RU2286450C2

RU2286450C2 - Bottomhole gas-sand separator

Info

Publication number: RU2286450C2
Application number: RU2004138478/03A
Authority: RU
Inventors: Станислав Владимирович Баранцевич (UA); Станислав Владимирович Баранцевич; Александр Мирославович Карасевич (RU); Александр Мирославович Карасевич; Александр Викторович Кейбал (RU); Александр Викторович КЕЙБАЛ; пков Дмитрий Петрович Л (RU); Дмитрий Петрович Ляпков; Николай Миронович Сторонский (RU); Николай Миронович Сторонский
Original assignee: Открытое акционерное общество "Газпром" (ОАО "Газпром")
Priority date: 2004-12-28
Filing date: 2004-12-28
Publication date: 2006-10-27
Also published as: RU2004138478A

Abstract

FIELD: mining, particularly for deep pumping operation, namely to operate wells adapted to produce methane from gas-bearing coal beds.

SUBSTANCE: device comprises body made as sub, as well as tail end and filter made as helical spring. One spring end is fixedly connected to the sub, another one is secured to tail end. Spring ends are arranged in internal cavities of sub and filter correspondingly. Device also has bush and guiding rod. Lower end of guiding rod is connected to tail end, upper one is fastened to bush. The bush may perform axial movement with respect to the sub. Device is also provided with separation unit, limiting finger and valve made as cylindrical float with needle. The separation unit is shaped as auger wound around hollow pipe provided with radial channels. Upper part of hollow pipe has seat. Separation unit is located in sub interior. Limiting finger is installed in hollow pipe interior over radial channel location area. The float is arranged inside hollow pipe and may perform axial displacement relatively the pipe to close the seat and to cooperate with limiting finger. Needle is coaxially installed on upper float end. Longitudinal grooves are made along the full spring strip length from overlapped spring coil side.

EFFECT: increased operational efficiency even in the case of high solved gas and solid impurities content in well fluid to be produced.

2 dwg

Description

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при глубинно-насосной эксплуатации скважин, в т.ч. предназначенных для добычи метана из газоносных угольных пластов.The invention relates to the mining industry and can be used for deep pumping wells, including intended for the extraction of methane from gas-bearing coal seams.

Известно устройство для сепарации газа при откачке жидкости из скважин погружным электроцентробежным насосом, включающее установленный под приемом погружного электроцентробежного насоса корпус с газоотводной и всасывающей трубами, размещенный на входе газоотводной трубы струйный аппарат, активное сопло которого гидравлически сообщено с рабочей напорной линией погружного насоса, сепарационный узел в виде шнека с полой осью, в которой имеются радиальные каналы, а сама внутренняя полость оси шнека сообщена с всасывающей полостью струйного аппарата [1].A device for gas separation when pumping liquid from wells with a submersible electric centrifugal pump, comprising a housing with a gas and suction pipes installed under a submersible electric centrifugal pump, a jet device located at the inlet of the gas pipe, the active nozzle of which is hydraulically connected to the working pressure line of the submersible pump, a separation unit in the form of a screw with a hollow axis, in which there are radial channels, and the inner cavity of the axis of the screw itself is in communication with the suction cavity of the jet Nogo apparatus [1].

Недостатком известного устройства является снижение коэффициента полезного действия погружного насоса за счет принудительного отбора значительной части нагнетаемой им жидкости для обеспечения работы струйного аппарата.A disadvantage of the known device is the reduction in the efficiency of the submersible pump due to the forced selection of a significant part of the fluid pumped by it to ensure the operation of the jet apparatus.

Известен также скважинный газопесочный сепаратор, содержащий корпус в виде переводника, фильтр, выполненный в виде спиральной ленточной пружины, один конец которой жестко соединен с переводником, а другой - с наконечником, направляющий стержень, который установлен во внутренней полости фильтра и нижним концом связан с наконечником, а также втулку, жестко связанную с верхним концом направляющего стержня [2]. Указанное устройство может быть принято в качестве прототипа.There is also a well-known gas-sand separator containing a housing in the form of an adapter, a filter made in the form of a spiral tape spring, one end of which is rigidly connected to the adapter, and the other to the tip, a guide rod that is installed in the inner cavity of the filter and the lower end is connected to the tip as well as a sleeve rigidly connected to the upper end of the guide rod [2]. The specified device can be taken as a prototype.

