СКВАЖИННЫЙ ПРИУСТЬЕВОЙ ОТБОЙНИК И СПОСОБ УДАЛЕНИЯ ТВЕРДЫХ ПРИМЕСЕЙ ИЗ СКВАЖИННОГО ПРИУСТЬЕВОГО ОТБОЙНИКА Российский патент 2017 года по МПК B01D19/00 E21B43/34 

Изобретение предназначено для удаления твердых (механических) примесей, в частности песка (осадка песка), из нижней части аппаратов, работающих под избыточным давлением газа (сепараторов), в частности из скважинного приустьевого отбойника. Данное изобретение может применяться в нефтяной, газовой, химической и других отраслях промышленности.

Известно, что при работе аппаратов, в которые подается газ с жидкостью и мехпримесями, работающих под избыточным давлением газа, в их днище постепенно скапливается достаточно большое количество жидкости и механических примесей. Примеси, скапливающиеся на днище, выпадают в осадок, уплотняются и от них периодически необходимо избавляться.

Известны устройства для удаления жидкости из аппаратов, работающих под избыточным давлением газа, включающие сливной трубопровод с запорным устройством, управляемым вручную и/или механическим дистанционно управляемым пневмо- или электроприводом. Команды на периодическое открытие и закрытие запорного устройства формируются специальным контроллером в зависимости от количества накопившейся жидкости.

Так, например, из SU 222097 известно устройство для автоматического удаления жидкости из аппарата, работающего под избыточным давлением газа. Устройство содержит пневматическое программное устройство, запорный клапан, гидравлические сопротивления и реле давления с нормально закрытым запорным органом. Вход реле давления соединен с нормально открытой камерой реле задержки времени, а выход его соединен с атмосферой. Линия питания программного устройства соединена с нормально закрытой отсекаемой камерой командного реле, а через переменный дроссель - с его управляющей камерой и с нормально закрытой отсекаемой камерой реле задержки времени, управляющая камера которого через переменный дроссель соединена с нормально открытой камерой командного реле и с линией его выхода.

Также известно устройство для автоматического удаления жидкости из аппарата, работающего под избыточным давлением газа (SU 203699), которое содержит блок питания и пневматическое логическое приспособление, воздействующее на исполнительный запорный клапан, установленный на сбросной линии. При этом пневматическое логическое приспособление посредством элементов задержки импульса связано с реле давления, снабженным глухой камерой, соединенной со сбросной линией.

В данных устройствах (аппаратах) газ находится под избыточным давлением, жидкость и механические примеси накапливаются в нижней части устройства (аппарата). Периодически по команде специального контроллера или вручную открывается запорный сливной клапан и излишки жидкости под давлением газа удаляются в специальную емкость или трубопровод.

Главным недостатком данных устройств является то, что механические примеси, осевшие на дне аппарата, не удаляются, постепенно накапливаются и создают пробку, что отрицательно может сказаться на дальнейшей работе аппарата. Появляется необходимость в привлечении дополнительных ресурсов для их удаления. В частности, может понадобиться остановка аппарата для его очистки. Все это несет за собой финансовые потери.

В качестве аналога можно принять устьевую систему удаления песка «TORE®TRAP». Для удаления песка в аппарат вводят воду под давлением, которая благодаря устройству «TORE®TRAP» перемешивается с песком и далее удаляется из аппарата вместе с песком. Однако данное устройство может использоваться только при наличии поблизости дополнительного источника с водой (рядом с водоемами) или же появляется необходимость в дополнительном устройстве, содержащем емкость с водой, которая под давлением будет подаваться в аппарат.

Главным недостатком данного устройство является необходимость в дополнительном источнике жидкости, что влечет за собой дополнительные финансовые расходы.

В качестве наиболее близкого аналога можно принять патент RU 2569427, 27.11.2015, из которого известен скважинный приустьевой отбойник жидкостей и механических примесей, включающий корпус с крышкой и днищем, в верхней части которого установлен аппарат для разделения газожидкостного потока на фазы (газ, жидкость и мехпримеси), а нижняя часть представляет собой накопительную емкость для жидкости и механических примесей, кроме того, вокруг корпуса расположена обечайка, причем в верхней части корпуса находится патрубок для входа газожидкостного потока, а в нижней части обечайки установлен патрубок для выхода газа. Скопившиеся механические примеси (например, песок) можно удалить через технологическое отверстие в днище корпуса. Однако, данная процедура требует привлечения дополнительной рабочей силы и требует дополнительных финансовых вложений. Кроме того, песок, находящийся в осадке на дне накопительной емкости постепенно твердеет и процесс удаления его существенно усложняется.

