Скважинный газогидродинамический излучатель-диспергатор Советский патент 1992 года по МПК E21B43/00 

Скважинный газогидродинамический излучатель-диспергатор относится к об ласти добычи газа и нефти, в частнос- ти к движению газожидкостных смесей в подъемных трубах скважин, и может быть использован для интенсификации выноса жидкости (воды и углеводородного конденсата) из газовых скважин и очистки от скопившейся жидкости призабойной зоны пласта.

Известен скважинный газогидродинамический излучатель-диспергатор,со- . держащий корпус с центральным каналом, расположенные по обе стороны последнего две вихревые цилиндрические камеры со стенками из эластичного материала и взаимодействующий с вихревыми камерами внешний источник управляемого давления жидкости или газа, выполненный в виде пульсатора, под

воздействием которого изменяются размеры камер и тем самым генерируются колебания разной частоты,,

Недостатком излучателя-диспергато- g pa является низкая эффективность дис пергирования жидкости в газе и акустического воздействия на газожидкостный поток вследствие попадания в вихревые камеры незначительной части об-JQ щего потока газожидкостной смеси, что связано с малой площадью контактирования вихревых камер с центральным каналоМо Кроме этого, для создания в излучателе-диспергаторе колебаний ной частоты требуется внешний источник управляемого давления жидкости или газа, а пульсатор постоянно настроен на заданный темп изменения давления, что снижает эффективность ра- 20 боты устройства в условиях переменного расхода газожидкостной смеси

Известен также скважинный газогидродинамический излучатель диспергатор, содержащий корпус с центральным и 25 кольцевым каналами в виде двух усеченных конусов, направленных вершинами друг к другу, между которыми имеются расположенные на одном уровне и сообщающиеся с каналами идентичные 30 вихревые тороидальные камеры, причем стенки примыкающих одна к другой камер центрального и кольцевого каналов выполнены из эластичного материала о35

Данный излучатель-диспергатор, работающий за счет использования естественной энергии пластового газа, характеризуется недостаточной эффективностью диспергирования жидкости в га- Q зе и акустического воздействия на газожидкостный поток вследствие сравни - тельно небольшого взаимного изменения размеров вихревых камер центрального и кольцевого каналов в процессе рабо- 45 ты устройства и возможности самоглушения на выходе излучателя-диспергато- ра колебаний потоков, поступающих из центрального и кольцевого каналов,

Цель изобретения - повышение эффект нию с прототипом значительно увеличитивности диспергирования жидкости в газе и возможности акустического воздействия на газожидкостный поток в- стволе скважины и призабойной зоне пласта.

I Поставленная цель достигается тем, что скважинный газогидродинамимеский излучатель-диспергатор, содержащий корпус с центральным каналом в виде

55

вается диапазон изменения размеров вихревой тороидальной камеры, который можно регулировать выбором возвратной пружины соответствующей жесткости, а также отсутствует опасность самоглушения колебаний на выходе излучателя- диспергатора вследствие наличия в и предлагаемом устройстве одного потока газожидкостной смеси вместо двух потодвух усеченных конусов, направленных вершинами друг к другу, между которыми установлена сообщающаяся с цент- , ральным каналом вихревая тороидальная камера, снабжен установленной на входе вихревой тороидальной камеры втулкой-сепаратором с центральным проходным каналом, выполненным в виде расширяющегося в сторону входа вихревой тороидальной камеры усеченного конуса с винтообразными пазами с равномерно расположенными по длине последних сквозными радиальными отверстиями, а вихревая тороидальная камера образована двумя диспергирующими элементами, выполненными в виде конфузо- ра и диффузора с соосно расположенными центральными каналами в виде двух усеченных конусов, направленных вер- шинами друг к другу, причем один из диспергирующих элементов размещен неподвижно в корпусе, а второй выполнен подвижным и подпружинен относительно первого, при этом втулка-сепаратор и корпус образуют между собой камеру гидравлически сообщенную с вихревой тороидальной камерой0