Недостатки известного устройства заключаются в недостаточной эффективности процессов дегазации отбираемой из скважины жидкости, а также фильтрации содержащейся в ней наиболее мелкой фракции твердых механических примесей.The disadvantages of the known device are the lack of efficiency of the degassing processes of the fluid taken from the well, as well as the filtration of the smallest fraction of solid mechanical impurities contained in it.

Для метаноугольных скважин характерно содержание в откачиваемой пластовой воде значительного количества угольной пыли, мелких частиц угля и растворенного газа.For methane-coal wells, a significant amount of coal dust, small particles of coal and dissolved gas are contained in the pumped formation water.

Задача настоящего изобретения заключается в повышении эффективности работы устройства при наличии в откачиваемой из скважины жидкости значительного количества растворенного газа и твердых механических примесей.The objective of the present invention is to improve the efficiency of the device when there is a significant amount of dissolved gas and solid solids in the fluid pumped from the well.

Указанная цель достигается в предлагаемом техническом решении за счет того, что устройство, включающее корпус в виде переводника, наконечник, фильтр, выполненный в виде спиральной ленточной пружины, один конец которой жестко соединен с переводником, а другой - с наконечником, размещенные соответственно во внутренних полостях переводника и фильтра втулка и направляющий стержень, нижний конец которого связан с наконечником, а верхний - с втулкой, которая установлена с возможностью осевого перемещения относительно переводника, снабжен сепарационным узлом, ограничительным пальцем и клапаном. Последний выполнен в виде цилиндрического поплавка с иглой, а сепарационный узел - в виде шнека, навитого вокруг полого патрубка со сквозными радиальными каналами. В верхней части полого патрубка выполнено посадочное седло. Верхняя часть поплавка имеет коническую форму, ответную посадочному седлу в полом патрубке. Сепарационный узел размещен во внутренней полости переводника, ограничительный палец - во внутренней полости полого патрубка выше места выполнения в нем радиальных каналов, а поплавок - внутри полого патрубка с возможностью осевого перемещения относительно него, перекрытия посадочного седла и взаимодействия с ограничительным пальцем. Игла соосно установлена на верхнем торце поплавка. На ленте по всей длине, со стороны взаимного перекрытия витков спиральной пружины, выполнены поперечные пазы.This goal is achieved in the proposed technical solution due to the fact that the device includes a housing in the form of an adapter, a tip, a filter made in the form of a spiral band spring, one end of which is rigidly connected to the adapter, and the other to the tip, located respectively in the internal cavities the sub and the filter the sleeve and the guide rod, the lower end of which is connected with the tip, and the upper end with the sleeve, which is installed with the possibility of axial movement relative to the sub, is equipped with diet node, limiting the finger and the valve. The latter is made in the form of a cylindrical float with a needle, and the separation unit is in the form of a screw wound around a hollow pipe with through radial channels. In the upper part of the hollow pipe, a seating saddle is made. The upper part of the float has a conical shape that responds to the landing seat in the hollow pipe. The separation unit is located in the internal cavity of the sub, the restrictive finger is located in the internal cavity of the hollow pipe above the radial channels, and the float is inside the hollow pipe with the possibility of axial movement relative to it, overlapping the seat saddle and interaction with the restrictive finger. The needle is coaxially mounted on the upper end of the float. On the tape along the entire length, from the side of the mutual overlapping of the coils of the spiral spring, transverse grooves are made.

На фиг.1 - устройство в исходном положении; на фиг.2 - устройство в рабочем положении.In Fig.1 - the device in its original position; figure 2 - the device is in the working position.

Скважинный газопесочный сепаратор состоит из корпуса, выполненного в виде переводника 1, присоединяемого к всасывающему патрубку 2 погружного насоса (на чертежах не показан). К нижнему концу переводника 1 жестко присоединен фильтр, выполненный в виде спиральной ленточной пружины 3. По всей длине на ленте, со стороны взаимного перекрытия витков спиральной пружины 3, выполнены поперечные пазы 4.Downhole gas-sand separator consists of a housing made in the form of a sub 1 connected to the suction pipe 2 of a submersible pump (not shown in the drawings). A filter made in the form of a spiral tape spring 3 is rigidly attached to the lower end of the sub 1. The transverse grooves 4 are made along the entire length of the tape, from the side of the mutual overlapping of the turns of the spiral spring 3.

