РЕГЕНЕРИРУЕМЫЙ УЛАВЛИВАТЕЛЬ ШЛАМА ДЛЯ ЗАЩИТЫ ПОГРУЖНОГО НАСОСНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ОТ ОСАЖДЕНИЯ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ЧАСТИЦ И СПОСОБ ЗАЩИТЫ ОТ ОСАЖДЕНИЯ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ЧАСТИЦ Российский патент 2022 года по МПК E21B43/08 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к строительству и эксплуатации нефтяных и газовых скважин, и может быть использована в добыче нефти для увеличения продолжительности работы погружного насосного оборудования, в частности клапанов, которые могут быть использованы с электроцентробежными или штанговыми глубинными насосами, предназначенными преимущественно для перекачивания жидкостей с высоким содержанием механических примесей.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому решению является самоочищающийся фильтр для предотвращения засорения насосов, установленный на колонне НКТ и включающий в себя муфту, переводник для соединения с плунжером, несущим в своей полости нагнетательный клапан, и цилиндр, соединенный с фильтром. При этом фильтр представляет собой сборную конструкцию, оборудован принудительным клапаном, находящимся внутри, снабжен входными отверстиями с защищающей их сеткой и выполнен с возможностью возникновения вакуума на приеме насоса, вызывающего гидравлический удар для самоочищения сетки (по патенту RU74956, МПК E21B 43/08, опубл. 20.07.2008).

Недостатком данного самоочищающегося фильтра является сложность конструкции и малоэффективность в условиях осаждения липких парафиносмолистых веществ.

Технический результат, достигаемый при использовании предлагаемого устройства и способа, заключается:

- в повышении функциональности регенерируемого улавливателя шлама за счет возможности его использования с любым типом насосов, клапанов и установки его в любой компоновке за насосным оборудованием, например, за клапанами, которые могут быть использованы с электроцентробежными или штанговыми глубинными насосами;

- в упрощении конструкции с одновременным повышением регенерируемой способности улавливателя шлама за счет удалении шлама с поверхности фильтрующего элемента потоком нагнетаемой жидкости;

- в повышении надежности и ресурса фильтрующего элемента за счет конструкции устройства и гидрофобного покрытия, а также повышения надежности и ресурса насосного оборудования за счет снижения попадания шлаков и продуктов коррозии трубы.

Указанные технические результаты достигаются тем, что регенерируемый улавливатель шлама, установлен на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) для защиты насосного оборудования от осаждения загрязняющих частиц и содержит корпус, внутри которого установлена нагнетательная решетка, над которой установлен фильтрующий элемент, выполненный с возможностью перемещения вдоль оси корпуса и прижима к решетке пружинным механизмом, при этом фильтрующий элемент выполнен с гидрофобной обработкой из упругого проволочного проницаемого материала, или из перфорированного фторопласта, или из перфорированных дискообразных полимерных пластин, или из фильтровальных проволочных сеток.

Фильтрующий элемент прижимается к нагнетательной решетке пружиной, расположенной над фильтрующим элементом или под нагнетательной решеткой.

Гидрофобная обработка является гидрофобным покрытием на основе фторорганических соединений.

Гидрофобное покрытие дополнительно обладает олеофобными свойствами и дополнительно содержит входящее в его состав связующее между поверхностью фильтрующего элемента и покрытием.

Связующее представляет собой кремнийорганическое соединение.

Покрытие представляет собой фторсиланы состава - CF₃-(CF₂)₅-С(О)-HN-(СН₂)₃-Si(ОС₂Н₅)₃.

Покрытие представляет собой фторорганические соединения - сополимер 1,1-дигидроперфторгептилакрилата, N-метилолметакриламида и метилсульфата N-триметиламмонийэтилметакрилата.

Покрытие представляет собой фторполимер С6 состава F(CF₂)₄-R.

Технические результаты также достигаются способом защиты насосного оборудования от осаждения загрязняющих частиц, включающий установку между НКТ и насосным оборудованием регенерируемого улавливателя шлама, выполненного по пп.1-9.

Предлагаемое решение поясняется следующими чертежами, на которых изображены:

Фиг. 1а) - Регенерируемый улавливатель шлама с пружинным механизмом, расположенным над фильтрующим элементом, продольный разрез в рабочем положении;

Фиг. 1б) – Регенерируемый улавливатель шлама с пружинным механизмом, расположенным над фильтрующим элементом, продольный разрез в положении при остановке;

Фиг. 2а) – Регенерируемый улавливатель шлама с пружинным механизмом, расположенным под нагнетательной решеткой, продольный разрез в рабочем положении;

Фиг. 2б) – Регенерируемый улавливатель шлама с пружинным механизмом, расположенным под нагнетательной решеткой, продольный разрез в положении при остановке;

Фиг. 3 – Регенерируемый улавливатель шлама с конфузором, продольный разрез.

