RU174076U1 - Сепаратор механических примесей инерционно-гравитационного действия - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к нефтяной промышленности, а именно к оборудованию нефтяных скважин, и может быть использована для очистки пластовой жидкости от механических примесей в скважинах с повышенной концентрацией взвешенных частиц. Сепаратор инерционно-гравитационного действия содержит головку с входными отверстиями, завихритель, расположенный в полости сепаратора и выполненный с возможностью отбрасывания механических примесей к внутренней окружной поверхности стенки сепаратора и скапливания в центре очищенной жидкости, верхний центратор с выходными отверстиями с возможностью выхода очищенной жидкости через них на прием насоса, а также находящуюся под верхним центратором и над завихрителем и головкой и предназначенную для герметичного разделения участка эксплуатационной скважины с очищенной от механических примесей пластовой жидкостью манжету, включающую несколько резиновых колец, выполненных с возможностью герметичного соприкосновения со стенкой скважины и чередующихся с металлическими кольцами с меньшим, чем у резиновых колец, наружным диаметром. Технический результат – повышение надежности и эффективности работы сепаратора. 2 ил.

Description

Полезная модель относится к нефтяной промышленности, а именно к оборудованию нефтяных скважин, и может быть использована для очистки пластовой жидкости от механических примесей в скважинах с повышенной концентрацией взвешенных частиц.

Известны способы повышения работоспособности технологического оборудования за счет обеспечения герметичности и износостойкости неподвижных разъемных соединений путем нанесения на стыковые поверхности металлических покрытий (Тяпин С.В. Обеспечение герметичности разъемных соединений гидравлических систем технологических машин в тяжелых условиях эксплуатации//Молодой ученый, 2017, № 3, с. 174-177). Однако указанный подход не применим к электропогружному оборудованию установки электроцентробежного насоса (УЭЦН) для откачки содержащей нефть очищенной пластовой жидкости.

Известны технические методы борьбы с пескопроявлением, к которым, в частности, относятся различные забойные устройства, устанавливаемые в интервале пласта, специальные подвесные устройства - гравийные и щелевые фильтры, а также специальное износостойкое оборудование для добычи нефти. Все эти виды оборудования относятся к числу основных. Между тем с достаточной эффективностью можно использовать для выделения механических примесей и дополнительное оборудование, такое как сепараторы механических примесей (десендеры). Используются десендеры различных конструкций - гравитационного, инерционного и гидроциклонного типов (Сабиров А.А. Стендовые испытания скважинных сепараторов механических примесей. Инновации и новые технологии в области механизированной добычи нефти, № 5/2011, с. 150). Указанные сепараторы механических примесей можно использовать в нефтедобывающих отраслях промышленности для выделения механических примесей и они могут обеспечить заметный технологический эффект в условиях добычи нефти с большим содержанием механических примесей. Однако с распространением практики интенсификации добычи нефти увеличивается интенсивность воздействия на призабойную зону пласта. Это приводит к засорению пластовой жидкости посторонними механическими примесями и к отказам глубинно-насосного оборудования, которые составляет от 40 до 70% всех отказов. Указанные сепараторы не всегда отвечают все возрастающим требованиям и не обеспечивают должной очистки пластовой жидкости от механических примесей.

Известно устройство для отделения песка от пластового флюида в скважине при ее эксплуатации, включающее приемную колонну, размещенную под приемом глубинного насоса или лифтовой колонной, и последовательно установленные по длине приемной колонны песочные карманы, каждый из которых образован внутренней поверхностью приемной колонны, внешней поверхностью патрубка, размещенного внутри приемной колонны, и перемычкой, жестко связывающей нижнюю часть внешней поверхности патрубка с внутренней поверхностью приемной колонны (патент RU 2232881 С1, Е21В 43/38, опубл. 20.07.2007, бюл. № 20). Недостаток этого устройства заключается в том, что оно не соответствует современным требованиям по надежности и эффективности очистки пластовой жидкости от механических примесей, так как часть песка под действием глубинного насоса все-таки проникает вверх в колонну и вызывает осложнения.

В техническом отношении указанное устройство является наиболее близким предлагаемой полезной модели и принято за прототип.

