frequency
- Prior art date
Links
Landscapes
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
1. Устройство для предотвращения попадания частиц механической примеси в электроцентробежный насос, содержащее четвертьволновые резонаторы, расположенные под электроцентробежным насосом, спускаемым в скважину на насосно-компрессорных трубах, отличающееся тем, что под четвертьволновыми резонаторами на оси расположено средство для возникновения шума при прохождении через него потока водонефтегазовой смеси, при этом указанное средство имеет, по меньшей мере, одно отверстие и расположено соосно насосно-компрессорным трубам. ! 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве средства для возникновения шума при прохождении через него потока смеси использована пластина или ряд пластин, расположенных веером последовательно друг за другом. ! 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве средства для возникновения шума при прохождении через него потока смеси использован стержень или ряд стержней, расположенных веером последовательно друг за другом. ! 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве средства для возникновения шума при прохождении через него потока смеси использован диск или ряд дисков, расположенных последовательно друг за другом. ! 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве средства для возникновения шума при прохождении через него потока смеси использован круговой сектор или ряд круговых секторов, расположенных веером последовательно друг за другом. 1. A device for preventing particles of mechanical impurity from entering an electric centrifugal pump containing quarter-wave resonators located under an electric centrifugal pump, lowered into the borehole on tubing, characterized in that under the quarter-wave resonators on the axis there is a means for noise when a stream passes through it oil and gas mixture, while the specified tool has at least one hole and is located coaxially to the tubing. ! 2. The device according to claim 1, characterized in that as a means for the occurrence of noise when a mixture flows through it, a plate or a series of plates fan-shaped in series with each other is used. ! 3. The device according to claim 1, characterized in that as a means for noise during the passage of a mixture flow through it, a rod or a series of rods, fan-shaped in series with each other, is used. ! 4. The device according to claim 1, characterized in that as a means for the occurrence of noise when a mixture flows through it, a disk or a series of disks arranged in series with each other is used. ! 5. The device according to claim 1, characterized in that a circular sector or a series of circular sectors, fan-shaped in series with each other, is used as a means for generating noise when a mixture flows through it.
Description
Полезная модель относится к нефтяной промышленности, в частности, к способам борьбы с механическими примесями при работе электроцентробежных насосов.The utility model relates to the oil industry, in particular, to methods of controlling mechanical impurities during the operation of electric centrifugal pumps.
Известны устройства для защиты внутрискважинного насосного оборудования, основанные на сепарации песка от жидкости до ее поступления в насос на приеме насоса, например, песочные якоря /Справочник по добыче нефти / Под ред. И.М. Муравьева. - М.: Гостоптехиздат, 1959. Т.2. - С.238-241.Known devices for protecting downhole pumping equipment, based on the separation of sand from the liquid before it enters the pump at the pump intake, for example, sand anchors / Oil production reference book / Ed. THEM. Muravyova. - M.: Gostoptekhizdat, 1959.V.2. - S.238-241.
К недостаткам известных устройств можно отнести, то, что песочные якоря забиваются механическими примесями, т.е. эксплуатация скважин в условиях интенсивного выноса механических примесей (тем более при форсировании отборов) приводит к преждевременным отказам насосного оборудования.The disadvantages of the known devices include, that sand anchors are clogged by mechanical impurities, i.e. operation of wells in conditions of intensive removal of mechanical impurities (especially when forcing production) leads to premature failure of pumping equipment.
Наиболее близким устройством для предотвращения попадания частиц механической примеси в электроцентробежный насос является устройство, выполненное в виде набора штырей и четвертьволновых резонаторов, размещенных по окружности вдоль образующих в трубе для очистки газа от капельной жидкости в сепараторе. Стержни генерируют крупномасштабные вихри при обтекании их нефтеводогазовой смесью, а четвертьволновые резонаторы трансформируют низкочастотный звук в область ультразвука с последующий формированием стоячих волн в ультразвуковом диапазоне частот. В стоячих волнах осуществляется коагуляция капелек жидкости, которые под собственным весом осаждаются в водонефтяную смесь / патент RU №2354434, В01D 19/02, опубл. 2009/.The closest device to prevent particles of mechanical impurities from getting into the electric centrifugal pump is a device made in the form of a set of pins and quarter-wave resonators placed around the circumference along the generators in the pipe for gas purification from a dropping liquid in a separator. The rods generate large-scale vortices when they flow around with an oil-gas mixture, and the quarter-wave resonators transform the low-frequency sound into the ultrasound region, followed by the formation of standing waves in the ultrasonic frequency range. In standing waves, coagulation of liquid droplets is carried out, which, under their own weight, are deposited in the oil-water mixture / RU patent No. 2354434, B01D 19/02, publ. 2009 /.
Недостатком данного устройства-прототипа, является зависимость звуковой частоты от скорости потока, определяемая по формуле / Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества: Справочник. - 4-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение. Ленингр. Отд-ние, 1989.-С.364/The disadvantage of this prototype device is the dependence of the sound frequency on the flow rate, determined by the formula / Kremlevsky P.P. Flowmeters and Counters: Reference. - 4th ed., Revised. and add. - L .: Mechanical engineering. Leningra. Separation, 1989.-S.364 /
где f - частота пульсаций давления в результате периодического срыва вихрей, υ -скорость потока, d - диаметр цилиндра, Sh - число критерия Струхаля.where f is the frequency of pressure pulsations as a result of periodic disruption of the vortices, υ is the flow velocity, d is the cylinder diameter, Sh is the number of the Strouhal criterion.
В настоящее время наиболее широко применяются электроцентробежные насосы для работы в скважинах с обсадными колоннами диаметрами 140, 146 и 168 мм.Currently, the most widely used electric centrifugal pumps for work in wells with casing diameters of 140, 146 and 168 mm.
