УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЕ СОПЛА ДЛЯ ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ КОКСОУДАЛЕНИЯ ПРИ ПОМОЩИ СТРУИ ЖИДКОСТИ Российский патент 2014 года по МПК C10B33/00 B05B1/16 B05B1/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение в общем имеет отношение к инструментам (приспособлениям) для удаления кокса из резервуаров, таких как коксовые барабаны, используемые для очистки нефти и нефтепродуктов, а более конкретно, к усовершенствованным конструкциям режущего и бурового сопел, предназначенным для использования в инструменте для коксоудаления.

Уровень техники

В обычных операциях переработки нефти сырую нефть перерабатывают в бензин, дизельное топливо, керосин, смазочный материалы и т.п. Обычной практикой является утилизация тяжелых остаточных углеводородных побочных продуктов за счет процесса термического крекинга, известного как отсроченное коксование. В установке для отсроченного коксования тяжелый углеводород (нефть) нагревают до высокой температуры (например, между 900° F и 1000° F) в больших отапливаемых нагревателях, известных как блоки перегонки, и затем переводят в цилиндрические резервуары, известные как коксовые барабаны, которые имеют диаметр до 30 футов и высоту до 140 футов и типично выполнены с возможностью работы парами. Из нагретой нефти выделяются углеводородные пары (в том числе, среди прочего, газ, нафта и газойли), поступающие в основание блока перегонки для переработки в полезные продукты, оставляя после себя, посредством комбинированного воздействия температуры и времени хранения, указанный твердый нефтяной кокс. Этот остаточный кокс необходимо разбивать (разрушать), чтобы удалять его из резервуара, что преимущественно осуществляют за счет использования инструмента для коксоудаления (или для резки кокса) в комбинации с флюидом для коксоудаления, таким как вода под высоким давлением.

Такой инструмент содержит буровое долото с буровыми и режущими соплами. Инструмент опускают в резервуар через отверстие в верхней части резервуара и воду под высоким давлением вводят в инструмент, так что она может быть избирательно направлена через сопла для бурения или через режущие сопла, в зависимости от режима работы, чтобы действовать в качестве струи жидкости. Так как высокие расходы и давления (например, расходы 1000 галлонов в минуту под давлением от 3000 до 4000 фунтов на квадратный дюйм (psi)) типично используют в таких операциях, то непрактично и нежелательно открывать буровые сопла и режущие сопла одновременно. Вместо этого преимущественно используют перепускные клапаны или другие устройства управления потоком для избирательного направления флюида к режущим соплам или буровым соплам, необходимым в операции коксоудаления, проводимой в это время. Пара примеров инструментов для коксоудаления, в которых используют характеристики переключения режимов, описаны в патенте США 5,816,505 (переключение режимов вручную) и в патенте США 6,644,567 (автоматическое переключение режимов). Оба эти патента принадлежат правопреемнику патентовладельца настоящего изобретения и включены в данное описание в качестве ссылки.

Вне зависимости от того, имеет ли инструмент для коксоудаления характеристики переключения режимов или нет, относительно большой размер инструмента, сопряженного с обычно обращенными наружу режущими соплами, приводит к тому, что он образует значительный радиальный профиль в пласте разрезаемого кокса. Стандартный инструмент имеет диаметр около 22 дюймов и длину около 35 дюймов, в то время как узел сопла имеет длину немного больше 5 дюймов, внешний диаметр на входе около 3.75 дюйма и внешний диаметр на выходе около 1.875 дюйма. Эти большие размеры усиливают тенденцию инструмента к застреванию (заеданию), в особенности в тех ситуациях, когда образованный в коксе проход может быть нарушен, например, за счет обрушения пласта кокса или когда инструмент застревает за счет воздействия кусков кокса, образованных при помощи флюида для коксоудаления, выпускаемого из режущих сопел. В такой ситуации инструмент может застревать, что требует усилий и времени для его освобождения.

В дополнение к большим физическим размерам, стандартные режущие и буровые сопла имеют слишком большое падение давления. Во многом это зависит от слишком большого радиального профиля в плоскости выхода для флюида для коксоудаления у вершины сопла. Стандартное сопло является относительно длинным и имеет относительно большой радиальный размер, чтобы можно было образовать большое число высверленных каналов. Кроме того, конструкция стандартного сопла содержит множество деталей, которые требуют сложной механической обработки.

