RU2664095C1

RU2664095C1 - Self-cleaning filtration module with the gas separation function

Info

Publication number: RU2664095C1
Application number: RU2017130657A
Authority: RU
Inventors: Рашит Салимович Юмачиков; Руслан Рашитович Юмачиков; Альфия Рашитовна Давлиева
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ИНЖЕНИ"
Priority date: 2017-08-29
Filing date: 2017-08-29
Publication date: 2018-08-15

Abstract

FIELD: mining.SUBSTANCE: invention relates to mining industry. Device includes a hollow body with a splined shaft, which is located in the body cavity on the rotation supports, a casing with inlet and outlet openings on the side surface, a filter element in the annular gap between the body and the casing. Flow perforated screen 12 of a conical shape is positioned in the area of the inlet openings 8 of the casing 7, which ensures a preliminary purification of a portion of the formation fluid 17 from mechanical impurities as it passes through the perforations 13 of the screen 12 and due to the labyrinthine trajectory of fluid movement through the ends of the screen 12 into the area of the inlet openings 8 of the casing 7. Portion of the free gas 18, moving along the perforated screen 12, is forcedly dispersed and mixed with the formation fluid stream 17. Due to the conical shape of the screen 12, the openings 13 are cleaned, the remaining portion of the free gas 18 rises to the wellhead. One stage of filtration of mechanical impurities is added, the flow of free gas 18 into the area of the filter element 10 is excluded.EFFECT: invention relates to the mining industry and is intended to protect deep oil pumps against mechanical impurities and against free gas, which is contained in the formation fluid.1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для защиты глубинных нефтяных насосов от механических примесей и свободного газа, содержащихся в пластовой жидкости.The invention relates to the mining industry and is intended to protect deep oil pumps from mechanical impurities and free gas contained in the reservoir fluid.

Известен газовый якорь чашечного типа, содержащий всасывающий патрубок с осевым и радиальными каналами, ряд последовательно размещенных одна над другой на всасывающем патрубке чашек, накопительный патрубок, радиальные каналы всасывающего патрубка расположены на уровне днища каждой чашки, высота которой определена из соотношения: h > Vпг × t/2, где Vпг - скорость всплытия пузырьков газа в чашке; t - время цикла откачки пластовой жидкости штанговым насосом, при этом суммарный объем чашек принят из условия превышения суммарного объема пластовой жидкости в этих чашках над объемом подачи штангового насоса за одно качание [1].A cup-type gas anchor is known, comprising a suction nozzle with axial and radial channels, a series of cups successively placed one above the other on the suction nozzle of the cups, an accumulator nozzle, radial channels of the suction nozzle are located at the bottom level of each cup, the height of which is determined from the relation: h> Vпг × t / 2, where Vпг is the ascent rate of gas bubbles in the cup; t is the cycle time of pumping formation fluid with a rod pump, and the total volume of the cups is taken from the condition that the total volume of reservoir fluid in these cups exceeds the supply volume of the rod pump in one swing [1].

Недостатком газового якоря является снижение пропускной способности из-за закупорки радиальных каналов механическими примесями по причине неравномерной интенсивности истечения пластовой жидкости через радиальные каналы во всасывающий патрубок, интенсивность истечения в верхней чашке выше, чем в нижерасположенных, при этом величина интенсивности истечения снижается от верхней чашки до нижней, это связано с тем, что депрессия, создаваемая насосом, распространяется сверху вниз по всасывающему патрубку, недостатком газового якоря является необходимость комплектации его фильтром механических примесей для обеспечения надежности его работы.The disadvantage of a gas anchor is a decrease in throughput due to blockage of radial channels by mechanical impurities due to the uneven intensity of the outflow of formation fluid through the radial channels into the suction pipe, the flow rate in the upper cup is higher than in the lower cups, while the flow rate decreases from the upper cup to lower, this is due to the fact that the depression created by the pump spreads from top to bottom along the suction pipe, the disadvantage of a gas armature is There is a need to equip it with a filter of mechanical impurities to ensure the reliability of its operation.