При дебите скважины, например, при дебите Q = 100 м3/сут скорость потока определится из соотношенияWhen the flow rate of the well, for example, when the flow rate Q = 100 m 3 / day, the flow rate is determined from the ratio
где F - площадь трубопровода, м2, -v - скорость потока, м/с.where F is the area of the pipeline, m 2 , -v is the flow velocity, m / s.
Подставляя в формулу (2) значения площади F=0,017 м2 (F=0,785 d2, где d=0,017 м2 - диаметр обсадной колонны 146 мм) и дебита Q = 100 м3/сут величина скорости потока составит v=0,068 м/с.Substituting in the formula (2) the values of the area F = 0.017 m 2 (F = 0.785 d 2 , where d = 0.017 m 2 is the diameter of the casing string 146 mm) and flow rate Q = 100 m 3 / day, the flow velocity will be v = 0.068 m /from.
При числе Струхаля Sh=0,2 /Абрамов Г.С., Барычев А.В. .Практическая расходомерия в нефтяной промышленности. - М.: ОАО «ВНИИОЭНГ». - С 269/) и диаметре стержней, например, d=0,01 м - генерируемая обтекаемым потоком. нефтеводогазовой смеси частотаWith the number of Strouhal Sh = 0.2 / Abramov G.S., Barychev A.V. .Practical flow metering in the oil industry. - M.: VNIIOENG OJSC. - With 269 /) and the diameter of the rods, for example, d = 0.01 m - generated by the streamlined stream. gas mixture frequency
Длина волны λ в жидкой фазе при скорости звука С=1500 м/с - (согласно формуле /I = С / /) составляет 1070 м. При такой частоте/= 1,4 Гц - стоячая волна не формируется, а, следовательно, коагуляция механических примесей не будет происходить.The wavelength λ in the liquid phase at the speed of sound C = 1500 m / s - (according to the formula / I = С / /) is 1070 m. At this frequency / = 1.4 Hz - a standing wave is not formed, and, therefore, coagulation mechanical impurities will not occur.
При числе Струхаля Sh=0,2 /Абрамов Г.С., Барычев А.В. .Практическая расходомерия в нефтяной промышленности. - М.: ОАО «ВНИИОЭНГ». - С 269/) и диаметре стержней, например, d=0,01 м - генерируемая обтекаемым потоком нефтеводогазовой смеси частотаWith the number of Strouhal Sh = 0.2 / Abramov G.S., Barychev A.V. .Practical flow metering in the oil industry. - M.: VNIIOENG OJSC. - With 269 /) and the diameter of the rods, for example, d = 0.01 m is the frequency generated by the streamlined stream of the oil-gas mixture
Длина волны λ в жидкой фазе при скорости звука С=1500 м/с - (согласно формуле λ=С/f) составляет 1070 м. При такой частоте f=1,4 Гц - стоячая волна не формируется, а, следовательно, коагуляция механических примесей не будет происходить.The wavelength λ in the liquid phase at a sound speed of C = 1500 m / s - (according to the formula λ = C / f) is 1070 m. At this frequency f = 1.4 Hz, a standing wave is not formed, and, therefore, mechanical coagulation impurities will not occur.
Данный недостаток можно устранить путем увеличения частоты звука, т.е. уменьшением длины волны, с целью размещения ее по диаметру обсадной колонны с последующим формированием стоячей волны.This disadvantage can be eliminated by increasing the frequency of sound, i.e. reducing the wavelength, in order to place it along the diameter of the casing with the subsequent formation of a standing wave.
Задачей полезной модели является обеспечение эффективной эксплуатации скважин, оборудованных электроцентробежными насосами при добыче нефтеводогазовой смеси с высокой концентрацией взвешенных частиц.The objective of the utility model is to ensure efficient operation of wells equipped with electric centrifugal pumps in the extraction of oil and gas mixtures with a high concentration of suspended particles.
При осуществлении полезной модели указанная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в повышении степени очистки поступающецй в электроцентробежный насос нефтеводогазовой смеси.When implementing a utility model, this problem is solved by achieving a technical result, which consists in increasing the degree of purification of the oil-gas mixture entering the electric centrifugal pump.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для предотвращения попадания частиц механической примеси в электроцентробежный насос, содержащим четвертьволновые резонаторы, расположенные под электроцентробежным насосом, спускаемым в скважину на насосно-компрессорных трубах, новым является то, что под четвертьволновыми резонаторами на оси расположено средство для возникновения шума при прохождении через него потока нефтеводогазовой смеси, при этом указанное средство имеет, по меньшей мере, одно отверстие и расположено соосно насосно-компрессорным трубам. В качестве средства для возникновения шума при прохождении через него потока нефтеводогазовой смеси можно использовать пластину или ряд пластин, стержень или ряд стержней, круговой сектор или ряд круговых секторов, расположенных веером последовательно друг за другом, диск или ряд дисков, расположенных последовательно друг за другом.The specified technical result is achieved by the fact that in the device for preventing particles of mechanical impurities from entering the electric centrifugal pump containing quarter-wave resonators located under the electric centrifugal pump, which is lowered into the borehole on the tubing, a new feature is that under the quarter-wave resonators on the axis there is a means for the occurrence of noise when passing through it a stream of oil-gas mixture, while the specified tool has at least one hole and spacing It is coaxial to tubing. As a means for generating noise during the passage of an oil-gas mixture flow through it, one can use a plate or a number of plates, a rod or a number of rods, a circular sector or a series of circular sectors, fan-shaped sequentially one after another, a disk or a number of disks arranged sequentially one after another.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что в заявленном устройстве для предотвращения попадания механических примесей в электроцентробежный насос для генерации звука турбулентным потоком используют средство для возникновения шума при прохождении через него потока нефтеводогазовой смеси, имеющие, по крайней мере, одно отверстие.Comparative analysis with the prototype shows that in the inventive device to prevent the ingress of mechanical impurities into the electric centrifugal pump for generating sound by a turbulent flow, a means is used to generate noise when the oil-gas mixture flows through it, having at least one hole.
Таким образом, предлагаемое изобретение соответствует критерию «Новизна».Thus, the present invention meets the criterion of "Novelty."