Желательно создать сопла для инструмента для коксоудаления, которые не будут иметь одного или нескольких указанных выше недостатков.

Раскрытие изобретения

Это реализовано при помощи настоящего изобретения, в котором сопла для выхода флюида для коксоудаления обеспечивают улучшенные характеристики течения. Поверхности внутренних протоков ограничивают по существу коническую или сужающуюся форму, которая позволяет уменьшить радиальные компоненты скорости потока, и аналогичным образом позволяет уменьшить стандартное отклонение осевого компонента потока флюида для коксоудаления. Так как стандартное отклонение осевой скорости является представительным для любого отклонения от среднего значения, то было обнаружено, что оптимизация формы сопла (например, за счет прогона подпрограммы оптимизации) сводит этот параметр к минимуму, в результате чего получают сопло, которое создает струю, в которой скорость потока через поперечное сечение наиболее близка к среднему значению, причем такая однородная струя является наиболее эффективной для резки кокса в операции коксоудаления. За счет таких усовершенствований формы протока размер (в частности, осевая длина) сопла может быть уменьшен, однако все еще при обеспечении необходимых силы удара струи и когерентности струи. Такое уменьшения размера (также, как и уменьшение числа деталей) улучшает технологичность и позволяет упростить бурение и улучшить работоспособность.

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предлагается узел сопла для использования в инструменте для коксоудаления при помощи струи жидкости. Узел содержит кожух с образованным в нем трубопроводом, который достаточен для пропускания флюида для коксоудаления (такого, как находящаяся под давлением вода) к одному или нескольким соплам, которые флюидно связаны с трубопроводом. Сопло содержит вход для флюида, выход для флюида и внутренний проток, который идет от входа сопла до выхода сопла. Проток имеет коническую форму, так что когда флюид для коксоудаления проходит через сопло, на выходе создается преимущественно когерентный режим течения флюида. Такая когерентность потока достигнута за счет уменьшения или исключения областей застоя и больших вихревых потоков. Граничный слой у стенки также минимизирован, чтобы снизить потери на турбулентность.

Факультативно, множество сопел могут быть образованы в кожухе. Такие сопла представляют собой одно или несколько режущих сопел и одно или несколько буровых сопел. В предпочтительной форме, большая часть сопла не выступает в боковом направлении за внешний размер кожуха. Другими словами, наличие сопел в узле не приводит к существенному расширению или удлинению кожуха узла. Несмотря на то, что точные границы того, насколько сопла увеличивают установочное место (внешний контур) и размеры кожуха, здесь не обсуждаются, некоторые диапазоны могут быть приведены в качестве примера. Например, в случае сопел, которые используют в стандартном инструменте для коксоудаления (таком, как тот, который обсуждается далее в связи с известным уровнем техники), буровые сопла могут выступать за размер полной длины узла на 40% или больше, в то время как режущие сопла могут выступать за полный радиальный размер или ширину на 60% или больше. Такие размеры значительно больше диапазона ориентировочно от 0% до 10%, на который сопла в соответствии с настоящим изобретением могут увеличивать установочное место кожуха.

Большая часть конструкции, образующей сопло (в том числе конструкция, образующая вход, выход и промежуточный проток, образованный между входом и выходом), находится внутри (или почти полностью внутри) существующей конструкции кожуха. Таким образом, эта конструкция по существу заключена внутри кожуха. Это особенно применимо к режущим соплам, в которых только кромка, смежная с выходом сопла, находится снаружи от кожуха. Аналогично указанному здесь выше точные границы того, насколько участок сопла или сопел выходит за размеры кожуха, здесь не обсуждаются, однако некоторые диапазоны могут быть приведены в качестве примера. В случае сопел, которые используют в стандартном инструменте для коксоудаления (таком как тот, который обсуждается далее в связи с известным уровнем техники), как буровые, так и режущие сопла могут иметь 60% или больше конструкции сопла, расположенной вне кожуха, в то время как в случае сопел в соответствии с настоящим изобретением, ориентировочно не больше чем 15% длины режущих сопел и ориентировочно не больше чем 25% длины буровых сопел расположены вне кожуха.