Нижний конец фильтра жестко соединен с наконечником 5. Во внутренней полости переводника 1 расположена кольцевая втулка 6, а во внутренней полости фильтра - направляющий стержень 7. Верхний конец последнего при помощи распорных элементов 8 связан с втулкой 6, которая имеет возможность осевого перемещения относительно переводника 1. Осевое перемещение втулки 6 ограничено внутренним кольцевым выступом 9 в нижней части переводника 1.The lower end of the filter is rigidly connected to the tip 5. An annular sleeve 6 is located in the inner cavity of the sub 1, and a guide rod 7 is located in the inner cavity of the filter 7. The upper end of the latter is connected to the sleeve 6 by means of spacers 8, which can axially move relative to the sub 1 The axial movement of the sleeve 6 is limited by the inner annular protrusion 9 in the lower part of the sub 1.

Направляющий стержень 7, жестко соединенный с втулкой 6 и наконечником 5, ограничивает амплитуды как осевых, так и радиальных колебаний фильтра, возникающие от вибрации работающего погружного насоса.The guide rod 7, rigidly connected to the sleeve 6 and the tip 5, limits the amplitudes of both axial and radial vibrations of the filter arising from vibration of a working submersible pump.

Во внутренней полости переводника 1 размещен сепарационный узел, который выполнен в виде шнека 10, навитого вокруг полого патрубка 11 со сквозными радиальными каналами 12. Посадочное седло выполнено в верхней части полого патрубка 11, а в его средней части, над радиальными каналами 12, установлен ограничительный палец 13.In the inner cavity of the sub 1 there is a separation unit, which is made in the form of a screw 10, wound around the hollow pipe 11 with through radial channels 12. The seat saddle is made in the upper part of the hollow pipe 11, and in its middle part, above the radial channels 12, a restrictive finger 13.

Внутри полого патрубка 11 установлен клапан, выполненный в виде цилиндрического поплавка 14 с иглой 15. Верхняя наружная часть поплавка 14 имеет коническую форму, ответную наружной поверхности посадочного седла в полом патрубке 11. Поплавок 14 установлен с возможностью осевого перемещения относительно патрубка 11, перекрытия посадочного седла в нем и взаимодействия с ограничительным пальцем 13. Палец 13 и посадочное седло ограничивают величину осевого перемещения поплавка 14. Игла 15 установлена на верхнем торце поплавка 14 соосно его центральной оси. Игла 15 служит для ориентирования поплавка 14 относительно канала посадочного седла в полом патрубке 11.A valve made in the form of a cylindrical float 14 with a needle 15 is installed inside the hollow nozzle 11. The upper outer part of the float 14 has a conical shape corresponding to the outer surface of the seat saddle in the hollow nozzle 11. The float 14 is mounted with the possibility of axial movement relative to the nozzle 11, overlapping the seat saddle in it and interactions with the restrictive finger 13. The finger 13 and the seat saddle limit the axial displacement of the float 14. The needle 15 is mounted on the upper end of the float 14 coaxially with its central axis. The needle 15 serves to orient the float 14 relative to the channel of the landing seat in the hollow pipe 11.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.

Через перфорационные отверстия 16 в эксплуатационную колонну 17 из вскрытого продуктивного пласта притекает добываемая скважинная жидкость, в которой содержится значительное количество растворенного газа и твердых механических примесей.Through the perforations 16 in the production casing 17 from the opened productive formation flows produced well fluid, which contains a significant amount of dissolved gas and solid solids.

Скапливающаяся в нижней части эксплуатационной колонны 17 жидкость откачивается с помощью погружного насоса, установленного на нижнем конце лифтовой колонны, на поверхность.The liquid accumulating in the lower part of the production casing 17 is pumped to the surface by means of a submersible pump mounted on the lower end of the lift casing.

При неработающем погружном насосе внутренние полости переводника 1 и фильтра заполнены этой жидкостью. Поплавок 14 находится в своем верхнем положении и перекрывает посадочное седло в полом патрубке 11.When the submersible pump is idle, the internal cavities of the sub 1 and the filter are filled with this fluid. The float 14 is in its upper position and overlaps the landing seat in the hollow pipe 11.

В процессе откачки поток жидкости поступает в скважинный газопесочный сепаратор, присоединенный к всасывающему патрубку 2 погружного насоса. При этом жидкость проходит через поперечные пазы 4. Вибрация фильтра, возникающая при работе погружного насоса, приводит к непрерывному осевому перемещению витков спиральной ленточной пружины 3 относительно друг друга. За счет этого происходит постоянное изменение величины проходного сечения поперечных пазов 4 и дросселирование через них потока жидкости, что улучшает процессы дегазации и удаления из жидкости твердых механических примесей. Вибрация фильтра также способствует его самоочистке. При этом часть растворенного газа выделяется из жидкости и поступает в затрубное пространство 18 скважины.During the pumping process, the fluid flow enters the downhole gas sand separator attached to the suction pipe 2 of the submersible pump. When this fluid passes through the transverse grooves 4. The vibration of the filter that occurs during operation of the submersible pump, leads to continuous axial movement of the coils of the spiral tape spring 3 relative to each other. Due to this, there is a constant change in the passage size of the transverse grooves 4 and the throttling of the fluid flow through them, which improves the processes of degassing and removal of solid solids from the fluid. Vibration of the filter also contributes to its self-cleaning. In this case, part of the dissolved gas is released from the liquid and enters the annulus 18 of the well.

