RU2197316C2

RU2197316C2 - Wellhead pressure filter

Info

Publication number: RU2197316C2
Application number: RU2000112247A
Authority: RU
Inventors: М.Т. Козлов; А.П. Котин; Е.П. Жеребцов; Г.А. Федотов; Р.Р. Тухватуллин
Original assignee: Открытое акционерное общество "Татнефть"
Priority date: 2000-05-15
Filing date: 2000-05-15
Publication date: 2003-01-27

Abstract

FIELD: cleaning water from mechanical impurities. SUBSTANCE: filter is mounted on casing string at wellhead; proposed filter has housing, inlet and outlet sludge branch pipes, cover and filter element. Filter is provided with cylinder located inside housing at spaced relation; flow shut-off valves freely fitted one on other are mounted on its end face located on side of liquid inlet; housing is provided with swirler mounted in its upper portion; filter element is located in lower portion of cylinder. EFFECT: simplified construction; reduced usage of materials; increased period between flushing. 3 dwg

Description

Изобретение относится к очистке воды от механических примесей и может быть использовано в системе производственного водоснабжения при очистке воды от ржавчины, песка и т.п. инородных тел перед нагнетанием ее в пласты при добыче нефти. The invention relates to the purification of water from mechanical impurities and can be used in a industrial water supply system for the purification of water from rust, sand, etc. foreign bodies before injecting it into the layers during oil production.

Известен гидроциклон, содержащий цилиндро-конический корпус c тангенциальным питающим патрубком, шламовый и отводной патрубки, гидравлический демпфер, выполненный в виде трубы овального сечения [1]. Known hydrocyclone containing a cylindrical-conical body with a tangential feed pipe, slurry and drain pipe, a hydraulic damper made in the form of an oval-shaped pipe [1].

Недостатками устройства являются:
- неудовлетворительное качество очистки пластовой воды от механических примесей ввиду того, что наличие вращательного движения потока не исключает попадание механических включений в полость отводного патрубка при малом объеме выбрасываемой массы в единицу времени через шламовый патрубок;
- непригодность его для очистки перекачиваемой жидкости от механических примесей, находящихся под высоким давлением.The disadvantages of the device are:
- unsatisfactory quality of treatment of produced water from mechanical impurities due to the fact that the presence of rotational flow does not exclude the ingress of mechanical impurities into the cavity of the outlet pipe with a small amount of discharged mass per unit time through a slurry pipe;
- unsuitability for cleaning the pumped liquid from mechanical impurities under high pressure.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является фильтр, состоящий из цилиндрического корпуса с крышками, патрубков подачи и отвода воды, отвода шлама и фильтрующего элемента [2]. The closest technical solution to the proposed one is a filter consisting of a cylindrical body with covers, water supply and drain pipes, sludge drain and filter element [2].

К основным недостаткам известного устройства можно отнести:
- сложность конструкции, обусловленную наличием в ней винтового возвратно-поступательного привода и уплотнительных узлов подвижных соединений;
- высокую материалоемкость, обусловленную значительными поперечными размерами, приводящими к утолщению стенок корпуса и крышек при высоких рабочих давлениях фильтруемой воды;
- интенсивное зашламление фильтра, объясняющееся тем, что весь объем очищаемой жидкости проходит через фильтрующий элемент, кроме того, вращательное движение, получаемое очищаемой жидкостью при прохождении тангенциального входа, препятствует оседанию механических примесей на днище устройства.The main disadvantages of the known device include:
- the complexity of the design, due to the presence in it of a screw reciprocating drive and sealing nodes of the movable joints;
- high material consumption, due to significant transverse dimensions, leading to a thickening of the walls of the housing and covers at high working pressures of the filtered water;
- intensive sedimentation of the filter, due to the fact that the entire volume of the liquid being cleaned passes through the filter element, in addition, the rotational movement received by the liquid being cleaned during the passage of the tangential inlet prevents the sedimentation of mechanical impurities on the bottom of the device.

Задачей изобретения является упрощение конструкции, снижение материалоемкости и увеличение межпромывного периода фильтра. The objective of the invention is to simplify the design, reduce material consumption and increase the inter-wash period of the filter.

Указанная задача решается предлагаемым устьевым напорным фильтром, включающим цилиндрический корпус с входным тангенциальным, выходным и шламовым патрубками, крышки и фильтрующий элемент. This problem is solved by the proposed wellhead pressure filter, including a cylindrical body with inlet tangential, output and slurry nozzles, covers and a filter element.