В соответствии с дополнительными возможными вариантами сопло может быть закреплено относительно кожуха, так что оно не может поворачиваться или двигаться иным образом, что способствует созданию постоянного режущего угла для режущих сопел и относительно фиксированного бурового угла для буровых сопел. В соответствии с другим возможным вариантом, сопла могут иметь камеру подготовки потока, образованную непосредственно выше по течению от входа для флюида. Эта камера ослабляет любое предварительное завихрение, которое возникает в результате протекания флюида через корпус инструмента. Предварительное завихрение является нежелательным явлением, так как оно способствует увеличению компонента радиальной скорости, когда струя выходит из сопла. Внутренний проток преимущественно оптимизирован, чтобы достичь самой высокой степени рабочих характеристик сопла, преимущественно по меньшей мере одной из следующих характеристик: (а) минимальная радиальная скорость, (b) минимальная неравномерность осевого течения и (с) минимальная осевая длина сопла. В данном контексте термин "оптимизация" и его варианты специфически относится к оптимизации конфигураций протока, причем эту оптимизацию проводят по меньшей мере при помощи расчета гидродинамики (CFD), чтобы определить, какой профиль протока позволяет обеспечить наилучшую (или оптимальную) одну или несколько рабочих характеристик, указанных здесь выше. В одной форме, CFD процесс может быть использован для оптимизации протока. Например, могут быть использованы два профиля сопла, один из которых создает линейный градиент скорости вдоль длины сопла, а другой создает линейный градиент давления вдоль длины сопла. Это может быть представлено математически в виде кривых Безье и использовано в виде исходных данных для процесса оптимизации. Специалисты в данной области легко поймут, что для этого могут быть использованы и другие математические представления кроме кривых Безье. За счет изменения параметров, которые образуют кривую, могут быть проведены множество прогонов моделирования, чтобы найти оптимальную область, которая удовлетворяет трем указанным здесь выше критериям.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается инструмент для коксоудаления при помощи струи жидкости. Инструмент содержит механизм подачи флюида для коксоудаления, который может принимать имеющий находящийся под давлением флюид для коксоудаления от источника, и узел сопла, который может иметь флюидную связь с источником через этот механизм. В одной форме механизм подачи флюида для коксоудаления имеет вид подающей трубы, трубки, шланга или трубопровода. Узел содержит кожух с одним или несколькими трубопроводами для флюида для коксоудаления, образованными в нем, а также содержит одно или несколько режущих сопел и одно или несколько буровых сопел. Кожухом может быть отдельная конструкция, которая может быть прикреплена к корпусу инструмента для коксоудаления (например, при помощи крепежных деталей, фрикционной посадки или других подходящих средств), или же кожух может быть частью корпуса инструмента, например, выполненной в виде единого целого с ним. В той и другой ситуации, вероятно, что максимальный боковой (или радиальный) размер участка инструмента для коксоудаления, который проходит через резервуар для коксоудаления, будет ограничен кожухом узла (вместе с соплами). Каждое из буровых и режущих сопел может иметь избирательную флюидную связь с трубопроводом в корпусе инструмента. Клапан или связанный с ним механизм отклонения потока, который расположен в протоках, образованных между соплами и трубопроводом в корпусе инструмента, позволяет производить избирательное направление флюида для коксоудаления через кожух, так что во время специфической операции резания или специфической операции бурения, сопло или сопла, которые в этой операции не используют, флюидно разъединены от источника. Более того, сопла могут содержать внутренний проток, имеющий коническую форму, так что при проходе флюида для коксоудаления через сопло режим течения флюида для коксоудаления при его выходе из сопла представляет собой преимущественно когерентный режим течения.