Далее восходящий поток жидкости направляется в сепарационный узел. Проходя через шнек 10, жидкость совершает винтовое движение, перемещаясь под действием центробежной силы к боковой стенке переводника 1, а затем направляется во всасывающий патрубок 2 погружного насоса. Выделяющиеся из жидкости пузырьки газа через радиальные каналы 12 попадают во внутреннюю полость полого патрубка 11. Свободный газ накапливается в верхней части полого патрубка 11, отжимая вниз находящуюся в нем жидкость. В определенный момент величина выталкивающей силы, действующей на поплавок 14, становится недостаточной для того, чтобы он находился в верхнем положении. Поплавок 14 смещается в осевом направлении вниз, при этом посадочное седло частично открывается, и часть свободного газа перепускается в затрубное пространство 18 скважины.Next, the upward flow of liquid is sent to the separation unit. Passing through the screw 10, the liquid makes a helical movement, moving under the action of centrifugal force to the side wall of the sub 1, and then is sent to the suction pipe 2 of the submersible pump. Gas bubbles released from the liquid through the radial channels 12 enter the internal cavity of the hollow pipe 11. Free gas accumulates in the upper part of the hollow pipe 11, squeezing down the liquid in it. At a certain moment, the magnitude of the buoyant force acting on the float 14 becomes insufficient to be in the upper position. The float 14 is axially displaced downward, while the landing seat partially opens, and part of the free gas is transferred to the annulus 18 of the well.

Подобные перепуски скапливающегося газа в затрубное пространство 18 скважины происходят периодически, по мере накопления свободного газа в верхней части полого патрубка 11.Such bypasses of accumulated gas into the annulus 18 of the well occur periodically, as free gas accumulates in the upper part of the hollow pipe 11.

При подъеме погружного насоса столб жидкости, находящейся в лифтовой колонне, сливается из нее внутрь эксплуатационной колонны 17 через дренажный клапан (на чертежах не показан), расположенный выше погружного насоса.When the submersible pump is lifted, a column of liquid located in the elevator string is drained from it into the production string 17 through a drain valve (not shown in the drawings) located above the submersible pump.

Столб жидкости, находящийся внутри устройства, слегка растягивает спиральную ленточную пружину 3 и через поперечные пазы 4 также вытекает внутрь эксплуатационной колонны 17.A liquid column located inside the device slightly stretches the spiral tape spring 3 and through the transverse grooves 4 also flows into the production casing 17.

Источники информации, принятые во вниманиеSources of information taken into account

1. Авторское свидетельство СССР №1550115, Е 21 В 43/38, 1990.1. USSR author's certificate No. 1550115, Е 21 В 43/38, 1990.

2. Авторское свидетельство СССР №1073436, Е 21 В 43/38, 1984.2. USSR author's certificate No. 1073436, E 21 B 43/38, 1984.

Claims

A downhole gas-sand separator, comprising a housing in the form of an adapter, a tip, a filter made in the form of a spiral tape spring, one end of which is rigidly connected to the adapter, and the other with a tip, respectively placed in the internal cavities of the adapter and filter, the sleeve and the guide rod, the lower end which is connected with the tip, and the upper - with a sleeve that is mounted with the possibility of axial movement relative to the sub, characterized in that it is equipped with a separation unit, restrictively with a finger and a valve in the form of a cylindrical float with a needle, and the separation unit is made in the form of a screw, wound around a hollow pipe with through radial channels, the upper part of the hollow pipe with a seating seat, and the upper part of the float is conical in shape, corresponding to the landing seat in the floor the nozzle, while the separation unit is located in the inner cavity of the sub, the restrictive pin is in the inner cavity of the hollow nozzle above the radial channels, the float is inside the hollow nozzle with zhnosti axial movement relative thereto, and overlap the valve seat interacting with restrictive finger, the needle is coaxially mounted on the upper end of the float, and over the entire length on the tape by the overlap of windings of the coil spring formed transverse recesses.