Т.е. увеличение частоты звука достигается турбулентным потоком через отверстие, выполненное в средстве для возникновения шума при прохождении через него потока нефтеводогазовой смеси. Частота, генерируемого звука отверстием определяется по формуле /Савиных Ю.А., Грачев С.И., Медведев Ю.А., Шаталова Н.В. Технология выравнивания фронта заводнения пласта // Известия вузов. Нефть и газ. №6. 2010. - С. 58-62/.Those. an increase in the frequency of sound is achieved by a turbulent flow through an opening made in the means for generating noise when the oil-gas mixture flows through it. The frequency of the sound generated by the hole is determined by the formula / Savinykh Yu.A., Grachev S.I., Medvedev Yu.A., Shatalova N.V. The technology of leveling the waterflooding front // News of universities. Oil and gas. No. 6. 2010 .-- S. 58-62 /.
где f - частота звука, кГц, d - диаметр отверстия, мм.where f is the frequency of sound, kHz, d is the diameter of the hole, mm.
При подстановке, например, частоты f=200 Гц в формулу (3) - с учетом диаметра скважины 146 мм и оси диаметром, например, 20 мм, на которой можно разместить, например, пластины или стержни, или диски, или круговые сектора с отверстиями диаметром 7,5 мм (расчетный по формуле 3) с разным количеством (например, 6 отверстий).When substituting, for example, the frequency f = 200 Hz in the formula (3), taking into account the borehole diameter of 146 mm and the axis with a diameter of, for example, 20 mm, on which it is possible to place, for example, plates or rods, or disks, or circular sectors with holes with a diameter of 7.5 mm (calculated by formula 3) with a different number (for example, 6 holes).
Расчет четвертьволнового резонатора для преобразования частоты 200 Гц в высокочастотный диапазон частот для создания стоячей волны в обсадной колонне.Calculation of a quarter-wave resonator for converting a frequency of 200 Hz into a high-frequency range of frequencies to create a standing wave in the casing.
1. Длина звуковой волны для диаметра скважины 146 мм равна 0,25 м,1. The sound wavelength for a borehole diameter of 146 mm is 0.25 m,
2. Длина четвертьволнового резонатора определяется согласно формуле /Борьба с шумом на производстве: Справочник/Е.Я, Юдин, Л.А.Борисов, И.В.Горенштейн и. др.; Под общ. ред. Е.Я. Юдина-М.: Машиностроение, 1985. - 303/2. The length of the quarter-wave resonator is determined according to the formula / Combating noise in production: Reference book / E.Ya, Yudin, L.A. Borisov, I.V. Gorenshtein and. others; Under the total. ed. E.Ya. Yudina-M.: Mechanical Engineering, 1985. - 303 /
где n=1, 2, 3,…; l - длина резонатора, м; с - скорость звука в среде, м/с.where n = 1, 2, 3, ...; l is the cavity length, m; s is the speed of sound in the medium, m / s.
Например, для частоты f = 200 Гц (основная частота при п = 1) и скорости звука в жидкости С = 1500 м/с, согласно расчетной формуле (4) длина резонатора составит l=1,9 м.For example, for a frequency f = 200 Hz (the main frequency at n = 1) and a speed of sound in a liquid C = 1500 m / s, according to calculation formula (4), the cavity length will be l = 1.9 m.
Основные положения физической сущности для осуществления устройства.The main provisions of the physical essence for the implementation of the device.
1. Поток жидкости по трубопроводу при любых скоростях сопровождается возникновением вихрей, приводящих к появлению звука. Особенно сильный звук возникает при преодолении потоком препятствий (заслонок, решеток, поворотов, отверстий и т.д.) [Справочник по технической акустике. / Под ред. М.Хекла и Х.А.Мюллера. - Л.: Судостроение, 1980. - С.208-210].1. The flow of fluid through the pipeline at any speed is accompanied by the appearance of vortices, leading to the appearance of sound. A particularly strong sound occurs when overcoming a stream of obstacles (dampers, grilles, turns, holes, etc.) [Technical Acoustics Handbook. / Ed. M.Hekla and H.A. Muller. - L .: Shipbuilding, 1980. - S.208-210].
2. Генерирование низкочастотного звука потоком жидкости через отверстие.2. The generation of low-frequency sound by the fluid flow through the hole.
3. Преобразование низкочастотного звука в диапазон высокочастотного звука акустическими четвертьволновыми резонаторами. [Музипов Х.Н., Савиных Ю.А. Новая технология повышения производительности добывающих скважин с помощью ультразвука. - Нефтяное хозяйство, № 12, 2004. - С.53-54/, которые размещаются под электроцентробежным насосом.3. Converting low-frequency sound into a high-frequency sound range by acoustic quarter-wave resonators. [Muzipov Kh.N., Savinykh Yu.A. New technology to increase the productivity of producing wells using ultrasound. - Oil industry, No. 12, 2004. - S.53-54 /, which are placed under the electric centrifugal pump.
4.Формирование высокочастотных стоячих волн в пространстве между акустическими четвертьволновыми резонаторами и скважиной.4. The formation of high-frequency standing waves in the space between the acoustic quarter-wave resonators and the well.
5. Использование явления физического процесса коагуляции [Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике. ИЛ. - М.: ИЛ, 1957. - С.489-491] механических частичек в высокочастотном звуковом поле стоячих волн.5. The use of the phenomenon of the physical process of coagulation [Bergman L. Ultrasound and its use in science and technology. IL - M .: IL, 1957. - S.489-491] of mechanical particles in the high-frequency sound field of standing waves.
Покажем возможность использования акустической коагуляции частиц механической примеси в нефытеводогазовой смеси звуковыми стоячими волнами с последующим осаждением их на забой скважины.Let us show the possibility of using acoustic coagulation of particles of mechanical impurity in the oil-gas mixture by sound standing waves, followed by their deposition on the bottom of the well.
