Протипісковий фільтр

Реферат: Протипісковий фільтр відцентрово-гравітаційного типу містить циліндричний корпус, верхні вхідні отвори, концентрично розташований усередині корпуса внутрішній елемент порожнистий ротор гвинтового героторного механізму. UA 73908 U (12) UA 73908 U UA 73908 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до нафтогазової промисловості, а саме до обладнання для видобутку нафти зі свердловин, зокрема з використанням штангового гвинтового насоса. При експлуатації всіх типів штангових і безштангових насосів виникає проблема відокремлення (сепарації) з рідини, що піднімається на поверхню, або газорідинної суміші, включень механічних домішок (піску) для того, щоб виключити або зменшити їх потрапляння в робочі органи та інші деталі насосів з метою збільшення міжремонтного періоду роботи свердловинного обладнання. Крім того, протипісковий фільтр може бути застосовано при експлуатації газових і газоконденсатних свердловин для очищення газового потоку, що надходить в колону підйомних труб, від механічних домішок та інших включень. Відомі різні конструкції протипіскових фільтрів, які встановлюються на прийомі свердловинних насосів [Лаврушко П.Н. Подземный ремонт скважин. - М.: Гостоптехиздат, 1961]. Найближчим аналогом до заявленої корисної моделі є протипісковий фільтр [Патент RU № 46534 U1, публ. 10.07.2005]. Він складається з концентрично розташованих зовнішніх і внутрішніх труб, між якими встановлено фільтруючий елемент, виконаний у вигляді шнека. При цьому внутрішня труба у верхній частині герметично з'єднана із зовнішньою трубою перевідником, нижче якого розташовуються вхідні отвори для надходження рідини. Недоліком даної конструкції фільтра є складність у виготовленні спеціального шнека і обмежені можливості регулювання його геометричних параметрів (число заходів, площа прохідного перерізу), що знижує ефективність використання фільтра в різних умовах експлуатації насоса. Задачею корисної моделі є розширення функціональних можливостей протипіскового фільтра. Поставлена задача корисної моделі вирішується тим, що у протипісковому відцентровогравітаційному фільтрі, який встановлено на прийомі штангового гвинтового насоса для видобутку нафти або в нижній частині колони насосно-компресорних труб газової свердловини і складається з циліндричного корпусу, що пов'язаний зі статором насоса або колоною насоснокомпресорних труб і має верхні вхідні отвори для надходження пластового флюїду, і концентрично розташованого усередині корпусу нерухомого внутрішнього елемента, виконаного у вигляді втулки з зовнішньою гвинтовою нарізкою, згідно з корисною моделлю, як внутрішній елемент фільтра використовують порожнистий ротор гвинтового героторного механізму з циклоїдальним профілем. Технічний результат, який досягається корисною моделлю, визначається тим, що гвинтовий фільтруючий елемент з циклоїдальним профілем, на відміну від елементарного шнека найближчого аналога, має плавну і регульовану в широкому діапазоні параметрів геометричну форму, яка залежить від поєднання числа заходів і чотирьох безрозмірних коефіцієнтів (позацентроїдності, зміщення, форми зубів, форми гвинтової поверхні), що впливають на середній діаметр, висоту зубів і крок гвинтової циклоїдальної поверхні [Балденко Д.Ф., Балденко Ф.Д., Гноевых А.Н. Одновинтовые гидравлические машины. - М.: ИРЦ "Газпром", 2005]. Крім того, як фільтруючий елемент може бути використаний ротор, що був у вжитку, гвинтового вибійного двигуна або насоса, вибракуваний з причини зносу зубів. На фіг. 1 представлено поздовжній переріз заявленого фільтра, розташованого в нижній частині штангового насоса для видобутку нафти, підвішеного на колоні насосно-компресорних труб. Стрілками показано напрям руху потоку нафти, що видобувається (Q) від приймальних вікон до входу в насос, а також напрямок обертання колони штанг (). На фіг. 2 представлено поздовжній переріз заявленого фільтра, розташованого в нижній частині колони насосно-компресорних труб, для експлуатації газової свердловини. На фіг. 3 представлено поперечні перерізи фільтра в зоні гвинтового ротора з різним числом входів z (z=2, z=4 і z=8). Протипісковий фільтр містить: 1 - робочі органи насоса (пара ротор-статор), 2 - обсадна колона; 3 - нерухомий порожнистий ротор; 4 - корпус з циліндричною розточкою; 5 - нижня кришка корпусу; колона насосно-компресорних труб або НКТ (не показано). Протипісковий фільтр для насосної експлуатації свердловин складається з корпусу 4 з циліндричною розточкою, у верхній частині якого виконано вхідні отвори, а в нижній частині розташовано відстійну камеру для сепарованого піску (її довжина може становити кілька метрів в залежності від дебіту свердловини і змісту механічних домішок). Усередині корпусу встановлено нерухомий порожнистий ротор 3 з зовнішньою гвинтовою циклоїдальною нарізкою, що виконує функції шнека. Хвостовик ротора герметично закріплено в корпусі 4. Верхню частину корпусу 4 з'єднано за допомогою різьби зі статором робочих органів насоса 1. Нижню частину корпусу закрито кришкою 5. 