СТРУЙНЫЙ АППАРАТ Российский патент 2001 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 к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является струйный аппарат, содержащий сопло, приемный канал, камеру смешения и секционный диффузор, включающий две конические секции. Аппарат снабжен промежуточным патрубком, установленным между коническими секциями диффузора с зазором относительно одной из них с образованием кольцевого канала, сообщенного с приемным каналом посредством линии подачи с установленным на ней клапаном, а промежуточный патрубок установлен с возможностью замены [1].

Несмотря на сложность конструкции данного аппарата, его КПД инжекции недостаточно высок и поэтому ограничена его область применения.

Задачей изобретения является повышение эжектирующей способности путем увеличения площади поверхности, разграничивающей потоки с разными скоростями, и снабжение аппарата дополнительным соплом.

Поставленная задача решается тем, что в струйном аппарате, содержащем сопло, приемный канал, камеру смешения, секционный диффузор, включающий начальную и внешнюю секции и кольцевой канал, предлагается аппарат снабдить дополнительным соплом, установленным между камерой смешения основного сопла и диффузором, коаксиально расположеными между собой, выполненным в виде цилиндрических образующих поверхностей и с кольцевым зазором, сообщенным через проточку и радиальные отверстия, выполненные над цилиндрической наружной носовой частью дополнительного сопла, с общей камерой подвода активной среды, сообщенной непосредственно и с кольцевым зазором основного сопла. Основное и дополнительное сопла аппарата снабжены регуляторами осевого перемещения в виде винтовых пар с гайками, выполненными соответственно на корпусах начальной секции диффузора и промежуточного соединительного аппарата, и винтами на соплах с камерой смешения и приемного канала пассивной среды.

Поставленная задача также решается тем, что кольцевой зазор между начальными цилиндрическими образующими поверхностями начальных частей внутреннего отверстия начальной секции диффузора и входной наружной носовой частью дополнительного сопла составляет S = 0,5-1,2 мм, а расстояние от начала цилиндрической части диффузора до торца входной части дополнительного сопла не превышает L = 0-2 мм.

Существенными отличительными признаками заявленного изобретения в сравнении с прототипом являются:
аппарат снабжен дополнительным соплом, установленным между камерой смешения сопла пассивной среды и диффузором, коаксиально расположенными между собой, выполненным в виде цилиндрических образующих поверхностей и с кольцевым зазором, сообщенным через проточку и радиальные отверстия, выполненные над цилиндрической наружной носовой частью дополнительного сопла, с общей камерой подвода активной среды, сообщенной непосредственно и с кольцевым зазором основного сопла:
основное и дополнительное сопла аппарата снабжены регуляторами осевого перемещения в виде винтовых пар с гайками, выполненными соответственно на корпусах начальной секции диффузора и промежуточного соединительного аппарата, и винтами на соплах с камерой смешения и приемного канала пассивной среды;
кольцевой зазор между начальными цилиндрическими образующими поверхностями начальных частей внутреннего отверстия начальной секции диффузора и входной наружной носовой вспомогательного сопла составляет S = 0,5-1,2 мм, а расстояние от начала цилиндрической части диффузора до торца входной части дополнительного сопла не должен превышать L = 0-2 мм.

Снабжение аппарата дополнительным соплом, установленным между камерой смешения основного сопла, коаксиально расположенными между собой, цилиндрическими образующими поверхностями и кольцевым зазором и направление потока активной среды в кольцевые зазоры пассивного и дополнительного сопл одновременно с общей камерой подвода активной среды, а не через сопло, выгодно отличает его от прототипа. Все это вместе взятое позволяет, с одной стороны, увеличивать площади поверхности, разграничивающей потоки с разными скоростями, а с другой, способствует направить кольцевой поток активной среды вдоль стенки образующей конической поверхности диффузора в начальной его части параллельно потоку пассивной среды, не разрезая и не возбуждая эту струю пассивной и активной среды, и тем самым повышается эжектирующая способность аппарата.

На фиг. 1,2 изображены предлагаемый струйный аппарат, продольный разрез; на фиг. 3 - узел I, на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез А-А, на фиг. 3.

Струйный аппарат содержит сопло 1 основное, приемный канал 2 пассивной среды, камеру смешения 3, секционный диффузор, состоящий из начальной 4 и внешней 5 секций.

Аппарат снабжен дополнительным соплом, установленным между камерой смешения 3 сопла 1 основного и начальной секцией 4 диффузора и выполненным в виде наружной части 6 камеры смешения 3 и камеры с кольцевым зазором 7, коаксиально расположенных между собой, выполненым в виде цилиндрических образующих поверхностей с зазором S (фиг. 3), сообщенным потоком активной среды через проточку 8 и радиальные отверстия 9, выполненные на цилиндрической наружной носовой части 6 дополнительного сопла с общей камерой подвода активной среды 10, сообщенной с кольцевым зазором 11 основного сопла 1.