Наиболее близким решением, взятым за прототип, является модуль фильтрации самоочищающийся, содержащий фильтроэлемент, выполненный в виде усеченного конуса, закрепленного с возможностью перекрытия кольцевого зазора между полым корпусом и концентрично расположенным кожухом, имеющим входные и выходные отверстия на боковой поверхности, полый корпус, содержащий верхний и нижний фланцы, шлицевой вал, размещенный в полости корпуса, при этом кожух со стороны входных отверстий прикреплен к корпусу в зоне нижнего фланца, на боковой поверхности полого корпуса в зоне верхнего фланца выполнены окна, концентрично расположенный кожух герметично соединен с полым корпусом в зоне верхнего фланца, фильтроэлемент вершиной усеченного конуса прикреплен к полому корпусу в зоне входных отверстий на кожухе, далее фильтроэлемент, раскрываясь в сторону верхнего фланца, прикреплен основанием к кожуху в интервале между выходными отверстиями и герметичным соединением кожуха с корпусом [2].The closest solution taken as a prototype is a self-cleaning filter module containing a filter element made in the form of a truncated cone, fixed with the possibility of overlapping the annular gap between the hollow body and concentrically located housing having inlet and outlet openings on the side surface, a hollow body containing an upper and lower flanges, a spline shaft located in the cavity of the housing, while the casing from the side of the inlet holes is attached to the housing in the area of the lower flange, on the side surface windows are made in the hollow housing in the area of the upper flange, a concentrically located housing is hermetically connected to the hollow housing in the upper flange area, the filter element is attached to the hollow body with the top of the truncated cone in the area of the inlet openings on the housing, then the filter element, opening towards the upper flange, is attached by the base to the housing in the interval between the outlet openings and the hermetic connection of the casing with the housing [2].

Преимуществом прототипа по сравнению с аналогом является локальное поступление пластовой жидкости в зону фильтрации, при этом часть свободного газа, в зависимости от его количества, проходит по кольцевому зазору между кожухом модуля и эксплуатационной колонной.The advantage of the prototype compared to the analogue is the local flow of formation fluid into the filtration zone, while part of the free gas, depending on its amount, passes through the annular gap between the module casing and the production casing.

Недостатками прототипа является разница сечений на участке нижнего фланца (основания) и промежутке от фланца до крайней отметки перфорационных отверстий входа пластовой жидкости в зону фильтрации, на данных интервалах при размещении прототипа в скважине образуются кольцевые пространства, при этом величина пространства в интервале отверстий входа пластовой жидкости в зону фильтрации превышает величину пространства в интервале фланца, в результате при поступлении пластовой жидкости из меньшего пространства в большее происходит завихрение и увеличение давления потока жидкости и свободного газа в итоге часть газа поступает в зону основного фильтроэлемента, что может осложнить работу глубинного насоса, включая срыв подачи жидкости на устье и аварийную остановку оборудования.The disadvantages of the prototype is the difference in cross sections on the lower flange (base) and the interval from the flange to the extreme mark of the perforation holes of the formation fluid inlet to the filtration zone, at these intervals when the prototype is placed in the well, annular spaces are formed, while the amount of space in the interval of the formation fluid inlet openings in the filtration zone exceeds the amount of space in the flange interval, as a result, when the reservoir fluid enters from the smaller space to the larger, a swirl occurs rhenium and an increase in the pressure of the liquid flow and free gas, as a result, part of the gas enters the zone of the main filter element, which can complicate the operation of the downhole pump, including disruption of the fluid supply to the mouth and emergency shutdown of the equipment.