Новым является то, что он снабжен цилиндром, размещенным внутри цилиндрического корпуса с кольцевым зазором и разделенным на два отсека: верхний и нижний, причем на его торец, расположенный в верхнем отсеке со стороны входа жидкости свободно посажены один на другой с зазором относительно корпуса отсекатели потока, каждый из которых выполнен в виде кольца по форме усеченного конуса, обращенного малым основанием к входу жидкости, и отцентрированы относительно корпуса штырями; цилиндрический корпус в верхней часта снабжен завихрителем, соединенным с входным тангенцильным патрубком и имеющим форму Архимедовой спирали, расширяющимся вдоль оси корпуса по мере приближения к центру устройства и имеющим окно, выполненное по периметру контакта завихрителя со стенкой цилиндрического корпуса и берущим свое начало от конца тангенциального патрубка; фильтрующий элемент расположен в нижнем отсеке цилиндра и сообщен с кольцевым зазором, причем зона над фильтром соединена посредством коленного переходника с полостью сопла, установленного на выходном патрубке. New is that it is equipped with a cylinder placed inside a cylindrical body with an annular gap and divided into two compartments: the upper and lower, and on its end located in the upper compartment from the liquid inlet side, flow cutoffs are freely set on top of one another with a gap relative to the housing , each of which is made in the form of a ring in the shape of a truncated cone, facing a small base to the fluid inlet, and centered relative to the housing with pins; the cylindrical body in the upper part is equipped with a swirl connected to the inlet tangential branch pipe and having the shape of an Archimedean spiral expanding along the axis of the body as it approaches the center of the device and having a window made along the perimeter of the contact of the swirl with the wall of the cylindrical body and originating from the end of the tangential pipe ; the filter element is located in the lower compartment of the cylinder and communicates with an annular gap, and the area above the filter is connected via a knee adapter to the cavity of the nozzle mounted on the outlet pipe.

На фиг. 1 изображен продольный разрез предлагаемого фильтра; на фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез по Б-Б на фиг.1. In FIG. 1 shows a longitudinal section of the proposed filter; figure 2 is a section along aa in figure 1; figure 3 is a section along BB in figure 1.

Фильтр устанавливается на обсадной колонне на устье скважины с целью отделения механических примесей из транспортируемой жидкости в системе поддержания пластового давления. The filter is installed on the casing at the wellhead in order to separate mechanical impurities from the transported fluid in the reservoir pressure maintenance system.

Фильтр состоит из цилиндрического корпуса 1 с входным тангенциально расположенным патрубком 2, переходящим в завихритель потока 3, выходного патрубка 4, глухой 5 и шламовой 6 крышек, цилиндра 7, установленного с зазором внутри корпуса и разделенного на два отсека: верхний и нижний. На торец цилиндра, расположенный в верхнем отсеке, свободно посажены один на другой с зазором относительно корпуса отсекатели потока 8, каждый из которых выполнен в виде кольца по форме усеченного конуса, обращенного малым основанием к входу жидкости, и отцентрирован относительно корпуса штырями 9 (фиг.2). В нижнем отсеке цилиндра установлен фильтрующий элемент 10, выполненный в виде кассеты, заполненной зернистым фильтрующим материалом, сообщен с кольцевым зазором и опирается на шламовую крышку 6 ножками 11. К перегородке 12, разделяющей цилиндр на две части, закреплен гайкой 13 коленный отвод 14, сообщающий зону над фильтром с зоной сопла 15. Над перегородкой 11 находится потокоформирующая вставка 16. The filter consists of a cylindrical body 1 with an inlet tangentially located pipe 2, turning into a swirl flow 3, output pipe 4, blind 5 and slurry 6 covers, cylinder 7, installed with a gap inside the housing and divided into two compartments: upper and lower. At the end of the cylinder located in the upper compartment, flow cut-offs 8 are freely set on top of each other with a gap relative to the housing, each of which is made in the form of a ring in the shape of a truncated cone facing the liquid inlet with a small base and centered relative to the housing with pins 9 (Fig. 2). In the lower compartment of the cylinder, a filter element 10 is installed, made in the form of a cartridge filled with granular filter material, communicated with an annular gap and rests on the sludge cover 6 with legs 11. A knee bend 14 is secured with a nut 13 to the partition 12, which divides the cylinder into two parts, communicating the area above the filter with the area of the nozzle 15. Above the partition 11 is a flow-forming insert 16.

Завихритель 3 имеет форму Архимедовой спирали (фиг.3), постепенно расширяющейся вдоль стенки корпуса 1 по мере приближения к центру, причем соприкасающиеся между собой участки стенок корпуса 1 и завихрителя 3 образуют периметр сквозного окна 17, берущий свое начало от конца тангенциального патрубка 2. Шламовая крышка 6 снабжена запорным органом (на фиг. не показан). The swirl 3 has the shape of an Archimedean spiral (Fig. 3), gradually expanding along the wall of the housing 1 as it approaches the center, and the adjacent sections of the walls of the housing 1 and swirl 3 form the perimeter of the through window 17, originating from the end of the tangential pipe 2. The slurry cover 6 is provided with a locking member (not shown in FIG.).

Фильтр работает следующим образом. The filter works as follows.