Предлагаемое изобретение направлено на разработку бесперебойной работы отбойника (включая его самоочистку) без привлечения дополнительных ресурсов.

Скважинный приустьевой отбойник жидкостей и механических примесей включает корпус с днищем. В верхней части отбойника установлен аппарат для разделения газожидкостного потока на фазы (газ и жидкость, включающая механические примеси), а нижняя часть представляет собой накопительную емкость для жидкости и механических примесей. Внутри корпуса расположены две вертикальные трубы, одна из которых предназначена для подачи сжатого газа к днищу корпуса, а другая для вывода смеси жидкости с твердыми примесями.

Нижний торец вертикальной трубы для подачи сжатого газа к днищу корпуса, как правило, располагают выше, чем нижний торец вертикальной трубы для вывода смеси жидкости с твердыми примесями для уменьшения или исключения содержания газа в сливаемой жидкости.

В корпусе может быть расположена, по меньшей мере, одна дополнительная вертикальная труба для вывода отстоявшейся жидкости без твердых примесей.

Нижний торец дополнительной вертикальной трубы для вывода отстоявшейся жидкости располагается выше нижних торцов основных вертикальных труб для подачи сжатого газа к днищу корпуса и для вывода смеси жидкости с твердыми примесями. При этом в верхней части дополнительной вертикальной трубы может быть расположено дренажное отверстие, чтобы после цикла удаления отстоявшейся жидкости она (жидкость) не находилась выше уровня жидкости, скапливающейся в нижней части отбойника.

Вертикальные трубы могут располагаться как одна в другой, так и раздельно.

В нижней части вертикальной трубы для подачи сжатого газа расположен завихритель газового потока.

В днище корпуса выполнено технологическое отверстие.

Вокруг корпуса расположена обечайка, в нижней части которой может быть выполнено технологическое отверстие.

Предложенное устройство позволяет осуществлять следующий способ удаления твердых примесей из скважинного приустьевого отбойника. Через вертикальную трубу подают сжатый газ для барботажа. Струя газа, вытекая из нижнего конца трубы, разрыхляет и перемешивает твердые примеси на дне корпуса отбойника и смешивает их с жидкостью, находящейся в накопительной емкости отбойника, после чего перемешанную жидкость с твердыми примесями выводят из отбойника через вертикальную трубу для смеси жидкости с твердыми примесями. При этом сжатый газ для барботажа начинают подавать в отбойник до начала слива жидкости с твердыми примесями из отбойника, а прекращают подавать одновременно с прекращением слива смеси из отбойника.

Слив отстоявшейся жидкости можно производить по дополнительной вертикальной трубе в периоды между удалением смеси жидкости с твердыми примесями.

Сжатый газ для барботажа можно отбирать из трубопровода, по которому поток газа с примесями подается в отбойник или из отвода фонтанной арматуры скважины или из межтрубного пространства образованного лифтовой и/или эксплуатационной колон спущенных в скважину.

Предлагаемое изобретение проиллюстрировано чертежами.

На Фиг. 1 схематично показан общий вид скважинного приустьевого отбойника жидкостей и механических примесей с расположением труб одна в другой.

На Фиг. 2 указан скважинный приустьевой отбойник жидкостей и механических примесей с обечайкой и с раздельным расположением вертикальных труб.

На Фиг. 3 указана цикловая диаграмма, характеризующая работу основных составных частей в процессе накопления жидкости и песка и их слива.