1. Волны и колебательная скорость.1. Waves and vibrational velocity.
Волновое уравнение, описывающее упругое возмущение, имеет вид коагуляции [Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике. ИЛ. - М.: ИЛ, 1957. - С.489-491].The wave equation describing the elastic disturbance has the form of coagulation [Bergman L. Ultrasound and its application in science and technology. IL - M .: IL, 1957. - S. 489-491].
Частным решением уравнения (5) являетсяA particular solution to equation (5) is
где а - смещение частицы среды относительно положения покоя; А - амплитуда смещения; ω = угловая частота; t - время.where a is the displacement of a particle of the medium relative to the resting position; A is the amplitude of the bias; ω = angular frequency; t is time.
Выражение (6) описывает плоскую гармоническую волну частоты f=ω/2π, распространяющуюся в положительном направлении оси х.Expression (6) describes a plane harmonic wave of frequency f = ω / 2π propagating in the positive direction of the x axis.
Дифференцируя (6) по t, получаем для скорости частицы среды - так называемой колебательной скоростиDifferentiating (6) with respect to t, we obtain for the particle velocity of the medium - the so-called vibrational velocity
Следовательно, амплитуда колебательной скоростиTherefore, the amplitude of the vibrational velocity
Величина U определяет ту максимальную скорость, с которой частицы движутся в процессе колебаний.The value of U determines the maximum speed with which particles move in the process of oscillation.
Согласно выражению (8) скорость частицы колеблется между этой величиной и нулем.According to expression (8), the particle velocity fluctuates between this value and zero.
2. Интерференция волн. Стоячие волны.2. The interference of waves. Standing waves.
Явления, связанные с одновременным существованием в некоторой точке среды нескольких колебаний, называют интерференцией.Phenomena associated with the simultaneous existence of several oscillations at some point in the medium are called interference.
Явления интерференции играют важную роль в излучении звука.Interference phenomena play an important role in the emission of sound.
Особенно важную роль играет интерференция при распространении двух одинаковых волн в противоположных направлениях. Колебания, распространяющиеся в положительном и отрицательном направлениях по оси х, можно записать в видеA particularly important role is played by interference in the propagation of two identical waves in opposite directions. Oscillations propagating in the positive and negative directions along the x axis can be written as
Применяя теорему сложения, получим для результирующей стоячей волны выражениеApplying the addition theorem, we obtain for the resulting standing wave the expression
из которого непосредственно вытекает, что в точках Cos(2πx/λ) обращается в нуль, смещение а, тождественно равно нулю; это имеет место при х, равном нечетному числу λ/4. Посередине между этими точками, располагаются точки, в которых Cos (2πx/λ) no абсолютной величине максимален; здесь амплитуда смещения в стоячей волне вдвое превосходит амплитуды в исходных бегущих волнах.from which it directly follows that at the points Cos (2πx / λ) vanishes, the displacement a is identically equal to zero; this occurs when x is an odd number λ / 4. In the middle between these points, there are points at which Cos (2πx / λ) no the absolute value is maximum; here, the amplitude of the displacement in the standing wave is twice the amplitude in the initial traveling waves.
Выражение для колебательной скорости в стоячей волне найдем, дифференцируя выражениеWe find the expression for the vibrational velocity in a standing wave, differentiating the expression
Таким образом, узлы и пучности колебательной скорости располагаются в тех же точках, что и узлы и пучности смещения.Thus, the nodes and antinodes of the vibrational velocity are located at the same points as the nodes and antinodes of the bias.
3. Давление в стоячей волне.3. Pressure in a standing wave.
Обратимся теперь к вопросу о распределении давления в стоячей волне. В волне, распространяющейся в направлении сил оси х, давление р пропорционально изменению смещения вдоль х, т.е. величине d a/dx. Дифференцируя выражение (11) по х, получимWe now turn to the question of the distribution of pressure in a standing wave. In a wave propagating in the direction of the x-axis forces, the pressure p is proportional to the change in displacement along x, i.e. d a / dx. Differentiating expression (11) with respect to x, we obtain
Таким образом, в стоячей волне и звуковое давление содержит узлы и пучности; однако местоположение узлов давления совпадает с положением пучностей смещения и наоборот. Амплитуда давления в пучностях вдвое превосходит амплитуду в исходных бегущих волнах [Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике. ИЛ. - М.; ИЛ, 1957.-С.489-491].Thus, in a standing wave and sound pressure contains nodes and antinodes; however, the location of the pressure nodes coincides with the position of the displacement antinodes and vice versa. The pressure amplitude in antinodes twice exceeds the amplitude in the initial traveling waves [Bergman L. Ultrasound and its application in science and technology. IL - M .; IL, 1957.-S.489-491].
4. Акустическая коагуляция.4. Acoustic coagulation.
Уже давно было известно, что под влиянием звуковых колебаний между частицами, колеблющимися в звуковом поле, могут возникать силы притяжения и отталкивания. Для сферических частиц этот процесс был экспериментально и теоретически исследован Кенигом /König W., Hydrodynamisch-akustische Untersuchungen, Ann. d. Phys. (3), 42, 353, 549 (1891) / в связи с работами Бьеркнесса /Bjerknes C.A. Remarques historiques sur la theori du mouvement d'un ou de plusiews corps, de formes constantes ou variables, dans un fluide incompfessible; sur les forces apparentes, qui en resultent et sur les experiences qui s′y rattachent, Compt. Rent, 84, 1222, 1309, 1375, 1446, 1493 (1867).It has long been known that under the influence of sound vibrations between particles oscillating in a sound field, attractive and repulsive forces can arise. For spherical particles, this process was experimentally and theoretically investigated by Koenig / König W., Hydrodynamisch-akustische Untersuchungen, Ann. d. Phys. (3), 42, 353, 549 (1891) / in connection with the work of Bjerkness / Bjerknes C.A. Remarques historiques sur la theori du mouvement d'un ou de plusiews corps, de formes constantes ou variables, dans un fluide incompfessible; sur les forces apparentes, qui en resultent et sur les experiences qui s'y rattachent, Compt. Rent, 84, 1222, 1309, 1375, 1446, 1493 (1867).