Задачей изобретения является создание модуля фильтрации самоочищающегося с функцией газоотделения, обеспечивающего очистку пластовой жидкости от механических примесей при прохождении через фильтроэлемент, а также отделение свободного газа из потока очищаемой пластовой жидкости, поступающей на вход в зону расположения фильтроэлемента, при этом часть свободного газа принудительно диспергируется, остальная часть газа поднимается к устью скважины.The objective of the invention is the creation of a self-cleaning filter module with a gas separation function, which ensures the formation fluid is cleaned of mechanical impurities when passing through the filter element, as well as the separation of free gas from the stream of cleaned formation fluid entering the inlet of the filter element, while part of the free gas is forcibly dispersed, the rest of the gas rises to the wellhead.

Технический результат достигается тем, что модуль фильтрации самоочищающийся с функцией газоотделения, содержащий полый корпус с фланцами по концам и шлицевым валом, размещенным в полости корпуса на опорах вращения, кожух, имеющий входные и выходные отверстия на боковой поверхности, фильтроэлемент, расположенный в кольцевом зазоре между корпусом и кожухом, при этом в зоне входных отверстий к кожуху концентрично прикреплен на продольных ребрах проточный перфорированный экран, выполненный в виде усеченного конуса, раскрывающегося по ходу движения пластовой жидкости по стволу скважины.The technical result is achieved in that the self-cleaning filter module with a gas separation function, comprising a hollow body with flanges at the ends and a spline shaft located in the body cavity on the rotation supports, a casing having inlet and outlet openings on the side surface, a filter element located in the annular gap between case and casing, while in the area of inlets to the casing, a flow perforated screen is made concentrically attached to the longitudinal ribs, made in the form of a truncated cone, opening along in motion the formation fluid in the wellbore.

Сущность изобретения заключается в том, что размещение проточного перфорированного экрана 12 конической формы в зоне входных отверстий 8 кожуха 7 обеспечивает предварительную очистку части пластовой жидкости 17 от механических примесей при прохождении через перфорационные отверстия 13 перфорированного экрана 12 конической формы и за счет лабиринтной траектории движения жидкости через торцы перфорированного экрана 12 в зону входных отверстий 8 кожуха 7, при этом часть свободного газа 18, перемещаясь вдоль перфорированного экрана 12, принудительно диспергируется и смешивается с потоком пластовой жидкости 17, при этом благодаря конической форме перфорированного экрана 12 происходит очистка отверстий 13, оставшаяся часть свободного газа 18 поднимается к устью скважины, в результате дополняется одна ступень фильтрации механических примесей из пластовой жидкости 17, частичная диспергация свободного газа 18, исключается поступление свободного газа 18 в зону расположения фильтроэлемента 10.The essence of the invention lies in the fact that the placement of a flowing perforated screen 12 of a conical shape in the area of the inlet openings 8 of the casing 7 provides preliminary cleaning of part of the formation fluid 17 from mechanical impurities when passing through the perforation holes 13 of the perforated screen 12 of the conical shape and due to the labyrinth trajectory of the fluid through the ends of the perforated screen 12 into the zone of the inlet openings 8 of the casing 7, while part of the free gas 18, moving along the perforated screen 12, will force flax is dispersed and mixed with the flow of formation fluid 17, due to the conical shape of the perforated screen 12, the holes 13 are cleaned, the remaining part of the free gas 18 rises to the wellhead, as a result of which one stage of filtering of mechanical impurities from the formation fluid 17 is supplemented, partial dispersion of the free gas 18, free gas 18 is excluded from entering the filter element 10.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид модуля фильтрации самоочищающегося с функцией газоотделения; на фиг. 2 представлена схема функционирования модуля в скважине в составе электроцентробежного насоса, где условно показан насос 14, протектор 15 и эксплуатационная колонна 16.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a general view of a self-cleaning filter module with a gas separation function; in FIG. 2 shows a diagram of the functioning of the module in the well as part of an electric centrifugal pump, where the pump 14, tread 15 and production casing 16 are conventionally shown.