В более специфической форме инструмента для коксоудаления клапаны работают при помощи устройства для переключения режимов, которое направляет флюид для коксоудаления в буровые или режущие сопла. В другом возможном варианте одно или несколько сопел расположены внутри корпуса инструмента для коксоудаления, так что большая часть конструкции сопла находится внутри внешнего контура (посадочного места) корпуса инструмента. Это позволяет сократить за счет сопел по меньшей мере радиально внешнюю проекцию инструмента. Как и раньше, конструкция узла позволяет обеспечивать, чтобы большая часть профиля сопла была заключена внутри корпуса инструмента, так что выход сопла целиком или почти целиком находится внутри внешних размеров инструмента. В соответствии с другим возможным вариантом большая часть по меньшей мере одного режущего сопла не выступает в боковом направлении за внешние размеры корпуса инструмента для коксоудаления. Более конкретно, такой большей частью сопла может быть по существу все сопло. Узел может иметь такую конструкцию, что одно или несколько сопел закреплены относительно корпуса инструмента, причем сопло специфической формы содержит камеру подготовки потока, образованную непосредственно выше по течению от входа для флюида, и имеет флюидную связь с трубопроводом. Как и в предыдущем аспекте, внутренний проток преимущественно оптимизирован, чтобы достичь одной или нескольких характеристик, выбранных из группы, в которую входят: (а) минимальная радиальная скорость, (b) минимальная неравномерность осевого течения и (с) минимальная осевая длина сопла.

В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагается способ пропускания флюида для коксоудаления через сопло. Способ предусматривает выбор конфигурации по меньшей мере одного сопла для пропускания указанного флюида для коксоудаления через него, причем указанное по меньшей мере одно сопло содержит внутренний проток, имеющий коническую форму. Кроме того, способ предусматривает подачу флюида для коксоудаления по меньшей мере в одно сопло, так что после прохождения через него режим течения флюида для коксоудаления будет преимущественно когерентным.

Факультативно, способ дополнительно предусматривает пропускание флюида для коксоудаления по меньшей мере через одно буровое сопло и по меньшей мере через одно режущее сопло. Способ может дополнительно предусматривать избирательное направление флюида для коксоудаления через режущее сопло или буровое сопло в любой данный момент времени. Такое избирательное направление в общем может быть обеспечено за счет использования устройства переключения режимов, а более конкретно, за счет использования устройства автоматического переключения режимов, которое использует изменения давления флюида для коксоудаления для переключения между режимом резания и режимом бурения. В специфической форме способ предусматривает проведение вычислений CFD при разработке конструкции сопла, причем особое внимание придается конструкции протока сопла в соответствии с CFD расчетом. Расчет при разработке конструкции сопла в соответствии с настоящим изобретением позволяет обеспечить одну или несколько характеристик, выбранных из группы, в которую входят: (а) минимальная радиальная скорость, (b) минимальная неравномерность осевого течения и (с) самая короткая возможная осевая длина сопла. В одной другой возможной форме может быть использована камера подготовки потока, чтобы уменьшить или исключить любое предварительное завихрение, которое может возникать в результате протекания флюида через корпус инструмента.

Указанные ранее и другие характеристики изобретения будут более ясны из последующего детального описания, приведенного со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых аналогичные детали имеют одинаковые позиционные обозначения.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показан вид в разрезе комбинации инструмента для резки кокса и устройства переключения режимов в соответствии с известным уровнем техники.

На фиг.2 детально показан узел сопла инструмента, показанного на фиг.1.

На фиг.3 детально показан внутренний проток одного из сопел инструмента и узла, показанных соответственно на фиг.1 и 2.

На фиг.4 детально показан узел сопла в соответствии с аспектом настоящего изобретения.

На фиг.5 детально показан внутренний проток одного из сопел в соответствии с настоящим изобретением.