Существенными признаками предлагаемого скважинного гаэогидродинамичес- кого излучателя-диспергатора по срав нению с известными устройствами являются следующие признаки,

1 о Выполнение вихревой тороидальной камеры разъемной в дис- пергирующих элементов, подпружиненных между собой (и/или по отношению к корпусу), что позволяет изменять размеры вихревой, тороидальной камеры и тем самым генерировать колебания разной частоты под воздействием собственной энергии газожидкостного потока без привлечения внешнего источника давления жидкости или газа. При этом величина и периодичность изменения размеров вихревой тороидальной камеры зависят от характеристик газожидкостного потока, т„е0 данные величины являются саморегулируемымио По сравне-

5

вается диапазон изменения размеров вихревой тороидальной камеры, который можно регулировать выбором возвратной пружины соответствующей жесткости, а также отсутствует опасность самоглушения колебаний на выходе излучателя- диспергатора вследствие наличия в и предлагаемом устройстве одного потока газожидкостной смеси вместо двух пото517782796

ков (центрального и кольцевого) в про- не сквозными радиальными отверстия-

тотипе, взаимодействующих между собой ми Ю.

на его выходе.Вихревая тороидальная камера 2 об2. Оборудование входа вихревой то- разует с поверхностью каналов 5, &

тупые и острые кромки 11, 12„ Верхроидальнои камеры втулкой-сепаратором с центральным проходным каналом, выполненным в виде расширяющегося в сторону входа вихревой тороидальной каме

ний диспергирующий элемент (диффузор) k закреплен неподвижно в корпусе 1 прижимной гайкой 13 с центральным отры усеченного конуса с винтообразными IQ (верстием, Нижний диспергирующий элемент (конфузор) 3 выполнен подвижным и подпружинен относительно верхнего диспергирующего элемента возвратной пружиной Втулка-сепаратор 7 обопазами с равномерно расположенными по их длине сквозными радиальными отверстиями, что позволяет отбирать из газожидкостного потока часть жидкости

тупые и острые кромки 11, 12„ Верхний диспергирующий элемент (диффузор) k закреплен неподвижно в корпусе 1 прижимной гайкой 13 с центральным отерстием, Нижний диспергирующий элемент (конфузор) 3 выполнен подвижным и подпружинен относительно верхнего диспергирующего элемента возвратной пружиной Втулка-сепаратор 7 обо

Изобретение позволяет повысить эффективность диспергирования жидкости в газе и возможности акустического воздействия на газожидкостный поток в стволе скважины и призабойной зоне пласта, для чего скважинный газогидродинамический излучатель-дисперга- тор, содержащий корпус с центральным каналом в виде двух усеченных конусов, направленных вершинами друг к . | ДРУГУ, между которыми установлена сообщающаяся с центральным каналом вихревая камера, снабжен установленной на входе вихревой тороидальной камеры втулкой-сепаратором с центральным проходным каналом, выполненным в виде расширяющегося в сторону входа вихревой тороидальной камеры усеченного конуса с винтообразными пазами с равномерно расположенными по длине последних сквозными радиальными отверстиями, а вихревая тороидальная камера образована двумя диспергирующими элементами, выполненными в виде конфузора и диффузора с соосно расположенными центральными каналами в виде двух усеченных конусов, направленных вершинами друг к другу, причем один из диспергирующих элементов размещен неподвижно в корпусе, а второй выполнен подвижным и подпружинен относительно первого, при этом втулка-сепаратор и корпус образуют между собой камеру, гидравлически сообщенную с вихревой тороидальной камерой„ 1 ило VJ VI 00 ю ю