Основное сопло 1 и дополнительное сопло аппарата снабжены регулятором осевого перемещения в виде винтовых пар с гайками (не показаны), гайки 12, 13 (резьбовые отверстия) которых выполнены на корпусах 14 промежуточного соединительного аппарата и начальной секции 4 диффузора, а винты (не показаны) на соплах с приемным каналом 2 пассивной среды и камеры смешения 3.

Кольцевой зазор между начальными цилиндрическими образующими поверхностями начальных частей секции диффузора и входной наружной носовой части дополнительного сопла должен составить S = 0,5-1,2 мм, а расстояние от начала цилиндрической части диффузора до торца входной части дополнительного сопла не должно превышать L= 0-2 мм.

Струйный аппарат в сборе состоит из диффузора начальной 4 и внешней 5 секций, камеры смешения 3 с дополнительным соплом, основного сопла 1 с приемным каналом 2 пассивной среды, промежуточного соединительного корпуса 14 аппарата, патрубка 15 трубопровода пассивной среды с манжетным уплотнителем 16. Сверху (см. фиг. 1) к промежуточному соединительному корпусу 14 присоединена внешняя секция 5 конфузора, а снизу присоединен патрубок 15 трубопровода пассивной среды, при этом внутри его в соосных отверстиях расположены все элементы струйного аппарата.

Струйный аппарат в сборе, расположенный в корпусе 17 колонны насосно-компрессорных труб 18, опирается верхним выступом 19, выполненным в его верхней части (внешней секции 5 диффузора) на опорное седло 20, предусмотренное в корпусе 17 колонны, при этом аппарат в нижней части герметично уплотнен манжетным уплотнителем 16, расположенным между внутренней поверхностью корпуса 17 колонны и наружной поверхностью патрубка 15 трубопровода пассивной среды.

Общая камера подвода активной среды 10 соединена с радиальными отверстиями 21 активной среды через кольцевую проточку 22, выполненную в корпусе 17 колонны 18, и радиальные отверстия 23, выполненные в промежуточном соединительном корпусе 14 аппарата.

Струйный аппарат также снабжен фильтром 24, установленным перед приемным каналом 2 пассивной среды. Фильтр 24 прижат к корпусу приемного канала 2 при помощи гайки 25.

Общая камера подвода 10 активной среды с кольцевой проточкой 22 герметизирована сверху и снизу при помощи конических резьбовых соединений 26, 27, уплотнительных колец 28 - 32 и соединительных муфт колонны 18 и струйного аппарата.

Порядок сборки струйного аппарата.

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

Сначала собирают начальную секцию 4 диффузора с дополнительным соплом с камерой смешения 3. При этом предварительно устанавливают друг против друга цилиндрические части начальной секции 4 камеры 7 диффузора и наружной части 6 дополнительного сопла с камерой смешения 3. Затем фиксируют их между собой на расстоянии от торца цилиндрического отверстия начальной секции 4 диффузора до начала носовой части дополнительного сопла в пределах L = 0-2 мм. Регулировка сопла по оси производится при помощи винтовой пары (не показана). После чего надевают в наружную кольцевую канавку начальной секции 4 диффузора уплотнительное кольцо 28. Таким образом собранный узел помещают во внутрь промежуточного соединительного корпуса 14 аппарата и свинчиванием прижимают его до упора с буртиком корпуса 14. Затем этот собранный блок соединяют герметично с внешней секцией 5 диффузора. После чего этот внутренний узел (начальная секция 4 диффузора с дополнительным соплом и камерой смешения 3) окончательно прижимают к внутреннему стыковочному бурту внешней секции 5 конфузора так, чтобы торцы их плотно прижимались друг к другу. Далее с другой стороны промежуточного соединительного корпуса 14 аппарата устанавливают основное сопло 1 (пассивное) с приемным каналом 2 пассивной среды в его соосно выполненное внутреннее резьбовое отверстие 12 с осью камеры смешения 3. При этом предварительно надевают уплотнительное кольцо 30 в наружную кольцевую проточку приемного канала 2 пассивной среды и в его торец устанавливают фильтр 24 и последний принимают посредством гайки 25. Затем, обхватив консольный конец приемного канала 2 пассивной среды, присоединяют герметично патрубок 15 трубопровода пассивной среды к промежуточному соединительному корпусу 14 аппарата. Затем устанавливают манжетный уплотнитель 16 на наружную обточку 15 трубопровода пассивной среды, между буртом его и соединительной муфтой 31, свинченной к его хвостовику.

Струйный аппарат работает следующим образом.