1 UA 73908 U 5 10 15 20 Протипісковий фільтр за принципом дії належить до відцентрово-гравітаційного типу, працює таким чином. Видобувний свердловинний флюїд (рідина, газ, газорідинна суміш), що містить механічні домішки, за рахунок пластового тиску надходить з обсадної колони 2 у вхідні отвори корпусу 4 і далі у гвинтові порожнини, утворені між концентрично розташованими внутрішньою циліндричною розточкою корпусу 4 і зовнішньою гвинтовою поверхнею нерухомого ротора 3. При своєму гвинтовому русі потік переміщується вниз і закручується, при цьому тверді частинки у вигляді піску, відкидаються відцентровою силою на стінку труби 4, сповзають вниз і осідають у відстійній камері. У той же час очищений потік більш легкого пластового флюїду повертається на 180° і через розточку порожнистого ротора 3, переміщуючись вгору, надходить на прийом робочих органів насоса 1 або в колону НКТ (не показано) газової свердловини. Як робочу частину внутрішнього елемента фільтра використовують фрагмент циклоїдального ротора гвинтового героторного механізму (насоса або гідродвигуна), в тому числі такого, що був у вжитку і вибракуваний з причини зносу зубів. Варіюючи діаметром dcp, числом входів z, висотою зубів h і кроком t гвинтової циклоїдальної поверхні, може бути досягнуто максимальну ефективність очищення потоку видобувного флюїду від твердих частинок в заданих умовах експлуатації свердловини. Для насосного режиму експлуатації нафтової свердловини цей стан підтверджується наступними викладками. Осьова швидкість рідини в каналах робочих органах фільтра: Q F де Q - об'ємна витрата рідини (подача насоса); F - площа прохідного перерізу (між отвором Cz  труби і циклоїдальним профілем ротора), що складається з z замкнутих секторів. F  zS0   2  2 D  S  D2  dcp . 4 4 Тут S 0 - площа одного сектора; D - внутрішній діаметр труби; S - площа перерізу ротора; 25 30 dcp - середній діаметр зубів ротора. При заданому діаметрі труби площа прохідного перетрізу F знижується при збільшенні числа заходів ротора, що наочно видно на фіг. 2, що в свою чергу призводить до зростання осьової швидкості рідини. Крім того, площа прохідного перерізу може також регулюватися шляхом коригування профілю ротора за рахунок зміни висоти зубів. Окружна складова швидкості c u  c z  ctg , де  - кут підйому гвинтової лінії зубів ротора, ctg  dср / t . Кутова швидкість закрученого потоку  35 40 2c u  f (Q; D; z; ) . dcp Можливим альтернативним варіантом конструктивного виконання фільтра є схема, в якій гвинтові нарізки виконані на внутрішній поверхні зовнішнього елемента (може використовуватися статор гвинтового героторного механізму), а внутрішній елемент являє собою гладку циліндричну втулку. Пропонована конструкція фільтра забезпечує також побічний технічний ефект, оскільки вона може виконувати функції упорного пальця, необхідного для підгонки положення ротора в статорі насоса при монтажі установки. Для цієї мети корпус фільтра має розташований у верхній частині уступ, наприклад поєднаний з торцем гвинтового ротора. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 55 1. Протипісковий відцентрово-гравітаційний фільтр, який встановлений на прийомі штангового гвинтового насоса для видобутку нафти або в нижній частині колони насосно-компресорних труб газової свердловини і складається з циліндричного корпусу, що пов'язаний зі статором насоса або колоною насосно-компресорних труб і має верхні вхідні отвори для надходження пластового флюїду, і концентрично розташованого усередині корпусу нерухомого внутрішнього елемента, виконаного у вигляді втулки з зовнішньою гвинтовою нарізкою, який відрізняється тим, що як внутрішній елемент фільтра використовують порожнистий ротор гвинтового героторного механізму з циклоїдальним профілем. 2. Протипісковий фільтр за п. 1, який відрізняється тим, що число заходів, висота зубів і кут підйому гвинтової поверхні внутрішнього елемента фільтра вибираються, виходячи з 2 UA 73908 U досягнення максимальної ефективності очищення свердловинного флюїду від твердих частинок в заданих умовах експлуатації. 3 UA 73908 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4