Пластовая вода по трубопроводу под высоким давлением направляется к фильтру, установленному вблизи скважины. Перед входом в тангенциальный патрубок 2 на участке диффузора, установленного перед ним, (на фиг. не показан) пластовая вода резко повышает свою скорость и попадает в полость "а" (фиг. 2). Из нее она направляется в полость "б" завихрителя, где приобретает интенсивное вращательное движение и слабое поступательное вдоль оси корпуса в сторону выхода жидкости. В результате частицы с большим удельным весом, чем удельный вес пластовой воды устремляются к периферии, т.е. к внутренней стенке корпуса. В своем поступательном движении периферийная масса потока отсекается от остальной массы и попадает в полость "в" (фиг.1) первого кольца отсекателя. Далее частицы с большим удельным весом, находящиеся в охватываемом отсекателем объеме, которые не успели занять периферийную зону и попасть в полость "в" раньше, устремляются к внутренней стенке первого кольца отсекателя, и эта масса воды с механическими частицами отделяется от основного потока вторым кольцом отсекателя и направляется в полость "г" и т. д. При этом частицы, попавшие в периферийную зону, вытесняют из нее ту часть жидкости, которую они сами занимают. Отсеченное последним кольцом отсекателя масса воды с механическими частицами направляется в полость "д". Туда же попадет поток жидкости из полостей "в" и "г", дальше этот поток направляется в полость "ж". Здесь основная часть механических частиц оседает на стенках шламовой крышки 6, остальная же часть задерживается в фильтрующем элементе 10. Очищенная вода после фильтра попадет в полость "к". Formation water is piped under high pressure to a filter installed near the well. Before entering the tangential pipe 2 in the area of the diffuser installed in front of it (not shown in Fig.), The formation water sharply increases its speed and enters the cavity "a" (Fig. 2). From it, it goes to the swirl cavity “b”, where it acquires an intensive rotational motion and a weak translational motion along the body axis towards the liquid outlet. As a result, particles with a higher specific gravity than the specific gravity of produced water rush to the periphery, i.e. to the inner wall of the housing. In its translational motion, the peripheral mass of the stream is cut off from the rest of the mass and enters the cavity "in" (Fig. 1) of the first ring of the cutter. Further, particles with a large specific gravity, located in the volume covered by the cutter, which did not manage to occupy the peripheral zone and get into the cavity “in” earlier, rush to the inner wall of the first ring of the cutter, and this mass of water with mechanical particles is separated from the main stream by the second ring of the cutter and sent to the cavity "g", etc. In this case, particles that have fallen into the peripheral zone displace from it that part of the liquid that they themselves occupy. The mass of water with mechanical particles cut off by the last ring of the cutter is sent to the cavity "d". The fluid flow from the cavities "c" and "g" will get there, then this flow is sent to the cavity "g". Here, the main part of the mechanical particles settles on the walls of the slurry cover 6, while the rest is retained in the filter element 10. The purified water after the filter will fall into the cavity "k".

Очищенная от механических примесей пластовая вода из полости "л" (фиг.1) направляется к выходу (патрубок 4), сохраняя при этом вращательное движение. При выходе ее скорость на участке сопла 15 увеличивается и в результате в полости "м" статическое давление становится ниже, чем в полости "к", что способствует перетоку жидкости из полости "к" в полость "м". Отсюда пластовая вода направляется по трубопроводу в скважину. Purified from mechanical impurities, produced water from the cavity "l" (figure 1) is sent to the outlet (pipe 4), while maintaining rotational motion. Upon exit, its speed in the nozzle section 15 increases and as a result, the static pressure in the cavity “m” becomes lower than in the cavity “k”, which facilitates the flow of fluid from the cavity “k” into the cavity “m”. From here, formation water is piped into the well.

Применение предлагаемого устройства в системе ППД позволит:
- упростить конструкцию, снизить материалоемкость и увеличить межпромывной период благодаря тому, что основной объем жидкости очищается за счет разности удельных весов механических частиц и воды, и только незначительный ее объем проходит через фильтрующий элемент.The use of the proposed device in the PPD system will allow:
- to simplify the design, reduce material consumption and increase the inter-wash period due to the fact that the main volume of liquid is cleaned due to the difference in the specific gravities of mechanical particles and water, and only a small amount passes through the filter element.

Использованная литература
1. А.С. 1558495, МПК В 04 С 5/12, 1990 - "Гидроциклон".References
1. A.S. 1558495, IPC B 04 C 5/12, 1990 - "Hydrocyclone".

2. А. С. 1535589, МПК В 01 D 27/08, 1990 - "Самоочищающийся патронный фильтр для очистки воды". Прототип. 2. A. S. 1535589, IPC B 01 D 27/08, 1990 - "Self-cleaning cartridge filter for water purification". Prototype.

Claims

Wellhead pressure filter, including a cylindrical body with inlet tangential, output and slurry nozzles, covers and a filter element, characterized in that it is equipped with a cylinder placed inside a cylindrical body with an annular gap and divided into two compartments: upper and lower, and on its end located in the upper compartment on the liquid inlet side, flow cut-offs, each made in the form of a ring in the shape of a truncated cone facing each other, are freely set on top of each other with a gap relative to the housing about a small base to the fluid inlet, and is centered relative to the housing with pins; the cylindrical body in the upper part is equipped with a swirl connected to the inlet tangential branch pipe, having the shape of an Archimedean spiral, expanding along the wall of the body as it approaches the center and forming a window around the perimeter of the contact of the swirl with the wall of the cylindrical body; the filter element is located in the lower compartment of the cylinder and is in communication with the annular gap, and the area located above the filter element is connected via a knee adapter to the cavity of the nozzle mounted on the outlet pipe.