На этом явлении основаны от части возникновение пылевых фигур в трубках Кундта. Брандт и Фройнд /Brandt., Űber das Verhalten von Schwebstofen in schwingen Gasen bei Schall- und Ultraschallfrequenzen, Kolloid/ Zs., 76, 272 (1936)/Partially, the appearance of dust figures in Kundt tubes is based on this phenomenon. Brandt and Freund / Brandt., Űber das Verhalten von Schwebstofen in schwingen Gasen bei Schall- und Ultraschallfrequenzen, Kolloid / Zs., 76, 272 (1936) /
и Бранд и Гидеман / Brandt О., Hiedenmann E., Ű ber das Verhalten von Aerosolen im akustischen Feld, Kolloid. Zs., 75, 129 (1936)/ показали, что под действием ультразвуковых волн в аэрозолях мгновенно происходит коагуляция и осаждение частиц.and Brand and Gideman / Brandt O., Hiedenmann E., Ű ber das Verhalten von Aerosolen im akustischen Feld, Kolloid. Zs., 75, 129 (1936) / showed that under the action of ultrasonic waves in aerosols, coagulation and sedimentation of particles instantly occur.
Брандт и Фройнд изучили подробности процесса оседания частиц микрофотографированием при освещении по методу темного поля.Brandt and Freund studied the details of the process of settling particles by microphotography under illumination using the dark field method.
На основании этих опытов Брандт и Гидеман различают две стадии коагуляции. В начале частицы принимают участие в колебательном процессе и следуют за движением жидкости между пучностями и узлами колебаний. При этом они в результате столкновений и под действием сил взаимного притяжения слипаются и увеличиваются в размерах. На второй стадии увеличившиеся частицы уже не следуют за звуковыми колебаниями, а совершают хаотические движения, причем в результате новых взаимных соударений и столкновений с меньшими частицами их размеры продолжают увеличиваться, а затем выпадают в осадок.Based on these experiments, Brandt and Gideman distinguish two stages of coagulation. At the beginning, the particles take part in the oscillatory process and follow the motion of the fluid between the antinodes and the vibration nodes. Moreover, as a result of collisions and under the action of forces of mutual attraction, they stick together and increase in size. In the second stage, the enlarged particles no longer follow sound vibrations, but make random motions, and as a result of new mutual collisions and collisions with smaller particles, their sizes continue to increase, and then precipitate.
5. Коагуляция частиц механической примеси в стоячей волне.5. Coagulation of particles of a mechanical impurity in a standing wave.
Пусть в жидкости с динамической вязкостью η, колеблющемся с амплитудой UЖ и частотой f, находится частица примеси с радиусом R и плотностью ρ.Let an impurity particle with a radius R and density ρ be located in a fluid with a dynamic viscosity η oscillating with amplitude U Ж and frequency f.
Согласно закону Стокса /Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике. ИЛ. -М.: ИЛ, 1957. - С. 23 - 25, 489- 491, 495 -497/ сила трения, действующая на частицу,According to the Stokes law / Bergman L. Ultrasound and its application in science and technology. IL -M .: IL, 1957. - S. 23 - 25, 489- 491, 495 -497 / friction force acting on the particle,
где Δυ - разность скоростей частиц механической примеси и жидкости.where Δυ is the velocity difference between particles of a mechanical impurity and a liquid.
Согласно формуле (14), скорость частиц жидкостиAccording to formula (14), the velocity of liquid particles
Движение частицы механической примеси описывается дифференциальным уравнениемThe motion of a particle of a mechanical impurity is described by the differential equation
илиor
Общее решение этого уравнения имеет вид /Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике. ИЛ. -M.: ИЛ, 1957. -С. 23- 25, 489- 491, 495 -497/The general solution of this equation has the form / Bergman L. Ultrasound and its application in science and technology. IL -M .: IL, 1957. -C. 23-25, 489- 491, 495 -497 /
Не периодический член отображает переходной процесс. Им можно пренебречь, так как коагуляция происходит через такое время, когда переходной процесс не оказывает уже никакого влияния.A non-periodic term represents a transient. It can be neglected, since coagulation occurs after a time when the transition process no longer has any effect.
Таким образом, амплитуда колебания частицы механической примеси равнаThus, the vibration amplitude of a particle of a mechanical impurity is equal to
Степень участия частицы в звуковых колебаниях среды (так называемый коэффициент увлечения) в случае стоячей звуковой волны определяется соотношениемThe degree of particle participation in the sound vibrations of the medium (the so-called drag coefficient) in the case of a standing sound wave is determined by the relation
Отношение амплитуд Хмп/Uж будет тем меньше, чем больше радиус частицы и чем выше частота.The ratio of the amplitudes X mp / U w will be the smaller, the larger the radius of the particle and the higher the frequency.
Таким образом, для степени участия частицы механической примеси в колебаниях жидкости определяющей является величина R2f.Thus, for the degree of participation of a particle of a mechanical impurity in fluid oscillations, the value R 2 f is decisive.
Если принять значение Хмп/Uж=0,8 за границу, до которой частицы механической примеси еще увлекаются звуковыми колебаниями, то из соотношенияIf we take the value of X MP / U W = 0.8 beyond the boundary to which particles of mechanical impurity are still carried away by sound vibrations, then from the relation
получимwe get
Величина Z определяет степень участия частиц механической примеси в колебаниях жидкости.The value of Z determines the degree of participation of particles of mechanical impurity in the oscillations of the liquid.
Таким образом, соотношение (22) позволяет рассчитать частоты необходимые для создания стоячих волн с целью коагуляции частиц механической примеси перед погружным электроцентробежным насосом с последующим осаждением их в осадок.Thus, relation (22) allows us to calculate the frequencies necessary to create standing waves in order to coagulate particles of a mechanical impurity in front of a submersible electric centrifugal pump, followed by their precipitation.