Обратимся сначала к рассмотрению фиг.1, на которой показан стандартный инструмент 1 для коксоудаления с защитными буровыми лезвиями или лопастями 3 и устройством 4 переключения режимов, встроенным в инструменте 1. Устройство 4 переключения режимов содержит множество компонентов, в том числе корпус 4А, втулку 4В исполнительного механизма, паз 4С исполнительного механизма, шпильку 4D исполнительного механизма, пружину 4Е, вход 4F находящегося под давлением флюида, кольцевой гидроцилиндр 4G, кольцевой поршень 4Н, держатель 41 шпильки исполнительного механизма и вкладыш 4J, который окружает нижний участок 6В управляющего рычага 6, который также содержит верхний участок 6А. Управляющий рычаг 6 соединен с гидравлической распределительной пластиной (также называемой отклоняющей пластиной) 5, так что когда устройство 4 переключения режимов приводят в действие, вручную или за счет операций последовательного повышения и снижения давления флюида, поступающего от источника флюида (не показан), тогда управляющий рычаг 6 поворачивает отклоняющую пластину 5, что побуждает отверстия, образованные в ее осевом направлении, поочередно открывать трубопровод 7 для подачи в буровые сопла 10 или в режущие сопла 11 флюида под высоким давлением (например, воды) через впускной патрубок или бурильную штангу 9. В варианте, показанном на фиг.1, буровые сопла 10 имеют флюидную связь с источником находящегося под давлением флюида для того, чтобы направлять обычно вниз поток флюида под высоким давлением в кокс (не показан), за счет чего будет пробурено отверстие для остальной части устройства 4. В целом плоская отклоняющая пластина 5 в виде диска, установленная с возможностью поворота и соединенная с управляющим рычагом 6, позволяет производить переключения между режимом резания и режимом бурения за счет периодического синхронизованного поворота отклоняющей пластины 5. Детали конструкции и работы отклоняющей пластины 5 здесь дополнительно не обсуждаются, достаточно сказать, что такие детали описаны в патенте США 6,644,567.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг.2 и 3, на которых показаны буровые сопла 10 и режущие сопла 11 в соответствии с известным уровнем техники, причем узел, который содержит сопла 10 и 11, также содержит кожух Н, который имеет радиальный размер R и осевой размер А. Можно видеть, что буровые сопла 10 выходят в осевом направлении на значительное расстояние за осевой размер, в то время как режущие сопла 11 выходят в радиальном направлении на значительное расстояние за радиальный размер R. Более того, эти сопла 10 и 11 содержат множество отдельных трубок или каналов, которые позволяют изолировать соответствующие флюидные потоки друг от друга на значительной длине сопла. Режущее сопло 11 (которое имеет характеристики, аналогичные характеристикам бурового сопла 10) имеет вход 11А в кондиционер потока и выход 11F, причем показаны также отдельные протоки 11В, 11С и 11D в виде концентрических трубок, которые объединены в пучок "соломинок для коктейля" или объединены в любую другую хорошо известную схему расположения. Можно видеть, что все отдельные протоки сливают флюид для коксоудаления в общий коллектор 11Е, причем поток при движении к выходу 11F имеет изменения направления под острыми углами. Такие резкие изменения могут создавать трение, турбулентность и другие аномалии, которые могут влиять на характеристики потока, проходящего через сопло 11. Эти аномалии могут быть усилены за счет разделения потока, которое может возникать в области разрыва, образованной в линейном сопле (называемой также вставкой 11G сопла), которая образована флюидно выше по течению от критического сечения, где коллектор 11Е встречается с выходом 11F. Все эти факторы могут приводить к уменьшению осевого компонента потока, когда он выходит из сопла Н на выходе 11F. На фиг.3 показаны три основные детали узла, образующие режущее сопло 11, причем кондиционер 11А, линейное сопло 11G и крышку 11Н кожуха используют в объединении с протоками 11В, 11С и 11D, общим коллектором 11Е и выходом 11F, чтобы направлять поток находящейся под давлением воды. Линейное сопло 11G собирает поток от кондиционера 11А и ускоряет его на выход 11F, который может быть подвергнут механической обработке для изменения выходной области (и коэффициента расхода) сопла. Крышка 11Н кожуха создает уплотненную границу давления и дополнительно совмещает кондиционер 11А потока и стойкую к эрозии вставку 11G сопла.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг.4 и 5, на которых показаны характеристики, связанные с узлом 100 и соплами 110, 111 в соответствии с настоящим изобретением. Узел 100 содержит кожух Н, который содержит трубопровод 107А, 107В, который действует как флюидные проходы для подачи флюида для коксоудаления, который поступает от находящегося под давлением источника (не показан) в буровые сопла 110 и режущие сопла 111. В частности, на фиг.5 показано режущее сопло 111, однако следует иметь в виду, что показанные здесь конструкция и проток в равной степени применимы к буровому соплу 110. В отличие от стандартного протока, показанного на фиг.3, внутренняя поверхность, показанная на фиг.5, может иметь по существу коническую сужающуюся форму 111А, которая является оптимальной для распыления флюида для коксоудаления и получена с использованием CFD расчета, чтобы достичь минимальной радиальной скорости и минимальной неравномерности осевого течения, при самой короткой возможной длине сопла. Было обнаружено, что за счет оптимизации сопел так, как это было показано для операций резки кокса, получают более колоннообразный, когерентный поток, так как радиальные компоненты скорости потока минимизированы. За счет таких усовершенствований формы протока, размер сопел 110, 111 по сравнению с соплами 10, 11 на фиг.2 и 3 (в особенности их осевой размер) может быть уменьшен, однако все еще при обеспечении необходимых силы удара струи и когерентности струи. Такое уменьшение размера (так же, как и уменьшение числа деталей) улучшает технологичность и позволяет упростить бурение, частично за счет меньшего профиля бурового отверстия. Были использованы CFD моделирование и стендовые испытания, чтобы оптимизировать форму внутреннего протока 111А в соответствии со специфическим использованием инструмента для коксоудаления и его условиями эксплуатации. За счет уменьшения или исключения областей застоя и больших вихревых потоков проток сопла может сохранять высокую степень когерентности потока.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг.5 при одновременном обращении к данным Таблицы 1, где также показаны формы и размеры внутренних водяных протоков для режущего сопла 111. Следует иметь в виду, что характеристики, описанные ниже для режущего сопла 111, в равной степени применимы к буровому соплу 110 и поэтому два раза не повторяются. В Таблице 1 показаны представительные Х и Y размеры поверхности внутреннего протока сопла, изготовленного в соответствии с настоящим изобретением, когда был использован CFD алгоритм.