Скважинный приустьевой отбойник жидкостей и механических примесей состоит из вертикального корпуса 1 с днищем 2. Корпус 1 состоит из двух частей, в верхней из которых установлен аппарат 3 для разделения газожидкостного потока на фазы, а нижняя часть представляет собой накопительную емкость 4 для жидкости и механических примесей. В верхней части корпуса 1 отбойника расположен патрубок 5 для входа влажного газа. Внутри корпуса 1 расположены две вертикальные трубы 6 и 7, одна из которых (6) предназначена для подачи сжатого газа к днищу 2 корпуса 1, а другая (7) для вывода смеси жидкости с твердыми примесями. Нижний торец 6а вертикальной трубы 6 для подачи сжатого газа к днищу 2 корпуса 1 расположен выше, чем нижний торец 7а вертикальной трубы 7 для вывода смеси жидкости с твердыми примесями. В корпусе 1 возможно расположение, по меньшей мере, еще одной дополнительной вертикальной трубы 8 для вывода отстоявшейся жидкости без твердых примесей. При этом торец 8а дополнительной вертикальной трубы 8 для вывода отстоявшейся жидкости располагается выше торцов 6а и 7а вертикальных труб 6 и 7 для подачи сжатого газа к днищу корпуса и для вывода смеси жидкости с твердыми примесями. В верхней части дополнительной трубы возможно расположение дренажного отверстия (на чертежах не указано). На концах труб могут располагаться запорные устройства 6б, 7б и 8б.

Вертикальные трубы, возможно, располагать как одна в другой (см. Фиг. 1), так и раздельно (см. Фиг. 2).

В нижней части вертикальной трубы 6 для подачи сжатого газа может быть расположен завихритель газового потока для более эффективного создания вихревого потока.

В днище 2 корпуса 1 выполняют технологическое отверстие 14 для слива жидкости и механических примесей в трубопроводную систему утилизации. На выходе отверстия установлен запорный элемент с ручным или электропневмоприводом (на чертеже не показан).

Вокруг корпуса 1 возможно расположение обечайки 9 с крышкой 10. Поток отсепарированного газа протекает по кольцевому зазору между корпусом 2 и обечайкой 9. Так как газ, поступивший в отбойник из скважины, имеет положительную температуру, вода и механические примеси не превращаются в лед. Это позволяет использовать отбойник без специального обогрева при отрицательных температурах окружающего воздуха. В нижней части обечайки выполняют технологическое отверстие (на чертежах не указано).

Также в корпусе 1 возможно размещение, по крайней мере, одной переливной трубы 11 для слива жидкости, которая выходит сбоку корпуса 1 и обечайки 9, при этом на дополнительной трубе в верхней ее точке внутри корпуса расположено дренажное отверстие (на чертеже не указано).

Между корпусом 1 и обечайкой 9 возможна установка трубы 12 для удаления скоплений жидкости и/или механических примесей не отделенных в аппарате 3 из придонной части полости между корпусом 1 и обечайкой 9.

Скважинный приустьевой отбойник жидкостей и механических примесей работает следующим образом.

Теплый поток газожидкостной смеси (газ, жидкость, механические примеси) подводится к вертикальному корпусу 1 через входной патрубок 5, расположенный в верхней его части и попадает в аппарат 3 для разделения газожидкостного потока с механическими примесями на фазы (газовую, жидкую, твердую), в котором, за счет газодинамических эффектов (вращения), отделяются от газа все виды механических примесей и жидкость. Так, например, аппарат 3 для разделения на фазы может состоять из дефлектора и сепарационного пакета. При ударении потока о дефлектор значительная часть жидкости и механических примесей стекает вниз по дефлектору. Например, при использовании в составе обвязки устья газовой или нефтяной скважины вместе с газом поступает большое количество жидкости и незначительное количество механических примесей.

В случае заполнения накопительной емкости 4 жидкостью, предусмотрены несколько вариантов ее слива. Так, например, жидкость самотеком может сливаться из переливного штуцера в переливную трубу 11. Также возможен слив жидкости через дополнительную вертикальную сливную трубу 8 через запорное устройство, открываемое при помощи ручного привода, пневмо- или электродвигателя. Причем в переливной и дополнительной трубах предусмотрены дренажные отверстия для исключения застоя воды в этих трубах после цикла слива жидкости. Уровни жидкости в трубах 11 и 8 и в корпусе 1 выравниваются за счет притока газа через дренажные отверстия.

В процессе работы отбойника в днище 2 скапливаются механические примеси, в частности песок, который постепенно уплотняется и может превратиться в непроницаемую каменную пробку. Именно по этой причине эксплуатация скважин с выносом мехпримесей нежелательна. Однако при использовании предлагаемого устройства использование таких скважин становится возможным.

