СТРУЙНЫЙ АППАРАТ Российский патент 1999 года по МПК F04F5/14 

Изобретение относится к области струйной техники и может быть использовано в качестве струйного аппарата для эксплуатации газоконденсатных скважин.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является струйный аппарат, содержащий напорный трубопровод подвода активной среды, установленные по окружности активные сопла (АС), камеры смешения, диффузоры и распределительную камеру. Аппарат снабжен прерывателем потока активной среды, размещенным в трубопроводе перед активными соплами (АС) и выполненным в виде турбины свободного вращения и консольной пластины, жестко связанной с турбиной и кольцевым коллектором, размещенным коаксиально распределительной камере. Последняя разделена на отдельные, соответствующие каждому активному соплу, приемные камеры, которые сообщены между собой при помощи коллектора [1].

Однако известный струйный аппарат имеет невысокую эффективность понижения давления в зоне участка камеры смешения.

Задачей изобретения является повышение эффективности подъема жидкости (газа) с забоев скважины путем понижения давления в зоне участка камеры смешения.

Поставленная задача решается тем, что в струйном аппарате содержащем напорный трубопровод, трубопровод подвода активной среды, установленные по окружности активные сопла, камеру смешения, диффузор, распределительную и приемные камеры, активные и пассивные сопла расположены по окружности коаксиально чередующимися относительно друг друга, причем активные сопла выполнены в виде отверстий, равнорасположенных по диаметру окружности, при этом каждый ряд сопл имеет распределительную камеру, выполненную в виде кольцевой проточки, которая соединена с общей камерой подсоса через кольцевую щель, выполненную по среднему диаметру этой распределительной камеры, а пассивные сопла выполнены в виде кольцевых проточек, которые соединены с подводом пассивной среды с радиальными отверстиями, равнорасположенными по окружности, при этом центральное сопло выполнено в виде осевого отверстия, соединенного непосредственно с общей камерой подсоса, а промежуточное сопло соединено с последней через осевые отверстия, выполненные равномерно по среднему диаметру этого сопла и наружное - через радиальные отверстия, выполненные над общей камерой подсоса.

Существенными отличительными признаками заявленного изобретения в сравнении с прототипом являются:
- активные и пассивные сопла расположены по окружности коаксиально чередующимися относительно друг друга, причем активные сопла выполнены в виде осевых отверстий, равнорасположенных по диаметру окружности, при этом каждый ряд сопл по диаметру окружности, перед общей камерой подсоса, имеет распределительную камеру, выполненную в виде кольцевой проточки, которая соединена с общей камерой подсоса через кольцевую щель, выполненную по среднему диаметру этой распределительной камеры;
- пассивные сопла выполнены в виде кольцевых проточек, которые соединены с подводом пассивной среды с радиальными отверстиями, равнорасположенными по окружности, при этом центральное сопло выполнено в виде осевого отверстия, соединенного непосредственно с общей камерой подсоса, а промежуточное сопло соединено с последней через осевые отверстия, выполненные равномерно по среднему диаметру этого сопла, и наружное - через радиальные отверстия, выполненные над общей камерой подсоса.

В прототипе активные сопла расположены по окружности перед активной средой, т.е. они находятся внутри и против каждого отверстия камеры смешения, а пассивные сопла находятся снаружи над приемной камерой. При такой конструкции интенсивное смешивание сначала в приемной, а затем в камере смешения активной и пассивной среды получается недостаточно однородной и менее дисперсной, поэтому эффективность понижения давления на приеме этого струйного аппарата по сравнению с предлагаемым значительно ниже.

В предложенном изобретении активные и пассивные сопла расположены коаксиально один с другим, т.е. сопла чередуются по рядам (ряд пассивные, ряд активные), при этом выходные отверстия - концентрические, поэтому интенсивность смешивания активной и пассивной среды более эффективна в общей камере подсоса, значит однородность интенсификации смешивания сред получается значительно выше.

Таким образом, за счет смешивания активной и пассивной среды интенсифицируется процесс смешивания, при этом резко повышается дисперсность смеси, что способствует образованию мелких пузырьков, которые поступая через конфузорную камеру в диффузор, лопаются, что приводит в этой камере к резкому понижению давления, а следовательно, к уменьшению плотности смеси и уменьшению давления на приеме струйного аппарата и приводит к увеличению депрессии на пласт и соответственно к увеличению дебита пластовой смеси, что и требуется для увеличения срока эксплуатации скважин при пониженных пластовых давлениях.