Перед полезной моделью была поставлена задача повышения надежности погружного сепаратора механических примесей при перекачке жидкостей с большим количеством механических примесей.

Технический результат предлагаемой полезной модели - повышение надежности и эффективности работы сепаратора, упрощение конструкции и технологии его сборки, применение более простого оборудования для его изготовления, облегчение установки сепаратора в скважине, снижение себестоимости, увеличение срока эксплуатации и межремонтных сроков работы скважины с надежной очисткой пластовой жидкости от механических примесей, а также расширение арсенала применяемых сепараторов.

Технический результат достигается за счет того, что сепаратор для очистки пластовой жидкости от механических примесей (далее - сепаратор) выполнен инерционно-равитационного действия, содержит предназначенную для герметичного разделения участка эксплуатационной скважины с очищенной от механических примесей пластовой жидкостью от участка эксплуатационной скважины с подлежащей очистке пластовой жидкостью манжету, включающую несколько резиновых колец, выполненных с возможностью герметичного соприкосновения со стенкой скважины и чередующихся с металлическими кольцами с меньшим, чем у резиновых колец, наружным диаметром.

Под шириной кольца понимают расстояние между его торцами.

На фиг. 1 условно показан сепаратор, общий вид; на фиг. 2 изображена манжета, общий вид.

Сепаратор содержит манжету 1 с резиновыми кольцами 2 и металлическими кольцами 3, завихритель 4, головку 5, верхний центратор 6 с отверстиями 7 для выхода отфильтрованной пластовой жидкости и ее дальнейшего движения к устью скважины, клапан байпасный 8.

Составляющие сепаратор части свинчиваются друг с другом посредством резьбовых соединений. Сепаратор входит в состав установки погружного электроцентробежного насоса УЭЦН, предназначенной для откачки из нефтяных скважин пластовой жидкости, содержащей нефть, воду, газ и механические примеси. УЭЦН располагают в эксплуатационной колонне нефтяной скважины. УЭЦН помимо сепаратора содержит погружной электродвигатель, гидрозащиту с приемными отверстиями (входной модуль), насос, колонну насосно-компрессорных труб и электрический кабель, обеспечивающий электропитанием погружной насос.

Возможны следующие варианты предлагаемого сепаратора.

1. Сепаратор, в котором резиновых колец 2 выполнено на одно кольцо меньше, чем металлических. Преимущество данного технического решения заключаются в том, что манжета становится унифицированной и ее можно устанавливать в сторону к подлежащей очистке пластовой жидкости любым торцом. Последнее упрощает технологию сборки сепаратора.

2. Сепаратор, в котором резиновых колец 2 выполнено на одно кольцо больше, чем металлических. Преимущество данного технического решения также заключаются в том, что манжета становится унифицированной и ее можно устанавливать в сторону к подлежащей очистке пластовой жидкости любым торцом. Последнее упрощает технологию сборки сепаратора. Кроме того, резиновое кольцо дешевле металлического, что снижает себестоимость манжеты и сепаратора в целом.

3. Сепаратор, в котором металлические кольца 3 имеют ширину, которая превышает ширину резиновых колец 2. Это позволяет увеличить объем пространства между ближайшими резиновыми кольцами («герметизирующей ступени») и время его заполнения в случае повреждения внешнего резинового кольца содержащимися в пластовой жидкости механическими примесями. Указанное повышает надежность сепаратора, увеличивает срок его эксплуатации.

4. Сепаратор, в котором металлические кольца 3 имеют ширину, которая в периферийной области является наибольшей. Это позволяет увеличить объем герметизирующего пространства между резиновыми кольцами 2, уменьшить толщину резиновых колец, сохраняя их упругость.

5. Сепаратор с резиновыми кольцами 2, выполненными из резины одной марки. Данное решение упрощает конструкцию и технологию изготовления резиновых колец, манжеты в целом и, следовательно, всего сепаратора.

6. Сепаратор, отличающийся тем, что резиновое кольцо, контактирующее с неочищенной пластовой жидкостью, выполнено из резины с более высокой по сравнению с другими резиновыми кольцами поверхностной прочностью и меньшим износом

при воздействии на него потока пластовой жидкости. Позволяет снизить себестоимость изготовления сепаратора за счет наличия других резиновых колец, выполненных из более дешевого материала.