с последующим вводом отделенной жид- 15 рудована равномерно расположенными по

кости из камеры между втулкой-сепаратором и корпусом в вихревую тороидальную камеру через каналы, примыкающие к ее наружной поверхностно Пода- ча части жидкости в виде отдельных струй непосредственно в вихревую тороидальную камеру с высокими скоростями движения газожидкостного потока приводит к ее интенсивному дроблению, что способствует созданию высокодисперсной структуры газожидкостной смеси„

Эти существенные отличия обеспечивают новизну и положительный эффект от применения предлагаемого устройства по сравнению с известными0

На фиг, 1 изображен продольный разрез предлагаемого скважинного газо- гидродинамического излучателя-диспер- гатора для варианта, когда верхний г диспергирующий элемент (диффузор) закреплен неподвижно в корпусе, второй (нижний) диспергирующий элемент (конйузор) выполнен подвижным и подпружинен относительно первого возвратной пружиной; на фиг 2 - то же, вид сверху на фиг0 3 - сечение А-А излучателя-диспергатора,

Скважинный газогидродинамический излучатель-диспергатор , содержит корпус 1, вихревую тороидальную камеру

2, образованную нижним и верхним диспергирующими элементами 3, , выполненными в виде конфузора и диффузора, с соосно расположенными централь- ными каналами 5, 6 в виде двух усеченных конусов, направленных вершинами друг к другу, и установленную на входе вихревой тороидальной камеры 2 втулку-сепаратор 7 с центральным проходным каналом 8, выполненным в виде расширяющегося в сторону входа вихревой тороидальной камеры усеченного конуса с винтообразными пазами 9 с j равномерно расположенными по их

5

0

0

5

окружности в ее верхней части вертикальными цилиндрическими патрубками 15о Через патрубки 15 и выполненные в нижнем диспергирующем элементе 3 вертикальный кольцевой канал 16 и радиальные каналы 17 камера 18 между втулкой-сепаратором 7 и корпусом 1 гидравлически сообщается с вихревой тороидальной камерой 2 со стороны ее внешней стенки. Радиальные каналы 17 равномерно располагаются по окружности вихревой тороидальной камеры 2„ Количество и диаметр радиальных каналов 17 выбираются такими, чтобы обеспечить ввод в вихревую тороидальную камеру 2 всей отделяемой во втулке- сепараторе 7 жидкости в виде достаточно малых струй о Для предотвращения кругового перемещения нижнего диспергирующего элемента 3 в процессе работы излучателя-диспергатора верхняя часть втулкк-сепаратора 7 и нижняя часть нижнего диспергирующего элемента 3 выполнены соответствующей

0 формы, как это показано на фиг0 1 и фиг о Ъ о Возможен вариант оборудования нижней части наружной поверхности нижнего диспергирующего элемента 3 буртиками и выполнения на внутренней

5 поверхности корпуса 1 вертикальных пазов, по которым будут скользить буртики при перемещении нижнего диспергирующего элемента 3. Втулка-сепаратор 7 закрепляется в корпусе 1 при0 жимной гайкой 19 с центральным отвер- стиеМо Для предотвращения перетоков жидкости и газа вдоль стенок корпуса 1 и между нижним диспергирующим элементом 3 и втулкой-сепаратором 7 слу5 жат уплотнительные элементы 20„

Возможны варианты выполнения скважинного газогицродинамического излуче-

ния диспергатора с подвижным нижним диспергирующим элементом 3,когда возврат ная пружина размещается со стороны втулки-сепаратора 7 (корпуса 1) или применяются две возвратные пружины, расположенные сверху и снизу диспергирующего элемента 3, а также вариан- ты с подвижным верхним диспергирующим элементом Ь и расположением возврат- ной пружины со стороны нижнего диспергирующего элемента 3 и/или корпуса 1„

Скважинный газогидродинамический излучатель-диспергатор монтируется у башмака лифтовых труб и крепится к ним своими верхним концом,, В случае необходимости по длине колонны лифтовых труб устанавливается несколько из лучателей-диспергаторово Направление движения газожидкостной смеси через излучатель-диспергатор показано стрелкамис