Таблица 1 Размеры сопла Х (дюймов) Y (дюймов) 0.0000 0.8400 0.0169 0.8389 0.0317 0.8351 0.0442 0.8297 0.0549 0.8235 0.0640 0.8172 0.0720 0.8110 0.0791 0.8051 0.0856 0.7996 0.0916 0.7946 0.0972 0.7899 0,1025 0.7856 0.1077 0.7817 0.1128 0.7781 0.1179 0.7748 0.1231 0.7718 0.1283 0.7687 0.1338 0.7655 0.1402 0.7619 0.1473 0.7578 0.1552 0.7534 0.1639 0.7485 0.1735 0.7433 0.1840 0.7376 0.1954 0.7315 0.2077 0.7250 0.2210 0.7181 0.2353 0,7107 0.2506 0.7030 0.2669 0.6948 0.2842 0.5863 0.3026 0.6774 0.3220 0.6681 0.3424 0.6585 0.3640 0.6485 0.3865 0.6382 0.4102 0.6276 0.4348 0.6167 0.4605 0.6056 0.4871 0.5943 0.5148 0.5826 0.5433 0.5712 0.5728 0.5594 0.6032 0.5475 0.6344 0.5356 0.6663 0.5237 0.6990 0.5118 0.7324 0.4999 0.7663 0.4882 0.8009 0.4765 0.8359 0.4651 0.8713 0.4538 0.9071 0.4428 0.9432 0.4320 0.9794 0.4216 1.0158 0.4114 1.0523 0.4016 1.0888 0.3922 1.1252 0.3631 1.1514 0.3744 1.1974 0.3662 1.2331 0.3583 1.2884 0.3510 1.3034 0.3440 1.3378 0.3374 1.3718 0.3313 1.4051 0.3257 1.4379 0.3204 1.4699 0.3156 1.5012 0.3111 1.5318 0.3071 1.5617 0.3034 1.5907 0.3001 1.6189 0.2971 1.6462 0.2944 1.6727 0.2921 1.6983 0.2900 1,7230 0.2882 1.7469 0.2867 1.7698 0.2854 1.7919 0.2843 1.8131 0.2834 1.8331 0.2826 1.8478 0.2822 1,8592 0.2819 1.8684 0.2817 1.8760 0.2815 1.8824 0.2814 1.8881 0.2813 1.8931 0.2813

За счет снижения падения давления, возникающего в стандартном сопле, сопла 110, 111, изготовленные в соответствии с настоящим изобретением, имеют более короткий осевой размер и связанное с этим меньшее необходимое установочное место для узла 100 сопла, что позволяет устанавливать сопло в ограниченном пространстве. Например, в тех ситуациях, когда происходит обрушение пласта, новый имеющий меньшие размеры узел 100 сопла в первую очередь утапливается назад в корпус, что позволяет получить более обтекаемую форму, которая часто может быть непосредственно вытянута из обрушившегося пласта. Кроме того, такая конфигурация позволяет сберегать энергию и потенциально позволяет использовать насос и двигатель меньшей мощности, так как аналогичные объем флюида и его скорость на выходе сопел 110, 111 могут быть достигнуты при меньшей подаче насосом. Более того, новый узел 100 сопла содержит две детали меньшего размера, которые проще и дешевле изготавливать.