Вышеуказанные существенные отличительные признаки нам были неизвестны из патентной и научно-технической информации, т.е. изобретение соответствует критерию "новизна" и существенные отличительные признаки являются "новыми".

Учитывая то, что вышеуказанные существенные отличительные признаки являются неочевидными для среднего специалиста в этой области знаний, то мы считаем, что изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Что же касается "Промышленной применимости", то изобретение соответствует этому критерию, т. к. на него выполнены рабочие чертежи и испытан в промысловых условиях опытный образец. Данный струйный аппарат более эффективен по сравнению с прототипом в понижении давления в зоне участка камеры смешения.

На фиг. 1 изображен предлагаемый струйный аппарат, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1.

Струйный аппарат содержит напорный трубопровод 1, трубопровод подвода активной среды 2, корпус струйного аппарата 3, установленный внутри корпуса узел активных и пассивных сопл с их распределительными камерами и щелями, общую камеру подсоса 4, конфузорную камеру смешения 5, диффузор 6 и подвод пассивной среды 7.

Активные 8, 9 и пассивные 10, 11, 12 сопла расположены по окружности коаксиально чередующимися относительно один другого. Активные сопла 8, 9 выполнены в виде осевых отверстий, равнорасположенных по диаметру окружности, при этом каждый ряд сопл по окружности, перед общей камерой подсоса 4, имеет распределительные камеры 13, 14, выполненные в виде кольцевых проточек, которые соединены с общей камерой подсоса 4 через кольцевые щели 15, 16, выполненные по среднему диаметру распределительных камер 13, 14.

Пассивные сопла 10, 11, 12 выполнены в виде кольцевых проточек, которые соединены с подводом 7 пассивной среды с радиальными отверстиями 17, 18, 19, равномерно расположенными по окружности. При этом центральное пассивное сопло 10 выполнено в виде осевого отверстия, соединенного непосредственно с общей камерой подсоса 4, а промежуточное пассивное сопло 11 соединено с последней через осевые отверстия 20, выполненные равномерно по среднему диаметру сопла 11, и наружное 12 через радиальные отверстия 19, выполненные над общей камерой подсоса 4.

Узел активных 8, 9 и пассивных 10, 11 сопл с их распределительными камерами 13, 14 и щелями 15, 16, радиальными 17, 18 и осевыми 20 отверстиями состоит из внутреннего 21 и наружного 22 блоков, внутренней 23 и наружной 24 обойм и уплотнительных колец 25, 26, 27, 28.

Для лучшего использования изобретения перед активными соплами 8 и 9 предусмотрена распределительная камера, которая разделена на внутреннюю 29 и внешнюю 30 распределительные камеры при помощи разделительной втулки 31, установленной между трубопроводом подвода активной среды 2 и внутренними 21 и наружными 22 блоками активных сопл. Втулка 31 имеет равномерно расположенные по окружности радиальные отверстия 32.

Общая камера подсоса 4 образована между торцами обойм 24, 25 активных 8, 9 и пассивных сопл 10, 11, 12 и торцем конфузорной камеры смешения 5. Расстояние между ними регулируется при помощи сменной втулки 33.

Трубопровод подвода 2 активной среды и конфузорная камера 5 с диффузором 6 крепятся к корпусу 3 струйного аппарата при помощи прижимных гаек 34.

Струйный аппарат также снабжен фильтром, состоящим из корпуса 35 основания, свинченного к трубопроводу подвода 2 активной среды, фильтра 36 с пазами 37, сетки 38 (проволоки) и заглушки 39.

Порядок сборки струйного аппарата.

Перед сборкой струйного аппарата необходимо убедиться, что изготовленные детали не имеют явных, визуально видимых дефектов.

Сборка струйного аппарата начинается со сборки узла активных 8,9 и пассивных 10, 11, 12 сопл с их распределительными камерами 13, 14, щелями 15, 16, радиальными 17, 18 и осевыми 20 отверстиями.

Сначала надевают соответствующие уплотнительные кольца 25, 26, 27, 28 в наружные и внутренние кольцевые канавки блоков 21, 22 и обойм 23, 24. Затем соединяют между собой блоки 21, 22 с обоймами 23, 24 соответственно, внутренний с внутренней, наружный - с наружной. После чего сборный внутренний блок помещают в сборный наружный блок. После сборки узла активных и пассивных сопл производят окончательную сборку. Далее этот собранный блок помещают в полость корпуса 3 и согласно фиг. 1, с одной стороны, устанавливают сменную втулку 33 и диффузор с камерой смешения 5, а с другой разделительную втулку 31 и трубопровод 2 активной среды. Затем при помощи прижимных гаек 34 с двух сторон фиксируют и закрепляют блок активных 8, 9 и пассивных сопл 10, 11, 12 в этом корпусе 3. После чего к трубопроводу 2 активной среды присоединяют корпус фильтра 35 в собранном виде.