Скважинный газогидродинамический излучатель-диспергатор работает сле дующим образомо

В процессе подъема по лифтовым трубам газожидкостная смесь поступает через центральное отверстие в нижней гайке 19 во втулку-сепаратор 7с Двигаясь по центральному каналу 8с винтообразными пазами 9, она приобретает вращательное движение„ Под действием центробежных сил жидкость отбрасывается к стенкам внутренней поверхности втулки-сепаратора 7 и через радиальные отверстия 10 перетекает в камеру 18, расположенную между втулкой-сепаратором 7 и корпусом 1« Выполнение центрального канала 8 втулки-сепаратора 7 в виде расширяющегося в сторону входа вихревой тороидальной камеры конуса способствует более полному разделению компонент потока вследствие постепенного увеличения центробежной силы по мере подъема газожидкостной смеси„

Частично отсепарированный газ с каплями жидкости и не отделившейся жидкой фазой поступает в центральный проходной канал 5 нижнего диспергирующего элемента 3 По мере подъема газожидкостной смеси площадь сечения канала 5 уменьшается„ Это приводит к увеличению скорости движения газожидкостного потока, что способствует диспергированию находящейся в газе жидкости. На выходе канала 5 часть газа захватывается острыми кромками 12 и попадает в вихревую тороидаль

20

25

„ JQ

15

30 ао

782798

ную камеру 2, где он, вращаясь, возбуждает колебания проходящего по каналам 5 и 6 основного потока газа0 В результате этого создаются ультразвуковые колебания, воздействующие на газожидкостный поток

Вследствие высоких скоростей движения газа в вихревой тороидальной камере 2 давление в ней падает,, Под действием создающегося перепада давления между давлениями в камере 18 и вихревой тороидальной камере 2 скопившаяся в камере 18 жидкость поступает по патрубкам 15 в кольцевой канал 16 и через радиальные каналы 17 впрыскивается в виде отдельных струек во вращающийся в вихревой тороидальной камере 2 поток газа, переходя в мелкодисперсное состояние,,

Таким образом, в предлагаемом скважинном газогидродинамическом из- лучателе-диспергаторе в отличие от прототипа и аналога диспергирование поступающей вместе с газом из пласта жидкости осуществляется последовательно, в два приема о Сначала в канале 5 и на тупых и острых кромках 11, 12 вихревой тороидальной камеры 2 происходит диспергирование неотделившейся во втулке-сепараторе 7 жидкости. В вихревую тороидальную камеру 2 поступает однородный высокодисперсный газожидкостный поток, который,в свою очередь, диспергирует вторую часть жидкости, вводимую в вихревую тороидальную камеру 2 через патрубки 15, кольцевой канал 16 и радиальные каналы 17.

Акустическое воздействие на газожидкостный поток, дополнительная турбулизация газожидкостной смеси на тупых и острых кромках 11, 12 вихревой тороидальной камеры 2 в сочетании с отбором части жидкости из газожидкостного потока во втулке-сепараторе на входе вихревой тороидальной камеры 2 и последующим вводом ее в виде отдельных струек в вихревую тороидальную камеру 2 приводят к интенсивному диспергированию жидкости в газе. Повышению эффективности диспергирования газожидкостной смеси способствует также выполнение нижнего диспергирующего элемента 3 подвижным. Под действием создаваемых вихревой камерой 2 ультразвуковых колебаний нижний диспергирующий элемент 3 не45

