УСТЬЕВОЙ НАПОРНЫЙ ФИЛЬТР Российский патент 2003 года по МПК B01D35/22 B01D36/00 

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.

Известен гидроциклон, содержащий цилиндро-конический корпус c тангенциальным питающим патрубком, шламовый и отводной патрубки, гидравлический демпфер, выполненный в виде трубы овального сечения [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.

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].

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.

Задачей изобретения является упрощение конструкции, снижение материалоемкости и увеличение межпромывного периода фильтра.

Указанная задача решается предлагаемым устьевым напорным фильтром, включающим цилиндрический корпус с входным тангенциальным, выходным и шламовым патрубками, крышки и фильтрующий элемент.

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.

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.

Фильтр устанавливается на обсадной колонне на устье скважины с целью отделения механических примесей из транспортируемой жидкости в системе поддержания пластового давления.

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.

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).

Фильтр работает следующим образом.

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".

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.

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.

Использованная литература
1. А.С. 1558495, МПК В 04 С 5/12, 1990 - "Гидроциклон".

2. А. С. 1535589, МПК В 01 D 27/08, 1990 - "Самоочищающийся патронный фильтр для очистки воды". Прототип.

Изобретение относится к очистке воды от механических примесей. Фильтр, преимущественно устанавливаемый на обсадной колонне на устье скважины, включает корпус, входной, выходной и шламовый патрубки, крышки и фильтрующий элемент. Особенностью устройства является то, что фильтр снабжен цилиндром, размещенным внутри корпуса с зазором, причем на его торец, расположенный со стороны входа жидкости, свободно посажены один на другой отсекатели потока; корпус в верхней части снабжен завихрителем, а фильтрующий элемент расположен в нижней части цилиндра. Достигнуто упрощение конструкции, снижение материалоемкости и увеличение межпромывного периода. 3 ил.

Устьевой напорный фильтр, включающий цилиндрический корпус с входным тангенциальным, выходным и шламовым патрубками, крышки и фильтрующий элемент, отличающийся тем, 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 отцентрирован относительно корпуса штырями; цилиндрический корпус в верхней части снабжен завихрителем, соединенным с входным тангенциальным патрубком, имеющим форму Архимедовой спирали, расширяющимся вдоль стенки корпуса по мере приближения к центру и образующим окно по периметру контакта завихрителя со стенкой цилиндрического корпуса; фильтрующий элемент расположен в нижнем отсеке цилиндра и сообщен с кольцевым зазором, причем зона, находящаяся над фильтрующим элементом, соединена посредством коленного переходника с полостью сопла, установленного на выходном патрубке.