Струйный аппарат в сборе опускают в скважину на колонне насосно-компрессорных труб 18. Спускаемый аппарат размещают в корпусе 17 колонны насосно-компрессорных труб и опирают на седло 20 своим верхним выступом 19. При этом общая камера подвода активной среды 10 (радиальные отверстия 21, кольцевая проточка 22, радиальные отверстия 23) герметизируется сверху уплотнительными кольцами 29, а снизу - манжетным уплотнителем 16.

Спускаемый аппарат также можно спускать в скважину и извлекать из нее на кабеле без подъема колонны насосно-компрессорных труб.

Энергетический газ (активная среда - воздух высокого давления) поступает в кольцевой зазор 11 основного сопла 1 струйного аппарата с общей камеры 10 подвода активной среды, подаваемой через радиальные отверстия 21 активной среды, кольцевую проточку 22 корпуса 17, радиальные отверстия 23 промежуточного соединительного корпуса 14 и истекает из нее со скоростью, близкой к скорости звука. При этом в зоне входного участка камеры смешения 3 струйного аппарата возникает область пониженного давления. Между забоем скважины и камерой смешения 3 имеется сообщение. Активная среда (энергетический газ - воздух высокого давления) увлекает в камеру смешения 3 из забоя скважины через патрубок 15 трубопровода пассивной среды, фильтр 24, приемный канал 2 пассивной среды и основное сопло 1 (насадку) пассивную среду (жидкость из забоя). За счет пониженного давления скважинный флюид (жидкость, конденсат) движется из зоны более высокого давления в зону более низкого давления (входный участок камеры смешения струйного аппарата). В камере смешения 3 и диффузоре (начальной 4 и внешней 5 секцией) происходит выравнивание скоростей пассивной и активной среды. При этом давление смеси (пассивной и активной) на выходе из струйного аппарата оказывается больше давления пластового флюида на приеме струйного аппарата и меньше давления активной среды (энергетического газа) на входе в кольцевой зазор аппарата.

С подачей активной среды с общей камеры подвода 10 активной среды через кольцевой зазор 11 основного сопла 1 в камеру смешения 3 также одновременно из этой же камеры подвода 10 активной среды подается активная среда через кольцевую щель S дополнительного сопла в начальную часть начальной секции 4 диффузора (вторичную камеру смешения). При этом в зоне входного участка в диффузор струйного аппарата, между начальной частью начальной секции 4 диффузора и выходной частью камеры смешения 3 - входной наружной частью дополнительного сопла 6, возникает вторичная область пониженного давления, тем самым увеличивается общая всасывающая способность аппарата. При этом повышается коэффициент инжекции струйного аппарата до 0.55 масс.

Заявленное изобретение в сравнении с прототипом позволяет повысить эжектирующую способность струйного аппарата.

Источники информации
1. Патент Российской Федерация RU 2100660 CI, F 04 F 5/02, опублик. 27.12.97, прототип.

Изобретение относится к области струйной техники. Аппарат снабжен дополнительным соплом, установленным между коаксиально расположенными камерой смешения и диффузором и выполненным в виде цилиндрических образующих поверхностей с кольцевым зазором, сообщенным через проточку и радиальные отверстия, выполненные над цилиндрической наружной частью дополнительного сопла, с общей камерой подвода активной среды, сообщенной непосредственно с кольцевым зазором основного сопла. Основное и дополнительное сопла аппарата снабжены регуляторами осевого перемещения в виде винтовых пар с гайками, выполненными соответственно на корпусах начальной секции диффузора и промежуточного соединительного аппарата, и винтами на соплах с камерой смешения и приемного канала пассивной среды. В результате достигается повышение эжектирующей способности. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Струйный аппарат, содержащий сопло, приемный канал, камеру смешения, секционный диффузор, включающий начальную и внешнюю секции, и кольцевой канал, отличающийся тем, что аппарат снабжен дополнительным соплом, установленным между коаксиально расположенными камерой смешения и диффузором и выполненным в виде цилиндрических образующих поверхностей с кольцевым зазором, сообщенным через проточку и радиальные отверстия, выполненные над цилиндрической наружной частью дополнительного сопла, с общей камерой подвода активной среды, сообщенной непосредственно с кольцевым зазором основного сопла, причем основное и дополнительное сопла аппарата снабжены регуляторами осевого перемещения в виде винтовых пар с гайками, выполненными соответственно на корпусах начальной секции диффузора и промежуточного соединительного аппарата, и винтами на соплах с камерой смешения и приемного канала пассивной среды. 2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что кольцевой зазор между начальными цилиндрическими образующими поверхностями начальных частей внутреннего отверстия начальной секции диффузора и входной наружной носовой частью дополнительного сопла составляет S = 0,5 - 1,2 мм, а расстояние от начала цилиндрической части диффузора до торца входной части дополнительного сопла не должно превышать L = О - 2 мм.