Модуль фильтрации самоочищающийся с функцией газоотделения (фиг. 1) включает полый корпус 1, головку 2 с отверстиями 3, основание 4, шлицевой вал 5, подшипники скольжения 6, кожух 7, входные отверстия 8, выходные отверстия 9, фильтроэлемент 10, ребра 11, перфорированный экран 12 с отверстиями 13.A self-cleaning filtering module with a gas separation function (Fig. 1) includes a hollow body 1, a head 2 with holes 3, a base 4, a spline shaft 5, sliding bearings 6, a casing 7, inlet openings 8, outlet openings 9, a filter element 10, ribs 11, perforated screen 12 with holes 13.

Модуль фильтрации самоочищающийся с функцией газоотделения (фиг. 2) эксплуатируется в составе установки электроцентробежного насоса (УЭЦН) и размещается между протектором 15 и насосной секцией 14. Пластовая жидкость 17 и попутный свободный газ 18, не растворенный в пластовой жидкости, поднимаясь в направлении устья скважины, проходят через кольцевой зазор между основанием 4 и эксплуатационной колонной 16 и далее через кольцевой зазор между перфорированным экраном 12 и эксплуатационной колонной 16, при этом в данном зазоре, из-за того, что объем кольцевого пространства больше объема пространства в предыдущем зазоре, между основанием 4 и колонной 16 происходит завихрение и увеличение давления сред (пластовая жидкость 17 и свободный газ 18), в итоге пластовая жидкость 17, просачиваясь через отверстия 13 и обтекая по лабиринтной траектории перфорированный экран 12, поступает через входные отверстия 8 в зону фильтроэлемента 10, при прохождении сквозь фильтроэлемент 10 пластовая жидкость 17 очищается от механических примесей, далее очищенная жидкость 19 поступает на прием насоса 14, частицы механических примесей 20 через выходные отверстия 9 поступают в кольцевой зазор между кожухом 7 и эксплуатационной колонной 16 и далее опускаются в зумпф скважины, свободный газ 18 при прохождении через зазор между перфорированным экраном 12 и колонной 16, благодаря потенциальной энергии стремясь увеличиться в объеме, частично просачивается через отверстия 13 перфорированного экрана 12 далее, диспергируясь, смешивается с потоком очищаемой пластовой жидкости 17, при этом оставшийся объем свободного газа 18, перемещаясь вдоль экрана 12, поднимается на устье скважины.Self-cleaning filter module with gas separation function (Fig. 2) is operated as part of an electric centrifugal pump (ESP) installation and is placed between the tread 15 and pump section 14. Formation fluid 17 and associated free gas 18 not dissolved in the formation fluid, rising towards the wellhead pass through the annular gap between the base 4 and the production casing 16 and then through the annular gap between the perforated screen 12 and the production casing 16, while in this gap, due to the fact that the volume The ring space is larger than the space in the previous gap, between the base 4 and the column 16 there is a swirl and an increase in the pressure of the media (reservoir fluid 17 and free gas 18), as a result, the reservoir fluid 17 seeping through the holes 13 and flowing along the labyrinth trajectory perforated screen 12, enters through the inlet 8 into the area of the filter element 10, when passing through the filter element 10, the formation fluid 17 is cleaned of mechanical impurities, then the purified liquid 19 enters the intake of the pump 14, the particles of the fur of impurities 20 through the outlet openings 9 enter the annular gap between the casing 7 and the production string 16 and then fall into the sump of the well, free gas 18, when passing through the gap between the perforated screen 12 and the casing 16, partially leaks out due to potential energy through the holes 13 of the perforated screen 12 then, dispersing, mixes with the flow of the cleaned formation fluid 17, while the remaining volume of free gas 18, moving along the screen 12, rises to ste well.