Согласно приведенным выше положениям физической сущности - достигается акустическая коагуляция частиц механической примеси в стоячей звуковой волне.According to the above provisions of the physical essence, acoustic coagulation of particles of a mechanical impurity in a standing sound wave is achieved.
На фиг.1 представлена схема размещения устройства под электроцентробежным насосом.Figure 1 presents the layout of the device under the electric centrifugal pump.
На фиг.2 изображено средство для возникновения шума при прохождении через него потока нефтеводогазовой смеси в виде ряда пластин, имеющех отверстия, размещенными веером на оси.Figure 2 shows the means for the occurrence of noise when passing through it a stream of oil-gas mixture in the form of a series of plates having holes, fan-shaped on the axis.
На фиг.3 изображены крупномасштабные вихри турбулентного потока, формируемые прохождением нефтеводогазовой смесью через отверстия в средстве для возникновения шума при прохождении через него потока нефтеводогазовой смеси.Figure 3 shows the large-scale vortices of a turbulent flow formed by the passage of the oil-gas mixture through the holes in the means for the occurrence of noise during the passage of the oil-gas mixture flow through it.
На фиг.4 изображена в кольцевом пространстве между скважиной и четвертьволновыми резонаторами суммарная высокочастотная стоячая волна, состоящая из двух высокочастотных волн, генерируемых двумя источниками - электроцентробежным насосом и четвертьволновыми резонаторами.Figure 4 shows the total high-frequency standing wave, consisting of two high-frequency waves generated by two sources - an electric centrifugal pump and quarter-wave resonators, in the annular space between the well and quarter-wave resonators.
На фиг.5 изображена схема движения частиц механических примесей в высокочастотной стоячей звуковой волне давления.Figure 5 shows a diagram of the movement of particles of mechanical impurities in a high-frequency standing sound pressure wave.
На фиг.6 изображена схема процесса коагуляции частиц механических примесей в высокочастотной стоячей волне колебательной скорости с последующим осаждением их в зумпф.Figure 6 shows a diagram of the process of coagulation of particles of mechanical impurities in a high-frequency standing wave of vibrational velocity, followed by their deposition in the sump.
На фиг.1 изображено: 1 - скважина, 2 - насосно-компрессорные трубы, 3 -электроцентробежный насос, 4 - четвертьволновые резонаторы, 5 - ось, 6 - средство для возникновения шума при прохождении через него потока нефтеводогазовой смеси (пластины, стержни, диски, круговые сектора), 7 - направление потока нефтеводогазовой смеси в скважине соосно отверстиям в пластинах, 8 - частицы механической примеси, 9 -отверстия.Figure 1 shows: 1 - well, 2 - tubing, 3 - electric centrifugal pump, 4 - quarter-wave resonators, 5 - axis, 6 - means for noise when passing through it a stream of oil-gas mixture (plates, rods, disks , circular sectors), 7 - the direction of flow of the oil-gas mixture in the well coaxially with the holes in the plates, 8 - particles of mechanical impurity, 9 - holes.
На фиг.2 изображено: 5 - ось, 6 - средство для возникновения шума при прохождении через него потока нефтеводогазовой смеси в виде пластины, 9 - отверстия.Figure 2 shows: 5 - axis, 6 - means for the occurrence of noise when passing through it a stream of oil-gas mixture in the form of a plate, 9 - holes.
На фиг.3 изображено: 6 - средство для возникновения шума при прохождении через него потока нефтеводогазовой смеси в виде пластины, 7 - направление потока нефтеводогазовой смеси в скважине соосно отверстиям в средстве для возникновения шума при прохождении через него потока нефтеводогазовой смеси, 9 - отверстие, 10 - крупномасштабные турбулентные вихри, 11 - низкочастотный звук, сформированный крупномасштабным вихрями.Figure 3 shows: 6 - a means for generating noise when passing through a stream of oil-gas mixture in the form of a plate, 7 - a direction of flow of an oil-gas mixture in a well coaxially with the holes in the tool for generating noise when a stream of oil-gas mixture passing through it, 9 - a hole, 10 - large-scale turbulent vortices, 11 - low-frequency sound formed by large-scale vortices.
На фиг.4 изображено: 1 - скважина, 2 - насосно-компрессорные трубы, 3 - электроцентробежный насос, 4 - четвертьволновые резонаторы, 5 - ось, 6 - средство для возникновения шума при прохождении через него потока нефтеводогазовой смеси, 7 - направление потока нефтеводогазовой смеси, 8 - частицы механической примеси, 9 - отверстия, 10 - крупномасштабные турбулентные вихри, 11 - низкочастотный звук, сформированный крупномасштабными вихрями, 12 - высокочастотный звук, преобразованный из низкочастотного звука четвертьволновыми резонаторами, 13 - высокочастотный звук, генерируемый электроцентробежным насосом, 14 - суммарная высокочастотная стоячая звуковая волна, сформированная из высокочастотного звука, преобразованная из низкочастотного звука четвертьволновыми резонаторами и высокочастотного звука, генерируемого электроцентробежным насосом,Figure 4 shows: 1 - well, 2 - tubing, 3 - electric centrifugal pump, 4 - quarter-wave resonators, 5 - axis, 6 - means for the occurrence of noise when passing through the flow of oil-gas mixture, 7 - direction of flow of oil-gas mixtures, 8 - particles of mechanical impurity, 9 - holes, 10 - large-scale turbulent vortices, 11 - low-frequency sound formed by large-scale vortices, 12 - high-frequency sound converted from low-frequency sound by quarter-wave resonators, 13 - high-frequency th sound generated by an electric centrifugal pump, 14 - total high-frequency standing sound wave formed from high-frequency sound, converted from low-frequency sound by quarter-wave resonators and high-frequency sound generated by an electric centrifugal pump,
На фиг.5 изображено: 1 - скважина, 7 - направление потока нефтеводогазовой смеси, 8 - частицы механической примеси, 15 - суммарная волна давления в высокочастотной стоячей волне, 16 - движение частиц механической примеси в суммарной волне давления в высокочастотной стоячей волне.Figure 5 shows: 1 - the well, 7 - the direction of flow of the oil-gas mixture, 8 - particles of mechanical impurity, 15 - the total pressure wave in the high-frequency standing wave, 16 - the movement of particles of mechanical impurity in the total pressure wave in the high-frequency standing wave.