Для удаления осадка песка из накопительной емкости 4 необходимо перед началом удаления разрыхлить осадок, поддержать на время слива во взвешенном состоянии в жидкости чтобы песчинки в процессе барботажа не оседали на дно. Для этого по вертикальной трубе 6 подают сжатый газ под высоким давлением (большим, чем в отбойнике), газ выходит из отверстий завихрителя (при его наличии), создавая вихревой поток. Находящиеся в накопительной емкости 4 песок и жидкость перемешиваются. По команде контроллера или вручную открывается запорное устройство и смесь жидкости с твердыми примесями (песком) выводится через вертикальную трубу 7.

Газ для барботажа скопившейся жидкости и твердых примесей можно отбирать из трубопровода, по которому поток газа с примесями подается в отбойник или из отвода фонтанной арматуры скважины, а также из межтрубного пространства образованного лифтовой и/или эксплуатационной колон спущенных в скважину.

Таким образом, не привлекаются никакие дополнительные устройства, содержащие газ, а газ берется непосредственно из скважины.

В случае выполнения отбойника с обечайкой не исключено попадание малой части механических примесей между корпусом и обечайкой. Для отбора мехпримесей в нижней части обечайки возможно выполнение технологического отверстия (на чертежах не указано) и специальной сливной трубы 12.

На Фиг. 1 и 2 позицией 13 обозначен патрубок для выхода осушенного газа.

На Фиг. 3 представлена цикловая диаграмма в виде графического изображения, характеризующая работу основных составных частей скважинного приустьевого отбойника (СПО) в процессе накопления жидкости и песка и их слива.

Период времени с момента поступления потока газа с жидкостью и песком до полного опорожнения накопительной части СПО от жидкости и песка составляет производственный цикл. В процессе работы СПО циклы повторяются. Количество песка поступающего в СПО вместе с газом зависит от рабочего дебита скважины, интенсивности выноса жидкости и песка. Так как эксплуатация скважины с выносом большого количества песка не допускается, то в реальных условиях объем поступающего песка значительно меньше по объему, чем объем поступающей жидкости. Производственный процесс включает обычно несколько стадий, или фаз.

Производственному рабочему циклу свойственна определенная структура. Рабочий период складывается из времени накопления жидкости и механических примесей и слива жидкости отдельно без примесей или с примесями. Система слива жидкости из накопительной емкости 4 работает следующим образом:

Момент включения в работу и начало поступления в СПО потока газа с жидкостью и твердыми примесями (например, песком) - (τ₀). Жидкость и песок, отделенные от газа, оседают в накопительной емкости. Уровни осадка песка и жидкости постепенно повышаются. Для контроля за текущими значениями уровня могут использоваться общеизвестные датчики уровня (на чертежах не показаны). Периодически вручную или по команде контролера в моменты (τ₁; τ₃; τ₅) открывается запорное устройство и происходит слив жидкости без песка через сливную трубу 8 или 11. После перекрытия запорных устройств в моменты (τ₂; τ₄; τ₆) слив отстоявшейся жидкости без песка прекращается.

Для удаления осадка песка необходимо предварительно перемешать его с жидкостью. Для этого в нижнюю часть накопительной емкости ниже уровня жидкости по вертикальной трубе 6, через запорное устройство подают газ под избыточным давлением. Газ поступает по трубе 6 и выходит через отверстия в завихрителе (при его наличии). За счет подачи газа под давлением происходит перемешивание песка с жидкостью. Через некоторое время в момент (τ₇) запорное устройство на сливном трубопроводе открывают вручную или по команде контролера и смесь жидкости с песком выводится по вертикальной трубе 7 для утилизации. После окончания слива жидкости с песком в момент (τ₈) запорное устройство перекрывается и начинается очередной цикл накопления и слива жидкости.

Предлагаемое изобретение позволяет обеспечить бесперебойную работу отбойника без привлечения дополнительных ресурсов (и трудовой силы) в автоматическом или ручном режимах.