7. Сепаратор, содержащий для увеличения межремонтного периода байпасный клапан. Байпасный клапан, через который проходит пластовая жидкость при переполненном механическими примесями контейнере, продляет срок эксплуатации сепаратора и особенно эффективен при наличии в пластовой жидкости большого количества механических примесей.

Сепаратор работает следующим образом.

Принцип действия сепаратора основан на использовании инерционно-гравитационных сил, посредством которых и происходит отделение механических примесей. Инерционное отделение механических примесей основано на действии центробежных сил. Поток пластовой жидкости с механическими примесями под действием разряжения, создаваемого центробежным насосом (не показан), через входные отверстия в головке 5 попадает в полость сепаратора и, проходя по завихрителю 4, приобретает вращательное движение. В результате вращательного движения неочищенной пластовой жидкости происходит разделение жидкости и механических примесей, которые под действием возникающих при вращении потока пластовой жидкости центробежных сил отбрасываются к внутренней окружной поверхности стенки сепаратора. Далее под действием гравитационной составляющей (силы тяжести) частицы проходят вниз и скапливаются в находящемся ниже сепаратора контейнере (не показан). Очищенная от механических примесей жидкость, имея меньшую плотность, скапливается в центре, откуда попадает через отверстия 7 верхнего центратора 6 на прием насоса. Очищенная пластовая жидкость герметично отделена манжетой 1 от пространства с исходной, подлежащей очистке пластовой жидкостью, и не смешивается с ней. Сохранение герметичности посредством манжеты 1 обеспечивает надежную работу УЭЦН, другого скважинного оборудования, что исключает утечку содержащей нефть пластовой жидкости, возникновение аварийных ситуаций и загрязнение окружающей среды, а также снижает затраты на ремонт и обслуживание технологического оборудования. Улучшение герметизации внутритрубного пространства и повышение надежности связано с поэтапной герметизацией, обеспечиваемой наличием нескольких участков герметизации, представляющих собой пространство между резиновыми кольцами 2. Выход из строя контактирующего с неочищенной пластовой жидкостью резинового кольца не приведет к отказу сепаратора в целом, что повышает его надежность и увеличивает срок эксплуатации.

Упрощение конструкции и технологии сборки предполагает сборку манжеты сепаратора из нескольких конструктивно простых резиновых колец 2, чередующихся с металлическими кольцами 3, обеспечивающими необходимую жесткость манжеты 1. Изготовление резиновых колец 2 осуществляют в простых по конструкции пресс-формах, в которые заливают резиновую смесь с последующей полимеризацией. Облегчение установки сепаратора в скважину связано с тем, что каждое отдельное резиновое кольцо 2, обладая меньшей жесткостью, чем одно большое кольцо, предназначенное для герметизации, оказывает меньшее сопротивление перемещению сепаратора в скважине. Использование манжеты, включающей несколько резиновых колец 2, кроме того, позволяет более строго устанавливать и поддерживать вертикальное положение сепаратора в пространстве, что увеличивает эффективность его работы. Использование сепаратора позволяет снизить риски засорения рабочих органов насосного оборудования механическими примесями и посторонними включениями, способствует предотвращению заклинивания валов, засорения проходных каналов в рабочих органах УЭЦН.

Предлагаемое техническое решение обладает новизной, промышленно применимо.

Claims (1)

1. Сепаратор для очистки пластовой жидкости от механических примесей инерционно-гравитационного действия, содержащий головку с входными отверстиями, завихритель, расположенный в полости сепаратора и выполненный с возможностью отбрасывания механических примесей к внутренней окружной поверхности стенки сепаратора и скапливания в центре очищенной жидкости, верхний центратор с выходными отверстиями с возможностью выхода очищенной жидкости через них на прием насоса, а также находящуюся под верхним центратором и над завихрителем и головкой и предназначенную для герметичного разделения участка эксплуатационной скважины с очищенной от механических примесей пластовой жидкостью манжету, включающую несколько резиновых колец, выполненных с возможностью герметичного соприкосновения со стенкой скважины и чередующихся с металлическими кольцами с меньшим, чем у резиновых колец, наружным диаметром.

Images