СКВАЖИННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ЖИДКОСТИ Российский патент 2020 года по МПК E21B43/38 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к устройствам для добычи нефти, и может быть использовано при эксплуатации скважин и насосного оборудования для очистки жидкостей от механических примесей.

Добыча нефти происходит в тяжелых климатических условиях с существенными затратами физического труда. Этот производственный процесс часто сопровождается необходимостью подачи в подземные скважины большого количества воды или специальных жидкостей под большим давлением. Такие жидкости предварительно должны быть очищены от механических примесей, которые могут приводить к ускоренному износу насосных агрегатов и других скважинных устройств. Поэтому работы по созданию ремонтопригодных и эффективных скважинных устройств для очистки жидкостей от механических примесей, которые в конечном счете улучшают условия труда занятых в нефтедобывающей промышленности людей и сокращают затраты на добычу нефти, являются актуальными.

Из уровня техники известно скважинное устройство для очистки флюида (RU 2148708 C1, МПК Е21В 43/38, опубл. 10.05.2000), содержащее сепаратор, включающий цилиндрический корпус с размещенным в нем полым усеченным конусом и с входными отверстиями и соединительными элементами в верхней и нижней части, концентрично установленный в нем сепарирующий узел в виде полого шнека с профилированной спиралью, внутри которого закреплен патрубок для отвода жидкости и заглушенный отстойник для сбора механических примесей [1].

Недостатком устройства является ограниченная ремонтопригодность обусловленная возможностью деформации деталей устройства при его разборке вследствие их заклинивания между собой и не достаточно высокая эффективности очистки жидкости от механических примесей.

Наиболее близким к заявленному изобретению техническим решением, принятым в качестве прототипа, признано скважинное устройство для очистки флюида (RU 114720 U1, МПК Е21В 43/38, опубл. 10.04.2012), содержащее цилиндрический корпус с входными отверстиями и установленным аксиально в его верхней части патрубком для отвода жидкости, на нижней части которого концентрично размещен сепарирующий узел в виде полого шнека, вихревую камеру в виде полого усеченного конуса и отстойник для сбора механических примесей, причем в верхней части вихревой камеры выполнена коническая расточка, в которой и размещен полый шнек с выполненной ответной конической поверхностью [2].

Недостатком устройства также является его ограниченная ремонтопригодность, обусловленная возможностью деформации деталей устройства при его разборке вследствие их заклинивания между собой и не достаточно высокая эффективность очистки жидкости от механических примесей.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение ремонтопригодности путем исключения возможности деформации деталей устройства при его разборке и повышение эффективности очистки жидкости от механических примесей.

Поставленная техническая задача решена за счет того, что в известном скважинном устройстве для очистки жидкости, содержащем цилиндроконический корпус с входным тангенциальным каналом и установленным аксиально в его верхней части патрубком для отвода жидкости, на нижней части которого концентрично размещен сепарирующий узел в виде полого шнека с винтовыми каналами и с конической наружной поверхностью, под которым размещена трубчатая вихревая камера, нижняя часть которой сообщается с заглушенным отстойником для механических примесей. Отличает устройство от известных аналогов то, что центральный угол конической наружной поверхности шнека выполнен больше двух углов трения взаимодействующих поверхностей шнека и цилиндроконического корпуса, что исключает известный в механике эффект самоторможения такого конического соединения, уменьшая необходимые для его разборки силы и повышает ремонтопригодность устройства, за счет исключения возможности деформации деталей при его разборке. Направление каналов шнека совпадает с направлением входного тангенциального канала, что уменьшает гидродинамическое сопротивление течению жидкости в этой части устройства, увеличивает скорость истечения жидкости из каналов шнека и повышает эффективность очистки жидкости от механических примесей. В трубчатой вихревой камере выполнены совпадающие с направлением винтовых каналов шнека наклонные тангенциальные каналы, сообщающиеся с охватывающим трубчатую вихревую камеру заглушенным отстойником, что позволяет отводить механические примеси в заглушенный отстойник по всей длине вихревой камеры и повышает эффективность очистки жидкости от механических примесей. Угол наклона каналов к оси устройства уменьшается пропорционально квадрату их расстояния от торца шнека, что обеспечивает минимальное расхождение направления закрученного потока жидкости на внутренней стенке вихревой камеры с направлением выполненных в ней наклонных тангенциальных каналов и также повышает эффективность очистки жидкости от механических примесей.