Регенерируемый улавливатель шлама (фиг. 1-3) содержит корпус 1, включающий на одном конце внутреннюю резьбу 2, а на другом конце внешнюю резьбу 3 для соединения корпуса 1 с НКТ с одной стороны и клапаном или муфтой НКТ или верхней секцией насоса при насосной и газлифтной добыче нефти – с другой (на чертежах НКТ и клапан не показаны), внутри корпуса размещены нагнетательная решетка 4 с отверстиями 5. Специалисту в данной области техники очевидно, что термин «нагнетательная решетка» используемый в настоящей заявке означает любое известное приспособление, разделяющую корпус в поперечном направлении и имеющее отверстия для прохода жидкости. Над нагнетательной решеткой 4 установлен фильтрующий элемент 6, выполненный с возможностью перемещения вдоль оси корпуса 1 и прижима к решетке 4 пружинным механизмом, состоящим из пружины 7 и болта 8. При этом пружинный механизм установлен внутри корпуса 1 над фильтрующим элементом со стороны внутренней резьбы 2 (фиг. 1а), 1б)) или под нагнетательной решеткой со стороны внешней резьбы 3 (фиг. 2а), 2б)).

Фильтрующий элемент 6 со стороны решетки 4 может иметь форму усеченного конуса и выполнен с гидрофобной обработкой из упругого проволочного проницаемого материала, или из перфорированного фторопласта, или из перфорированных дискообразных полимерных пластин, или из фильтровальных проволочных сеток с полимерным покрытием.

Регенерируемый улавливатель шлама, показанный на фиг. 3, дополнительно может содержать конфузор 9, устанавливаемый на выходе улавливателя и находящийся внутри НКТ.

На все составные элементы фильтрующего элемента нанесено гидрофобное покрытие на основе фторорганических соединений.

Для предотвращения солеотложения на фильтрующих элементах, а также деталях фильтрующего модуля, контактирующих с пластовой жидкостью, на них наносят покрытие на основе фторорганических соединений, например, фторсиланы состава - CF₃-(CF₂)₅-C(O)-HN-(CH₂)₃-Si(OC₂H₅)₃; фторорганические соединения - сополимер 1,1-дигидроперфторгептилакрилата, N-метилолметакриламида и метилсульфата N-триметиламмонийэтилметакрилата; фторполимер С6 состава F(CF₂)₄-R. Также возможно использование и других покрытий на основе фторорганических соединений.

Так как соли являются водорастворимыми, то для оценки солеотложения (низкой адгезии поверхности к солям) можно использовать характеристику гидрофобности, чем выше гидрофобность, тем хуже соли закрепляются на поверхности изделия. Экспресс методом оценки низкой адгезии поверхности к солям является краевой угол смачивания, угол, который образуется между касательной, проведённой к поверхности фазы жидкость-газ и твёрдой поверхностью с вершиной, располагающейся в точке контакта трёх фаз. Гидрофобные покрытия должны обеспечивать краевой угол смачивания не менее 90°. Покрытие на основе фторорганических соединений позволяет получить краевой угол смачивания 118°, что говорит о его высоких гидрофобных свойствах, а, следовательно, низкой способности солей откладываться на поверхностях, на которые нанесено предложенное покрытие.

Также был отмечен тот факт, что обработанная поверхность была проверена на олеофобность, краевой угол смачивания в этом случае составил 84°, но смачивания поверхности маслом не происходило. В этом случае можно говорить о том, что покрытие может быть применимо и для предотвращения асфальтосмолопарафинистых отложений (АСПО).

Технология нанесения покрытия содержит следующие этапы: подготовка поверхности делали, например, пескоструйной обработкой, нанесение покрытия окунанием, сушка и закрепление в печи. Сами по себе покрытия на основе фторорганических соединений обладают не очень хорошей адгезией к металлам, поэтому для устранения этого недостатка и обеспечения стойкости покрытия применяется связующее, например, кремнийорганическое.

Таким образом, решения, используемые в изобретении, позволяют повысить надежность и ресурс фильтрующего элемента за счет гидро-, олеофобного покрытия и тем самым способствуют достижению технического результата.

Способ защиты насосного оборудования от осаждения загрязняющих частиц, включает установку между НКТ и насосным оборудованием регенерируемого улавливателя шлама.

В качестве примера будет рассмотрена установка улавливателя между НКТ и обратным клапаном, который может быть использован с электроцентробежными насосами, предназначенными преимущественно для перекачивания жидкостей с высоким содержанием механических примесей.

Устанавливают клапан сверху на выходе насоса. Затем к клапану с помощью резьбы 3 соединяют регенерируемый улавливатель. При помощи резьбы 2 улавливатель соединяют с НКТ. Как правило, между насосом и клапаном также устанавливаются одна или несколько НКТ. Для специалиста очевидно, что улавливатель можно установить непосредственно на выходе глубинного насоса без установки клапана.

После включения насоса в клапане создается давление, он открывается, обеспечивая прохождение жидкости. Поток жидкости проходит через отверстия 5 нагнетательной решетки 4 и воздействует на фильтрующий элемент 6, поднимая его вверх и образуя кольцевой зазор между нагнетательной решеткой 4 и фильтрующим элементом 6. После остановки насоса, клапан закрывается и препятствует обратному потоку жидкости. Фильтрующий элемент 6 под действием пружины 7 опускается на нагнетательную решетку 4 и препятствует осаждению механических примесей в зону клапана. В результате обеспечивается надежная защита клапана от загрязняющих частиц, что предотвращает турбинное вращение насоса.