На фиг.6 изображено: 1 - скважина, 7 - направление потока нефтеводогазовой смеси, 16 - суммарная волна колебательной скорости в высокочастотной стоячей волне, 18 - движение частиц механической примеси в суммарной волне колебательной скорости в высокочастотной стоячей волне, 19 - коагулированные частицы механической примеси в суммарной высокочастотной стоячей волне, 20 - осаждение коагулированных частиц механической примеси под собственным весом в зумпф.Figure 6 shows: 1 - the well, 7 - the direction of flow of the oil-gas mixture, 16 - the total wave of vibrational velocity in the high-frequency standing wave, 18 - the movement of particles of mechanical impurity in the total wave of vibrational velocity in the high-frequency standing wave, 19 - coagulated particles of mechanical impurity in the total high-frequency standing wave, 20 - deposition of coagulated particles of mechanical impurity under its own weight in the sump.
Устройство для предотвращения попадания частиц механической примеси в электроцентробежный насос содержит насосно-компрессорные трубы 2, под которыми расположен электроцентробежный насос 3 с прикрепленными к нему четвертьволновым резонатором 4. На оси 5, закрепленной к резонатору 4, установлено средство или ряд средств, предназначенных для возникновения шума при прохождении через него потока нефтеводогазовой смеси 6, имеющее отверстие 9 или ряд отверстий.A device for preventing particles of mechanical impurity from entering the electric centrifugal pump contains tubing 2, under which there is an electric centrifugal pump 3 with a quarter-wave resonator 4 attached to it. A means or a number of means are designed for causing noise on the axis 5 fixed to the resonator 4 when passing through it a stream of oil-gas mixture 6, having a hole 9 or a series of holes.
В качестве средств для возникновения шума при прохождении через него потока нефтеводогазовой смеси 6 могут быть использованы пластина, стержень, диск, круговой сектор. При выполнении средства для возникновения шума при прохождении через него потока нефтеводогазовой смеси в виде ряда пластин, стержней или круговых секторов, их располагают последовательно на оси 5 веером, в виде ряда дисков - их располагают последовательно на оси 5 (фиг.2, показано выполнение средства в виде пластины).As means for the occurrence of noise when passing through it a stream of oil-gas mixture 6 can be used plate, rod, disk, circular sector. When performing means for the occurrence of noise when passing through it a stream of oil-gas mixture in the form of a series of plates, rods or circular sectors, they are placed sequentially on the axis 5 with a fan, in the form of a series of disks - they are placed sequentially on the axis 5 (figure 2, shows the implementation of the means in the form of a plate).
Сборку устройства для предотвращения попадания частиц механической примеси в электроцентробежный насос осуществляют в следующей последовательности. Размещают на оси 5 (фиг.1) последовательно друг за другом средства для возникновения шума при прохождении через него потока нефтеводогазовой смеси 6 (фиг.1) с отверстиями 9 (фиг.1) и соединяют с четвертьволновыми резонаторами 4 (фиг.1).The assembly of the device to prevent particles of mechanical impurities from entering the electric centrifugal pump is carried out in the following sequence. Means are placed one after another on the axis 5 (FIG. 1) for causing noise when the flow of oil-gas mixture 6 (FIG. 1) passes through it with holes 9 (FIG. 1) and connected to quarter-wave resonators 4 (FIG. 1).
Собранную конструкцию размещают на торце электроцентробежного насоса 3 (фиг.1) и производят на насосно-компрессорных трубах 2 (фиг.1) спуск в скважину 1 (фиг.1).The assembled structure is placed at the end of the electric centrifugal pump 3 (Fig. 1) and produced on the tubing 2 (Fig. 1), the descent into the well 1 (Fig. 1).
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Поток нефтеводогазовой смеси 7 (фиг.1) с частицами механической примеси 8 (фиг.1) поднимается с забоя скважины 1 (фиг.1) в направлении электроцентробежного насоса 3 (фиг.1), проходит одновременно через отверстия 9 (фиг.1), формируя низкочастотный звук 11 (фиг.4) крупномасштабными вихрями 10 (фиг.4), и обтекает средства для возникновения шума при прохождении через него потока нефтеводогазовой смеси 6 (фиг.1).The flow of oil-gas mixture 7 (figure 1) with particles of mechanical impurity 8 (figure 1) rises from the bottom of the well 1 (figure 1) in the direction of the electric centrifugal pump 3 (figure 1), passes simultaneously through the holes 9 (figure 1) , forming a low-frequency sound 11 (figure 4) by large-scale vortices 10 (figure 4), and flows around the means for noise when passing through it a stream of oil-gas mixture 6 (figure 1).
Далее низкочастотный звук 11 (фиг.4), сформированный турбулентными вихрями 10 (фиг.4), трансформируется в область высоких частот 12 (фиг.4) четвертьволновыми резонаторами 4 (фиг.4).Next, the low-frequency sound 11 (Fig. 4), formed by turbulent vortices 10 (Fig. 4), is transformed into the high-frequency region 12 (Fig. 4) by quarter-wave resonators 4 (Fig. 4).
Включенный электроцентробежный насос 3 (фиг.1) генерирует высокочастотный звуковой спектр 13 (фиг.4), который суммируется в кольцевом пространстве между четвертьволновыми резонаторами 4 (фиг.4) и скважиной 1 (фиг.4) с высокочастотным звуковым спектром 12 (фиг.4), сформированным четвертьволновыми резонаторами 4 (фиг.4).The switched on electric centrifugal pump 3 (FIG. 1) generates a high-frequency sound spectrum 13 (FIG. 4), which is summed in the annular space between the quarter-wave resonators 4 (FIG. 4) and the well 1 (FIG. 4) with a high-frequency sound spectrum 12 (FIG. 4) formed by quarter-wave resonators 4 (Fig. 4).