50

55

прерывно вибрирует, изменяя размеры

917

(объем) вихревой камеры 20 Соответственно изменяется объем газожидкостной смеси, захватываемой.острыми кромками 12 и попадающей в вихревую тороидальную камеру 20 При этом диа пазон колебания размеров вихревой тороидальной камеры 2 значительно больше, чем в прототипе Амплитуду колебаний нижнего диспергирующего эл мента 3 можно регулировать выбором возвратной пружины 11 соответствую- щей жесткостИо Как известно, частота колебаний зависит от геометрических размеров (объема и диаметра) вихревой тороидальной камеры и скорости движения газожидкостного потока через каналы 5, 6. Вследствие непрерывного изменения размеров вихревой тороидальной камеры 2 возникают колебания переменной частоты и создаются в газожидкостном потоке периодические гидравлические удары, значительно повышающие эффективность диспергирования жидкости в газе0 При этом в отличие от прототипа отсутствует опасность самоглушения колебаний на выходе излучателя-диспергаторао

Создаваемые в скважинном газогидродинамическом излучателе-дисперга- торе мощные ультразвуковые колебания переменной частоты распространяются в виде волн по колонне лифтовых труб и воздействуют на призабойную зону

пласта о Они способствуют дополнитель-35 ным в виле Расширяющегося в сторону ному дроблению капель жидкости на вы- входа вихревой тороидальной камеры

усеченного конуса с винтообразными пазами с равномерно расположенными п длине последними сквозными радиальны

ходе излучателя-диспергатора, турбу- лизируют пристенный слой жидкости в подъемных трубах, препятствуя образованию висячих жидкостных пробок, и обеспечивают поддержание по всей длине колонны лифтовых труб созданной в диспергаторе высокодисперсной структуры газожидкостной смеси„ В результате снижаются потери давления в лифтовых трубах„ При воздействии на призабойную зону пласта уменьшается насыщенность пористой среды жидкой фазой, увеличивается ее подвижность,

усеченного конуса с винтообразными пазами с равномерно расположенными длине последними сквозными радиальн

40 ми отверстиями, а вихревая тороидал ная камера образована двумя диспергирующими элементами, выполненными в виде конфузора и диффузора с соос но расположенными центральными кана

45 лами в виде двух усеченных конусов, направленных вершинами друг к другу причем один из диспергирующих элеме тов размещен неподвижно в корпусе, второй выполнен подвижным и подпруж

происходит разрушение аномальных ело- 50 нен относительно первого, при этом

втулка - сепаратор и корпус образую между собой камеру, гидравлически с общенную с вихревой тороидальной ка мерой „

ев жидкости на поверхности поровых каналов и постепенная осушка призабой- ной зоны пласта, что приводит к росту фазовой проницаемости пористой среды для газа

5

279

, о

0

5

0

10

В результате применения предлагаемого скважинного газогидродинамического излучателя-диспергатора увеличиваются дебиты газовых скважин и продлевается период их устойчивой работы при наличии жидкости в добываемой продукции,

I г

Скважинныи газогидродинамическии

излучатель-диспергатор целесообразно использовать при эксплуатации газовых скважин в условиях обводнения и ретроградной конденсации углеводородной смеси

Л о р м у л а изобретения

Скважинныи газогидродинамический излучатель-диспергатор, содержащий корпус с центральным каналом в виде двух усеченных конусов, направленных вершинами друг к другу, между которыми установлена сообщающаяся с каналом вихревая тороидальная камера, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности диспергирования жидкости в газ и возможности акустического воздействия на газожидкостной поток в стволе скважины и приза- бойной зоне пласта, он снабжен установленной на входе вихревой тороидальной камеры втулкой-сепаратором с центральным проходным каналом, выполненным в виле Расширяющегося в сторону входа вихревой тороидальной камеры

усеченного конуса с винтообразными пазами с равномерно расположенными по длине последними сквозными радиальными отверстиями, а вихревая тороидальная камера образована двумя диспергирующими элементами, выполненными в виде конфузора и диффузора с соос- но расположенными центральными каналами в виде двух усеченных конусов, направленных вершинами друг к другу, причем один из диспергирующих элементов размещен неподвижно в корпусе, а второй выполнен подвижным и подпружинен относительно первого, при этом

втулка - сепаратор и корпус образуют между собой камеру, гидравлически сообщенную с вихревой тороидальной камерой „