CFD и связанные с ним алгоритмы моделирования, также как и стендовые испытания, могут быть использованы для создания предпочтительных конфигураций протока для флюида для коксоудаления. Специалисты в данной области легко поймут, что основной CFD пакет может быть разработан специфически для настоящего изобретения, или же имеющийся в готовом виде торговый код может быть использован для осуществления обсуждавшихся здесь CFD анализов. CFD моделирование может быть использовано для нахождения специфических характеристик потока, таких как когерентный поток, ламинарный или турбулентный поток, местоположений, в которых можно ожидать разделение потока и т.п. В частности, CFD может быть использовано для моделирования специфических внутренних профилей (то есть протоков) сопла, таких как уникальный профиль сопел в соответствии с настоящим изобретением. Такие расчетные методики могут учитывать специфические гидравлические характеристики флюида для коксоудаления. Также могут быть использованы итерационные подходы для изучения эффектов нарушения течения и для оптимизации конфигурации внутреннего протока. Такие итерации могут быть основаны на простых исходных геометриях (таких, как трубчатые элементы, простые конусы и другие легко задаваемые конфигурации), которые затем могут быть модифицированы, чтобы получить желательные характеристики потока (такие, как линейное падение давления вдоль оси потока). Параметры оптимизации могут предусматривать минимизацию радиального притока у критического сечения сопла и стандартного отклонения осевой скорости потока (что обеспечивают за счет равномерного потока через критическое сечение сопла). Дополнительным преимуществом этой результирующей геометрии является то, что можно использовать хорошо известные законы подобия для осуществления масштабирования, в зависимости от необходимых размеров узла 100. Таким образом, сопла могут быть изготовлены для различных потоков и давлений в пределах, ограниченных полностью развитым турбулентным течением, важность чего заключается в том, что это позволяет производить линейное преобразование кинетической энергии и энергии давления, что позволяет облегчить точное прогнозирование масштабируемых конструкций.

Несмотря на то, что были описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения, следует иметь в виду, что они приведены только для пояснения изобретения, причем совершенно ясно, что в него специалистами в данной области могут быть внесены изменения и дополнения, которые не выходят, однако, за рамки приведенной далее формулы изобретения.

Изобретение относится к инструментам для удаления кокса из резервуара и может быть использовано для очистки нефти и нефтепродуктов. Инструмент для коксоудаления при помощи струй жидкости содержит механизм подачи жидкости для коксоудаления, узел сопла, кожух, по меньшей мере одно режущее сопло, по меньшей мере одно буровое сопло и по меньшей мере одну отклоняющую пластину для избирательного направления жидкости к одному из бурового и режущего сопел. Механизм подачи жидкости сконфигурирован для приема находящегося под давлением жидкости для коксоудаления от источника. Кожух содержит в нем по меньшей мере один трубопровод для жидкости для коксоудаления. Режущее сопло выполнено с возможностью создания избирательной жидкостной связи с трубопроводом. По меньшей мере одно режущее сопло выступает в боковом направлении за внешний размер, задаваемый кожухом. Большинство из по меньшей мере одного режущего сопла не выступает в боковом направлении за внешний размер, задаваемый кожухом. Буровое сопло выполнено с возможностью создания избирательной жидкостной связи с трубопроводом. По меньшей мере одно из режущих сопел и одно из буровых сопел содержит внутренний проток, образованный между входом и выходом. Внутренний проток задает криволинейную коническую форму, которая сходится вдоль осевой длины от входа к выходу. После прохождения через проток жидкости режим течения жидкости для коксоудаления при выходе из режущего сопла и бурового сопла будет преимущественно когерентным. Радиус поперечного сечения протока на входе, радиус поперечного сечения протока на выходе и осевую длину выбирают таким образом, чтобы минимизировать радиальную скорость и неоднородность осевой скорости через минимизированную осевую длину. Техническим результатом изобретения является улучшение технологичности, упрощение бурение и улучшение работоспособности за счет обеспечения возможности производить линейное преобразование кинетической энергии и энергии давления и облегчить точное прогнозирование масштабируемых конструкций. 7 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