Выполнение фильтрующего элемента 6 в форме усеченного конуса со стороны нагнетательной решетки 4 обеспечивает свободное прохождение механических примесей мимо фильтрующего элемента 6, когда тот находится в открытом положении при работе насоса.

Выполнение фильтрующего элемента 6 в форме усеченного конуса со стороны выхода из клапана облегчает его открытие при повторных пусках насоса, когда сверху на поверхности фильтрующего элемента скапливаются механические примеси.

Конфузор 9 обеспечивает увеличение скорости жидкости на выходе из регенерируемого улавливателя и способствует вымыванию механических примесей, скопившихся в регенерируемом улавливателе.

Таким образом, предложенное техническое решение способствует достижению технического результата, который заключается:

- в повышении функциональности регенерируемого улавливателя шлама за счет возможности его использования с любым типом насосов, клапанов и установки его в любой компоновке за насосным оборудованием, например, за клапанами, которые могут быть использованы с электроцентробежными насосами;

- в упрощении конструкции с одновременным повышением регенерируемой способности улавливателя шлама за счет удалении шлама с поверхности фильтрующего элемента потоком нагнетаемой жидкости;

- в повышении надежности и ресурса фильтрующего элемента за счет конструкции устройства и гидрофобного покрытия, а также повышения надежности и ресурса насосного оборудования за счет снижения попадания шлаков и продуктов коррозии трубы.

Все результаты достигаются благодаря конструкции регенерируемого улавливателя шлама и способа защиты погружного насосного оборудования от осаждения загрязняющих частиц.

Группа изобретений относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использована для увеличения продолжительности работы клапана с электроцентробежными или штанговыми глубинными насосами, предназначенными для перекачивания жидкостей с высоким содержанием механических примесей. Устройство установлено на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) для защиты насосного оборудования от осаждения загрязняющих частиц и содержит корпус, внутри которого установлена нагнетательная решетка, над которой установлен фильтрующий элемент, выполненный с возможностью перемещения вдоль оси корпуса и прижима к решетке пружинным механизмом. Фильтрующий элемент выполнен с гидрофобной обработкой из упругого проволочного проницаемого материала, или из перфорированного фторопласта, или из перфорированных дискообразных полимерных пластин, или из фильтровальных проволочных сеток. Повышается функциональность регенерируемого улавливателя шлама за счет возможности его использования с любым типом насосов, клапанов и установки его в любой компоновке за насосным оборудованием, в упрощении конструкции с одновременным повышением регенерируемой способности, в повышении надежности и ресурса фильтрующего элемента и насосного оборудования. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Регенерируемый улавливатель шлама для защиты погружного насосного оборудования от осаждения загрязняющих частиц, устанавливаемый в колонне насосно-компрессорных труб (НКТ), отличающийся тем, что содержит корпус, внутри которого установлена нагнетательная решетка, над которой установлен фильтрующий элемент, выполненный с возможностью перемещения вдоль оси корпуса и прижима к решетке пружинным механизмом, при этом фильтрующий элемент выполнен из упругого проволочного проницаемого материала, или из перфорированного фторопласта, или из перфорированных дискообразных полимерных пластин, или из фильтровальных проволочных сеток.

2. Регенерируемый улавливатель шлама по п.1, отличающийся тем, что фильтрующий элемент прижимается к нагнетательной решетке пружиной, расположенной над фильтрующим элементом.

3. Регенерируемый улавливатель шлама по п.1, отличающийся тем, что фильтрующий элемент прижимается к нагнетательной решетке пружиной, расположенной под нагнетательной решеткой.

4. Регенерируемый улавливатель шлама по п.1, отличающийся тем, что фильтрующий элемент, выполненный с гидрофобной обработкой, которая является гидрофобным покрытием на основе фторорганических соединений.

5. Регенерируемый улавливатель шлама по п.4, отличающийся тем, что гидрофобное покрытие дополнительно обладает олеофобными свойствами и дополнительно содержит входящее в его состав связующее между поверхностью фильтрующего элемента и покрытием.

6. Регенерируемый улавливатель шлама по п.5, отличающийся тем, что связующее представляет собой кремнийорганическое соединение.

7. Регенерируемый улавливатель шлама по п.4, отличающийся тем, что покрытие представляет собой фторсиланы состава - CF₃-(CF₂)₅-С(О)-HN-(СН₂)₃-Si(ОС₂Н₅)₃.

8. Регенерируемый улавливатель шлама по п.4, отличающийся тем, что покрытие представляет собой фторорганические соединения - сополимер 1,1 - дигидроперфторгептилакрилата, N-метилолметакриламида и метилсульфата N-триметиламмонийэтилметакрилата.

9. Регенерируемый улавливатель шлама по п.4, отличающийся тем, что покрытие представляет собой фторполимер С6.

10. Способ защиты погружного насосного оборудования от осаждения загрязняющих частиц на скважинное оборудование, включающий установку в НКТ над насосным оборудованием регенерируемого улавливателя шлама, выполненного по пп.1-9.