В результате суммирования двух высокочастотных звуковых спектров в кольцевом пространстве на длине четвертьволновых резонаторов 4 (фиг.4) создается суммарная высокочастотная стоячая волна 14 (фиг.4), стоящая на пути движения нефтеводогазовой смеси 7 (фиг.7) с частицами механической примеси 8 (фиг.4).As a result of the summation of two high-frequency sound spectra in the annular space along the length of the quarter-wave resonators 4 (Fig. 4), a total high-frequency standing wave 14 (Fig. 4) is created, which stands in the way of the oil-gas mixture 7 (Fig. 7) with particles of mechanical impurity 8 ( figure 4).
Частицы механической примеси 8 (фиг.5) в потоке нефтеводогазовой смеси 7 (фиг.5) коагулируются 18 (фиг.6) в высокочастотных стоячих волнах 14 (фиг.4) путем перемещения их в волне давления 15 (фиг.5) от пучности к узлу и под влиянием волны колебательной скорости 16 (фиг.6) в результате столкновений и под действием сил взаимного притяжения слипаются и увеличиваются в размерах, причем в результате новых столкновений с меньшими частицами их размеры продолжают увеличиваться и под собственным весом выпадают в осадок 19 (фиг.6).Particles of mechanical impurity 8 (Fig. 5) in the oil-gas mixture flow 7 (Fig. 5) are coagulated 18 (Fig. 6) in high-frequency standing waves 14 (Fig. 4) by moving them in a pressure wave 15 (Fig. 5) from the antinode to the site and under the influence of the wave of vibrational velocity 16 (Fig.6) as a result of collisions and under the influence of forces of mutual attraction they stick together and increase in size, and as a result of new collisions with smaller particles, their sizes continue to increase and, under their own weight, precipitate 19 ( 6).
Промысловые испытания проводились на скважине № 668 куста 684 Самотлорского месторождения. Содержание механической примеси в добываемой продукции снизилось в 3,4 раза.Field tests were conducted at well No. 668 of cluster 684 of the Samotlor field. The content of solids in the extracted products decreased 3.4 times.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011122298/03U RU110129U1 (en) | 2011-06-02 | 2011-06-02 | DEVICE FOR PREVENTION OF INJECTION OF PARTICLES OF MECHANICAL IMPURITY TO ELECTRIC CENTRIFUGAL PUMP |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011122298/03U RU110129U1 (en) | 2011-06-02 | 2011-06-02 | DEVICE FOR PREVENTION OF INJECTION OF PARTICLES OF MECHANICAL IMPURITY TO ELECTRIC CENTRIFUGAL PUMP |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU110129U1 true RU110129U1 (en) | 2011-11-10 |
Family
ID=44997576
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011122298/03U RU110129U1 (en) | 2011-06-02 | 2011-06-02 | DEVICE FOR PREVENTION OF INJECTION OF PARTICLES OF MECHANICAL IMPURITY TO ELECTRIC CENTRIFUGAL PUMP |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU110129U1 (en) |
-
2011
- 2011-06-02 RU RU2011122298/03U patent/RU110129U1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Khabibullin | Managing the processes accompanying fluid motion inside oil field converging-diverging pipes | |
BR112016026007B1 (en) | METHOD FOR DISLOGGING DEBRIS FROM A PUMP SYSTEM | |
CN103233708A (en) | Rotary flow stabilizer | |
Khmelev et al. | Efficiency increase of centrifugal separation of gas-dispersed flow by the application of ultrasonic vibrations | |
WO2015116590A1 (en) | Down-hole gas and solids separator utilized in production hydrocarbons | |
RU110129U1 (en) | DEVICE FOR PREVENTION OF INJECTION OF PARTICLES OF MECHANICAL IMPURITY TO ELECTRIC CENTRIFUGAL PUMP | |
Abulimiti et al. | Study on the impacting performance of a self-excited oscillation pulsed jet nozzle | |
Shaaban et al. | Experiments on the dynamics of aspirating cantilevered pipes concurrently subjected to reverse external axial flow | |
Huang et al. | Numerical simulation of pressure vibrations in a Francis turbine draft tube with air admission | |
RU2354434C1 (en) | Method of gas scrubbing from dropping liquid in separator | |
RU2708430C1 (en) | Operating method for water-flooded gas or gas condensate well | |
RU2306169C1 (en) | Method of the oil stripping in the separator of the first stage | |
CN217028861U (en) | Sound wave rotational flow vibration wax-proof device | |
RU2260117C1 (en) | Method for reducing influence of mechanical impurities on downhole equipment operation | |
RU2356597C1 (en) | Facility for degassing oil-water-gas mixture in separator of first stage (versions) | |
CN209398403U (en) | A kind of double wave vibrating oil extractor | |
RU2339888C1 (en) | Method of steam deposition in cooling tower | |
CN1818395A (en) | Impeller with staggered leaf on front edge | |
RU2499128C2 (en) | Device to prevent ingress of mechanical particles in electrically drive rotary pump | |
RU2263765C1 (en) | Method of paraffin accumulation prevention in oil well | |
RU163125U1 (en) | GAS SAND ANCHOR FOR WELLS WITH LARGE DEBIT | |
RU2264524C1 (en) | Method for cleaning drilling mud of particulate contamination inside sucking pipe of mud pump | |
RU2267595C1 (en) | Method for drilling mud cleaning of particulate mechanical impurities in suction tube of mud pump | |
CN221838306U (en) | Multistage physical anti-precipitation anticoagulation yield increasing device | |
EP3999713A1 (en) | A vortex device and a method for hydroacoustic treatment of a fluid |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20120603 |