Благодаря применению перфорированного экрана 12 происходит предварительная очистка части пластовой жидкости 17 от механических примесей 20 при прохождении сквозь отверстия 13 экрана 12, а также гравитационное отделение мехпримесей благодаря лабиринтной траектории обтекания вдоль экрана 12 оставшейся части пластовой жидкости 17, при этом выполнение экрана 12 конической формы обеспечивает очистку отверстий 13 от механических примесей частью потока свободного газа 18 принудительно диспергируемого за счет продавливания при прохождении сужающего кольцевого канала между экраном 12 и колонной 16, при этом оставшаяся часть свободного газа 18 проходит мимо модуля фильтрации на устье, в итоге обеспечивается стабильная работа УЭЦН при любом газовом факторе пластовой жидкости 17.Thanks to the use of the perforated screen 12, a part of the formation fluid 17 is preliminarily cleaned of mechanical impurities 20 when passing through the openings 13 of the screen 12, as well as the gravitational separation of mechanical impurities due to the labyrinth trajectory of flowing along the screen 12 of the remaining part of the formation fluid 17, while the conical shape of the screen 12 provides cleaning the holes 13 from mechanical impurities by a part of the free gas stream 18 forcibly dispersed by forcing during passage of a narrowing of the annular channel between the screen 12 and the column 16, while the remaining part of the free gas 18 passes by the filtration module at the mouth, as a result, the ESP is stable at any gas factor of the formation fluid 17.

При оформлении данной заявки на изобретение «Модуль фильтрации самоочищающийся с функцией газоотделения» были использованы результаты исследования и анализа данных, полученных при стендовых и промысловых испытаний прототипа [3].When filing this application for the invention "Self-cleaning filtering module with a gas separation function", the results of research and analysis of data obtained during bench and field tests of the prototype were used [3].

Цель данной заявки на изобретение направлена на поиск и создание новых принципов и устройств профилактики и борьбы с песко- и газопроявлениями в нефтяных скважинах, так как в настоящее время большая доля аварийности (полетов) УЭЦН связана с низкой надежностью существующего на рынке парка газосепараторов и газопесочных сепараторов и якорей. Применение «Модуль фильтрации самоочищающийся с функцией газоотделения» в случае признания его изобретением и дальнейшее внедрение позволит повысить наработку на отказ УЭЦН до его потенциального ресурса наработки до капитального ремонта, в настоящее время фактическая наработка УЭЦН до 10 раз ниже потенциальной [4].The purpose of this application for the invention is aimed at finding and creating new principles and devices for the prevention and control of sand and gas occurrences in oil wells, since at present a large share of ESP accident rate (flights) is associated with the low reliability of the existing gas separator and gas sand separator fleet and anchors. The use of the "Self-cleaning filtering module with gas separation function" if recognized as an invention and its further implementation will increase the ESP failure time to its potential operating time before overhaul, currently the ESP actual operating time is up to 10 times lower than potential [4].

Источники информацииInformation sources

1. Патент на изобретение RU №2269649 С2, МПК Е21В 43/38, 04.06.2002 г.1. Patent for invention RU No. 2269649 C2, IPC ЕВВ 43/38, 06/04/2002

2. Патент на изобретение RU №2585612 С1, МПК Е21В 43/08, 21.04.2015 г. - прототип.2. Patent for the invention RU No. 2585612 C1, IPC ЕВВ 43/08, 04/21/2015, the prototype.

3. Акт по результатам стендовых испытаний прототипа МФС.3. Act on the results of bench tests of the prototype of the ISF.

4. Круглов А.Л. «Эксплуатация ЭЦН в осложненных условиях ООО «РН-Сахалинморнефтегаз» / Круглов А.Л., Савочкин А.В. // Инженерная практика - 2014. - №7 - с. 74.4. Kruglov A.L. “Operation of ESP in complicated conditions of LLC“ RN-Sakhalinmorneftegaz ”/ Kruglov A.L., Savochkin A.V. // Engineering practice - 2014. - No. 7 - p. 74.

Claims

A self-cleaning filter module with a gas separation function, comprising a hollow body with flanges at the ends and a spline shaft located in the body cavity on the rotation supports, a housing having inlet and outlet openings on the side surface, a filter element located in the annular gap between the housing and the housing, characterized in that in the area of the inlet openings, a perforated flowing screen concentrically attached to the longitudinal ribs is made on the longitudinal ribs in the form of a truncated cone that opens in the direction of the formation fluid along the wellbore.