Выполненный авторами поиск в доступных на дату подачи заявки информационных источниках не выявил аналогичных технических решений, обладающих всеми отличительными признаками заявленного устройства, что подтверждает соответствие изобретения критериям «новизна» и «изобретательский уровень».

Конструкция устройства поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена схема скважинного устройства для очистки жидкостей; на фиг. 2 приведено поперечное сечение скважинного устройства для очистки жидкостей; на фиг. 3 приведено продольное смещенное от оси сечение скважинного устройства для очистки жидкостей.

Скважинное устройство для очистки жидкостей содержит цилиндроконический корпус 1 с входным тангенциальным каналом 2 для подвода очищаемой от механических примесей жидкости и установленным аксиально в его верхней части патрубком 3 для отвода очищенной жидкости. На нижней части патрубка 3 концентрично размещен сепарирующий узел в виде полого шнека 4 с винтовыми каналами 5 и с конической наружной поверхностью 6, под которым размещена трубчатая вихревая камера 7, нижняя часть которой сообщается с заглушенным отстойником 8 для механических примесей. Центральный угол β конической наружной поверхности 6 шнека 4 выполнен больше двух углов трения взаимодействующих поверхностей шнека 4 и цилиндроконического корпуса 1. Если эти детали выполнены стальными и их поверхности обработаны шлифованием и закалены, то угол трения составляет 7…8 градусов, следовательно, угол β должен быть больше 16 градусов. Направление винтовых каналов 5 шнека 4 совпадает с направлением входного тангенциального канала 2. В трубчатой вихревой камере 7 выполнены совпадающие с направлением винтовых каналов 5 шнека 4 наклонные тангенциальные каналы 9 сообщающиеся с охватывающим трубчатую вихревую камеру 7 заглушенным отстойником 8. Угол наклона тангенциальных каналов 9 к оси устройства уменьшается пропорционально квадрату их расстояния от торца шнека. Такое уменьшение угла наклона тангенциальных каналов по длине вихревой камеры обусловлено известными положениями гидродинамики закрученных потоков, например, работами Г.Н. Абрамовича, о том, что тангенциальная составляющая закрученного потока убывает пропорционально квадрату расстояния от источника потока. Тангенс угла α_L наклона каждого из каналов 9 размещенных на расстоянии L от шнека 4 определяется выражением: tgα_L=tgα₀/[1+(L/B)²], где tgα₀ - тангенс угла наклона винтовых каналов 5 шнека 4 к оси устройства, В - глубина винтовых каналов 5 шнека 4 в нижнем сечении. Диаметр тангенциальных каналов 9 рекомендуется назначать равным максимальному размеру удаляемых механических примесей. По окружности вихревой камеры 7 выполняется несколько рядов тангенциальных каналов. Количество тангенциальных каналов 9 в каждом ряду определяется длиной цилиндрической части вихревой камеры 7 и технологическими возможностями их выполнения.

Скважинное устройство для очистки жидкостей работает следующим образом.

После подачи очищаемой жидкости под рабочим давлением через входной тангенциальный канал 2 она с минимальным гидравлическим сопротивлением вследствие равной направленности с винтовыми каналами 5 шнека 4 истекает в виде закрученного потока в вихревую камеру 7. При закрученном движении жидкости в вихревой камере 7 под действием центробежных сил механические примеси обычно имеющие плотность, которая превышает плотность жидкости перемещаются на периферию потока к внутренней поверхности вихревой камеры 7. Далее механические примеси под действием радиальной составляющей скоростного напора закрученного потока жидкости поступают через наклонные тангенциальные каналы 9 в заглушенный отстойник 8 и накапливаются в его нижней части. При этом, по мере затухания закрутки потока жидкости в вихревой камере 7 - уменьшения осевой составляющей потока пропорционально первой степени расстояния от нижнего среза шнека 4 и уменьшения тангенциальной составляющей пропорционально квадрату этого же расстояния, и благодаря тому, что угол наклона тангенциальных каналов 9 изменяется по такому же закону, обеспечивается совпадение направления движения жидкости с направлением тангенциальных каналов 9. Именно это обуславливает наилучшие условия входа механических примесей в тангенциальные каналы 9 и достижение требуемого эффекта повышения эффективности очистки жидкости от механических примесей. По мере заполнения заглушенного отстойника 8 механическими примесями выполняется полная разборка и очистка устройства.