Струйный аппарат работает следующим образом.

Сущность использования струйного аппарата для эксплуатации газоконденсатных скважин (газлифтно-струйный способ) заключается в установке струйного аппарата в нижней части лифтовой колонны скважины и нагнетании в затрубное пространство энергетического газа высокого давления (не показано). Энергетический газ поступает в активные сопла 8 и 9 и истекает из него со скоростью близкой к скорости звука. При этом в зоне входного участка камеры смешения 5 возникает область пониженного давления.

Активная среда из трубопровода 2 подвода активной среды поступает в переднюю распределительную камеру, разделенную на внутреннюю 29 и внешнюю 30 камеры, откуда через внутренние 8 и наружные 9 активные сопла она поступает в распределительные камеры 13, 14, а из них, истекая из кольцевых щелей 15, 16, в общую камеру подсоса 4. Таким образом, истекая из внутренних 8 и наружных 9 сопл, коаксиально расположенных разделительных камер 13, 14, и далее через кольцевые щели 15, 16 активная среда увлекается в общую камеру подсоса 4 из патрубка подвода пассивной среды через радиальные отверстия 17, 18, 19 в кольцевые сопла 10, 11, 12, откуда через центральное сопло 10 - непосредственно в общую камеру подсоса 4, а из промежуточной 11 через осевые отверстия 20 и из наружной 12 через радиальные отверстия 19 - в общую камеру подсоса 4. В этой камере происходят предварительно интенсивное смешивание сред, откуда мелкодисперсная смесь устремляется в конфузорную камеру 5, где происходит окончательное смешивание сред.

В камере смешения и диффузоре происходит выравнивание скоростей пассивной и энергетической среды и повышение давления за счет торможения потоков. При этом давление смеси на выходе из струйного аппарата оказывается больше давления пластового флюида на приеме струйного аппарата и меньше, чем давление энергетического газа на входе в рабочее сопло.

Таким образом, за счет снижения давления рабочего газа происходит сжатие пластовой смеси.

Повышение давления отбираемой пластовой смеси в предлагаемом струйном аппарате в сравнении с прототипом позволяет снизить минимально возможное давление на забое скважины и продлить срок ее эксплуатации.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 1521928, МПК 6 F 04 F 5/00, 1989.

Струйный аппарат предназначен для эксплуатации газоконденсатных скважин. Активные и пассивные сопла расположены по окружности коаксиально чередующимися относительно друг друга. Активные сопла выполнены в виде осевых отверстий, равнорасположенных по диаметру окружности. Каждый ряд сопл имеет распределительную камеру, выполненную в виде кольцевой проточки, которая соединена с общей камерой подсоса через кольцевую щель, выполненную по среднему диаметру этой распределительной камеры, а пассивные сопла выполнены в виде кольцевых проточек, которые соединены с подводом пассивной среды радиальными отверстиями, равнорасположенными по окружности. Центральное сопло выполнено в виде осевого отверстия, соединенного непосредственно с общей камерой подсоса, а промежуточное сопло соединено с последней через осевые отверстия, выполненные равномерно по среднему диаметру этого сопла - через радиальные отверстия, выполненные над общей камерой подсоса. В результате повышается эффективность подъема жидкости (газа) из скважины. 3 ил.

Струйный аппарат, содержащий напорный трубопровод, трубопровод подвода активной среды, установленные по окружности активные сопла, камеру смешения, диффузор, распределительную и приемные камеры, отличающийся тем, что активные и пассивные сопла расположены по окружности коаксиально чередующимися относительно друг друга, причем активные сопла выполнены в виде осевых отверстий, равнорасположенных по диаметру окружности, при этом каждый ряд сопл имеет распределительную камеру, выполненную в виде кольцевой проточки, которая соединена с общей камерой подсоса через кольцевую щель, выполненную по среднему диаметру этой распределительной камеры, а пассивные сопла выполнены в виде кольцевых проточек, которые соединены с подводом пассивной среды радиальными отверстиями, равнорасположенными по окружности, при этом центральное сопло выполнено в виде осевого отверстия, соединенного непосредственно с общей камерой подсоса, а промежуточное сопло соединено с последней через осевые отверстия, выполненные равномерно по среднему диаметру этого сопла, и наружное - через радиальные отверстия, выполненные над общей камерой подсоса.