Группа изобретений предназначена для удаления твердых примесей из нижней части аппаратов, работающих под избыточным давлением газа, в частности из скважинных приустьевых отбойников, и может применяться в нефтяной, газовой, химической и других отраслях промышленности. Скважинный приустьевой отбойник жидкостей и механических примесей содержит корпус с днищем, в верхней части которого установлен аппарат для разделения газожидкостного потока на фазы, а нижняя часть представляет собой накопительную емкость для жидкости и механических примесей. Внутри корпуса расположены две вертикальные трубы, одна из которых предназначена для подачи сжатого газа к днищу корпуса, а другая для вывода смеси жидкости с твердыми примесями. Нижний торец вертикальной трубы для подачи сжатого газа к днищу корпуса расположен выше, чем нижний торец вертикальной трубы для вывода смеси жидкости с твердыми примесями. В отбойнике установлены патрубки для входа влажного газа и выхода осушенного газа. Согласно способу удаления твердых примесей из скважинного приустьевого отбойника через вертикальную трубу подают сжатый газ для барботажа, который разрыхляет и перемешивает твердые примеси на дне корпуса отбойника и смешивает их с жидкостью, находящейся в накопительной емкости отбойника. После этого смесь жидкости с твердыми примесями выводят из отбойника через вертикальную трубу для смеси жидкости с твердыми примесями. Техническим результатом является обеспечение бесперебойной работы отбойника. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Скважинный приустьевой отбойник жидкостей и механических примесей, включающий корпус с днищем, в верхней части которого установлен аппарат для разделения газожидкостного потока на фазы, а нижняя часть представляет собой накопительную емкость для жидкости и механических примесей, причем внутри корпуса расположены две вертикальные трубы, одна из которых предназначена для подачи сжатого газа к днищу корпуса, а другая для вывода смеси жидкости с твердыми примесями, при этом нижний торец вертикальной трубы для подачи сжатого газа к днищу корпуса расположен выше, чем нижний торец вертикальной трубы для вывода смеси жидкости с твердыми примесями, кроме того, в отбойнике установлены патрубки для входа влажного газа и выхода осушенного газа.

2. Отбойник по п.1, отличающийся тем, что в корпусе расположена по меньшей мере одна дополнительная вертикальная труба для вывода отстоявшейся жидкости без твердых примесей.

3. Отбойник по п.2, отличающийся тем, что торец дополнительной вертикальной трубы для вывода отстоявшейся жидкости располагается выше торцев вертикальных труб для подачи сжатого газа к днищу корпуса и для вывода смеси жидкости с твердыми примесями.

4. Отбойник по любому из пп.1-2, отличающийся тем, что вертикальные трубы находятся одна в другой или раздельно.

5. Отбойник по п.1, отличающийся тем, что в нижней части вертикальной трубы для подачи сжатого газа расположен завихритель газового потока.

6. Отбойник по п.1, отличающийся тем, что в днище корпуса выполнено технологическое отверстие.

7. Отбойник по п.1, отличающийся тем, что вокруг корпуса расположена обечайка с крышкой.

8. Отбойник по п.7, отличающийся тем, что в нижней части обечайки выполнено технологическое отверстие.

9. Способ удаления твердых примесей из скважинного приустьевого отбойника по пп.1-8, характеризующийся тем, что через вертикальную трубу подают сжатый газ для барботажа, который разрыхляет и перемешивает твердые примеси на дне корпуса отбойника и смешивает их с жидкостью, находящейся в накопительной емкости отбойника, после чего смесь жидкости с твердыми примесями выводят из отбойника через вертикальную трубу для смеси жидкости с твердыми примесями.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что сжатый газ для барботажа начинают подавать в отбойник до начала слива жидкости с твердыми примесями из отбойника.

11. Способ по п.9, отличающийся тем, что подачу сжатого газа для барботажа прекращают подавать в отбойник одновременно с прекращением слива смеси из отбойника.

12. Способ по п.9, отличающийся тем, что в периоды между удалением смеси жидкости с твердыми примесями производят слив отстоявшейся жидкости по дополнительной вертикальной трубе.

13. Способ по п.9, отличающийся тем, что сжатый газ для барботажа отбирают из трубопровода, по которому поток газа с примесями подается в отбойник или из отвода фонтанной арматуры скважины.

14. Способ по п.9, отличающийся тем, что сжатый газ для барботажа отбирают из межтрубного пространства, образованного лифтовой и/или эксплуатационной колоннами, спущенными в скважину.