Таким образом, предлагаемое скважинное устройство для очистки жидкостей позволяет повысить его ремонтопригодность путем исключения возможности деформации деталей устройства при его разборке за счет исключения явления заклинивания его деталей между собой и повысить эффективность очистки жидкости от механических примесей путем обоснованного расположения и конструктивного исполнения его элементов.

Источники информации

1. Пат. RU 2148708 C1 Российская Федерация, МПК Е21В 43/38. Скважинное устройство для очистки флюида / Такканд Г.В., Кармацких В.И., Михайлов С.И., Загорчик В.Б.; заявитель ЗАО НПО «СибирьСервисТехнология». №99103238/03; заявл. 18.02.1999; опубл. 10.05.2000. Бюл. №13.

2. Пат. RU 114720 U1 Российская Федерация, МПК Е21В 43/38. Скважинное устройство для очистки флюида / Ивановский В.Н., Сазонов Ю.А., Якимов С.Б., Сабиров А.А., Заякин В.И.; заявитель ООО «ЦОНиК им. И.М. Губкина» (RU). №2011135314/03; заявл. 25.08.2011; опубл. 10.04.2012. Бюл. №10. 2 с.; ил.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при эксплуатации скважин и насосного оборудования для очистки жидкостей от механических примесей. Техническим результатом является повышение ремонтопригодности устройства и эффективности очистки жидкостей от механических примесей. Скважинное устройство содержит цилиндроконический корпус с входным тангенциальным каналом для подвода очищаемой от механических примесей жидкости и установленным аксиально в его верхней части патрубком для отвода очищенной жидкости. На нижней части патрубка концентрично размещен сепарирующий узел в виде полого шнека с винтовыми каналами и с конической наружной поверхностью, под которым размещена трубчатая вихревая камера, нижняя часть которой сообщается с заглушенным отстойником для механических примесей. Центральный угол конической наружной поверхности шнека выполнен больше двух углов трения взаимодействующих поверхностей шнека и цилиндроконического корпуса. Направление винтовых каналов шнека совпадает с направлением входного тангенциального канала. В трубчатой вихревой камере выполнены совпадающие с направлением винтовых каналов шнека наклонные тангенциальные каналы, сообщающиеся с охватывающим трубчатую вихревую камеру заглушенным отстойником. Угол наклона тангенциальных каналов к оси устройства уменьшается пропорционально квадрату их расстояния от торца шнека. 3 ил.

Скважинное устройство для очистки жидкости, содержащее цилиндроконический корпус с входным тангенциальным каналом и установленным аксиально в его верхней части патрубком для отвода жидкости, на нижней части которого концентрично размещен сепарирующий узел в виде полого шнека с винтовыми каналами и с конической наружной поверхностью, под которым размещена трубчатая вихревая камера, нижняя часть которой сообщается с заглушенным отстойником для механических примесей, отличающееся тем, что центральный угол конической наружной поверхности шнека выполнен больше двух углов трения взаимодействующих поверхностей шнека и цилиндроконического корпуса, направление винтовых каналов шнека совпадает с направлением входного тангенциального канала, а в трубчатой вихревой камере выполнены совпадающие с направлением винтовых каналов шнека наклонные тангенциальные каналы, сообщающиеся с охватывающим трубчатую вихревую камеру заглушенным отстойником, причем угол наклона каналов к оси устройства уменьшается пропорционально квадрату их расстояния от торца шнека.