1. Инструмент для коксоудаления при помощи струи жидкости, который содержит:
механизм подачи жидкости для коксоудаления, сконфигурированный для приема находящейся под давлением жидкости для коксоудаления от источника;
узел сопла, жидкостно связанный с указанным механизмом подачи жидкости для коксоудаления, причем указанный узел сопла содержит:
кожух, содержащий в нем по меньшей мере один трубопровод для жидкости для коксоудаления;
по меньшей мере одно режущее сопло, выполненное с возможностью создания избирательной жидкостной связи с указанным трубопроводом, причем указанное по меньшей мере одно режущее сопло выступает в боковом направлении за внешний размер, задаваемый указанным кожухом, и причем большинство из указанного по меньшей мере одного режущего сопла не выступает в боковом направлении за внешний размер, задаваемый указанным кожухом; и
по меньшей мере одно буровое сопло, выполненное с возможностью создания избирательной жидкостной связи с указанным трубопроводом; и причем по меньшей мере одно из указанного по меньшей мере одного режущего сопла и указанного по меньшей мере одного бурового сопла содержит внутренний проток, образованный между входом и выходом, причем внутренний проток задает криволинейную коническую форму, которая сходится вдоль осевой длины от указанного входа к указанному выходу, так что после прохождения через него указанной жидкости для коксоудаления режим течения указанной жидкости для коксоудаления при выходе из соответствующего из указанного по меньшей мере одного режущего сопла и указанного по меньшей мере одного бурового сопла будет преимущественно когерентным, причем радиус поперечного сечения протока на входе, радиус поперечного сечения протока на выходе и осевую длину выбирают таким образом, чтобы минимизировать радиальную скорость и неоднородность осевой скорости через минимизированную осевую длину; и
по меньшей мере одну отклоняющую пластину для избирательного направления жидкости для коксоудаления к одному из указанных по меньшей мере одного режущего и бурового сопел, так что в таком режиме, когда указанное по меньшей мере одно режущее сопло имеет жидкостную связь с указанным источником, указанное по меньшей мере одно буровое сопло жидкостно разъединено от указанного источника, а в таком режиме, когда указанное по меньшей мере одно буровое сопло имеет жидкостную связь с указанным источником, указанное по меньшей мере одно режущее сопло жидкостно разъединено от указанного источника.

2. Инструмент по п.1, который дополнительно содержит устройство переключения режимов, которое зависит от изменений давления жидкости для коксоудаления, так что в первом рабочем режиме указанное устройство переключения режимов взаимодействует с указанным инструментом для коксоудаления и указанной жидкостью для коксоудаления, чтобы установить режим бурения с использованием указанного по меньшей мере одного бурового сопла, в то время как во втором рабочем режиме указанное устройство переключения режимов взаимодействует с указанным инструментом для коксоудаления и жидкостью для коксоудаления, чтобы установить режим резания с использованием указанного по меньшей мере одного режущего сопла.

3. Инструмент по п.1, в котором указанный кожух и указанное по меньшей мере одно режущее сопло задают ширину указанного узла сопла, так что указанное по меньшей мере одно режущее сопло увеличивает указанную ширину относительно ширины указанного кожуха не более чем приблизительно на 10%.

4. Инструмент по п.3, в котором менее чем приблизительно 15% длины указанного по меньшей мере одного режущего сопла выступает в боковом направлении за указанный внешний размер указанного кожуха.

5. Инструмент по п.1, в котором указанное по меньшей мере одно режущее сопло по существу закреплено относительно указанного кожуха.

6. Инструмент по п.1, который дополнительно содержит камеру подготовки потока, образованную непосредственно выше по течению от указанного входа для жидкости и имеющую жидкостную связь с указанным трубопроводом.

7. Инструмент по п.1, в котором менее чем приблизительно 25% длины указанного по меньшей мере одного бурового сопла находится вне указанного кожуха.

8. Инструмент по п.1, в котором указанный внутренний проток имеет входной радиус указанного входа указанного внутреннего протока, который приблизительно в 3 раза больше выходного радиуса указанного выхода указанного внутреннего протока.