СКВАЖИННЫЙ ГАЗОПЕСОЧНЫЙ СЕПАРАТОР Российский патент 2006 года по МПК E21B43/38 

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.

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].

Недостатком известного устройства является снижение коэффициента полезного действия погружного насоса за счет принудительного отбора значительной части нагнетаемой им жидкости для обеспечения работы струйного аппарата.

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.

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.

Для метаноугольных скважин характерно содержание в откачиваемой пластовой воде значительного количества угольной пыли, мелких частиц угля и растворенного газа.

Задача настоящего изобретения заключается в повышении эффективности работы устройства при наличии в откачиваемой из скважины жидкости значительного количества растворенного газа и твердых механических примесей.

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.

На фиг.1 - устройство в исходном положении; на фиг.2 - устройство в рабочем положении.

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.

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.

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.

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.

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.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

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.

Скапливающаяся в нижней части эксплуатационной колонны 17 жидкость откачивается с помощью погружного насоса, установленного на нижнем конце лифтовой колонны, на поверхность.

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.

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.

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.

Подобные перепуски скапливающегося газа в затрубное пространство 18 скважины происходят периодически, по мере накопления свободного газа в верхней части полого патрубка 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.

Столб жидкости, находящийся внутри устройства, слегка растягивает спиральную ленточную пружину 3 и через поперечные пазы 4 также вытекает внутрь эксплуатационной колонны 17.

Источники информации, принятые во внимание

1. Авторское свидетельство СССР №1550115, Е 21 В 43/38, 1990.

2. Авторское свидетельство СССР №1073436, Е 21 В 43/38, 1984.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при глубинно-насосной эксплуатации скважин, в том числе предназначенных для добычи метана из газоносных угольных пластов. Обеспечивает повышение эффективности работы устройства при наличии в откачиваемой из скважин жидкости значительного количества растворенного газа и твердых механических примесей. Сущность изобретения: устройство включает корпус в виде переводника, наконечник, фильтр. Последний выполнен в виде спиральной ленточной пружины. Один ее конец жестко соединен с переводником, а другой - с наконечником. Эти концы размещены соответственно во внутренних полостях переводника и фильтра. Кроме того, устройство содержит втулку и направляющий стержень. Нижний конец направляющего стержня связан с наконечником, а верхний - с втулкой. Последняя установлена с возможностью осевого перемещения относительно переводника. Согласно изобретению устройство снабжено сепарационным узлом, ограничительным пальцем и клапаном в виде цилиндрического поплавка с иглой. Сепарационный узел выполнен в виде шнека, навитого вокруг полого патрубка со сквозными радиальными каналами. Верхняя часть полого патрубка выполнена с посадочным седлом, а верхняя часть поплавка - конической формы, ответной посадочному седлу в полом патрубке. Сепарационный узел размещен во внутренней полости переводника. Ограничительный палец размещен во внутренней полости полого патрубка выше места выполнения в нем радиальных каналов. Поплавок размещен внутри полого патрубка с возможностью осевого перемещения относительно него, перекрытия посадочного седла и взаимодействия с ограничительным пальцем. Игла соосно установлена на верхнем торце поплавка. По всей длине на ленте, со стороны взаимного перекрытия витков спиральной пружины, выполнены поперечные пазы. 2 ил.

Скважинный газопесочный сепаратор, включающий 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 втулку и направляющий стержень, нижний конец которого связан с наконечником, а верхний - с втулкой, которая установлена с возможностью осевого перемещения относительно переводника, отличающийся тем, что он снабжен сепарационным узлом, ограничительным пальцем и клапаном в виде цилиндрического поплавка с иглой, причем сепарационный узел выполнен в виде шнека, навитого вокруг полого патрубка со сквозными радиальными каналами, верхняя часть полого патрубка - с посадочным седлом, а верхняя часть поплавка - конической формы, ответной посадочному седлу в полом патрубке, при этом сепарационный узел размещен во внутренней полости переводника, ограничительный палец - во внутренней полости полого патрубка выше места выполнения в нем радиальных каналов, поплавок - внутри полого патрубка с возможностью осевого перемещения относительно него, перекрытия посадочного седла и взаимодействия с ограничительным пальцем, причем игла соосно установлена на верхнем торце поплавка, а по всей длине на ленте со стороны взаимного перекрытия витков спиральной пружины выполнены поперечные пазы.