Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДАЧИ ИНГИБИТОРА

Изобретение относится к устройствам, дозирующим реагент, и может использоваться в нефтяной отрасли промышленности для подачи в пластовую жидкость ингибитора солеотложений.

Известно устройство для дозирования реагента в нефтедобывающую скважину, содержащее глубинный насос, контейнер для реагента, разобщенный с ним пакером, и дозировочный узел с клапаном, размещенный под насосом и связанный с контейнером для реагента трубкой, проходящей через пакер, причем реагент находится выше пакера в межтрубном пространстве [патент №2127799 РФ, 1997]. После включения в работу насоса открывается клапан дозировочного узла, и в область всасывания насоса из контейнера по трубке попадает доза реагента. При остановке насоса клапан закрывается и перекрывает поступление реагента.

Недостатком такого устройства является высокая концентрация реагента в межтрубном пространстве над пакером, что вызывает коррозию обсадных труб и труб НКТ. Кроме того, наличие пакера в устройстве осложняет монтаж установки в целом.

Известно скважинное устройство для подачи химических реагентов на вход погружной установки для добычи пластовой жидкости, которое располагается ниже ЭЦН, состоит из клапана с электрическим управлением, камеры с химическим реагентом, находящимся под повышенным давлением, создаваемым баллоном с газом или пружиной [патент №2258805 РФ, 2005].

Недостатком такого устройства является сложность реализации электрического управления подачи химического реагента.

Еще одним известным устройством является устройство для подачи ингибитора на вход погружной установки для добычи пластовой жидкости, представляющее собой цилиндрический корпус, имеющий в верхней части радиальные каналы, в котором ниже каналов размещен ингибитор в термопластичной матрице, цилиндрический корпус снизу перекрыт днищем, под которым дополнительно размещена рабочая камера в форме стакана со сплошным донышком и перфорацией на боковых стенках, при этом в днище цилиндрического корпуса выполнено, по крайней мере, одно дозировочное отверстие, обеспечивающее перетекание ингибитора под действием силы тяжести в рабочую камеру с заданной скоростью [патент РФ №2398097, 2010].

Основным недостатком такого устройства является уменьшение скорости подачи ингибитора в скважину в результате понижения скорости его растворения в пластовой жидкости внутри цилиндрического корпуса по мере уменьшения высоты столба ингибитора, заключенного в термопластичную матрицу. Кроме того, к недостаткам указанной конструкции можно отнести отсутствие элементов, защищающих дозировочное отверстие от засорения механическими примесями, риск закупорки контейнера и, как следствие, прекращение подачи ингибитора.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устьевой дозатор на основе сосуда Мариотта, содержащий емкость, заполненную ингибитором, полую трубку, один конец которой погружен в ингибитор, а другой - вмонтирован во входное отверстие и гидравлически связан с внешним пространством и дозировочное отверстие, выполненное в нижней части корпуса и обеспечивающее вытекание ингибитора наружу [патент на ПМ №52476 РФ, опубл. 27.03.2006). Скорость вытекания жидкости u из контейнера постоянна и определяется высотой столба жидкости h между уровнем дозировочного отверстия и нижним краем трубки: , где g - ускорение свободного падения. Регулировка диаметра дозировочного отверстия с помощью штуцера позволяет получить требуемую подачу реагента.

Однако на практике получение малых расходов реагента приводит к необходимости выполнять отверстия размером менее 1 мм, т.е. подвергать изделие риску потери работоспособности из-за попадания механических примесей и полной закупорки контейнера. Простое увеличение диаметра до величин порядка нескольких миллиметров приводит к необходимости значительного снижения скорости вытекания, т.к. расход вытекающего реагента пропорционален произведению скорости вытекания на площадь самого отверстия. А регулировка скорости за счет уменьшения h не удается, поскольку величина h не может быть сколь угодно малой из-за конечных допусков на изготовление и взаимное позиционирование деталей конструкции.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение равномерности поступления ингибитора в пластовую жидкость и повышение надежности конструкции в целом.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в устройстве для подачи ингибитора, содержащем емкость с ингибитором, полую трубку, один конец которой погружен в ингибитор, а другой - вмонтирован во входное отверстие емкости и гидравлически связан с внешним пространством и, по крайней мере, одно дозировочное отверстие, выполненное в нижней части емкости и обеспечивающее вытекание ингибитора наружу, согласно изобретению внутри емкости над дозировочным отверстием расположен узел регулирования потока ингибитора, на котором происходит потеря энергии потока.

Узел регулирования потока выполнен в виде двух встречно направленных комплектов цилиндрических перегородок, у которых противоположные концы наглухо закрыты, а открытые концы концентрично размещены в кольцевых пространствах друг друга с образованием между наружной поверхностью одних и внутренней поверхностью других перегородок кольцевых зазоров, а между открытыми концами перегородок одного комплекта и глухой торцовой перегородкой другого комплекта образованы зоны перехода потока из одного кольцевого зазора в другой, при этом зоны перехода потока с кольцевыми зазорами образуют лабиринт. Концы нижних цилиндрических перегородок вмонтированы в днище емкости с внутренней стороны вокруг дозировочного отверстия, а противоположные им концы верхних цилиндрических перегородок закреплены на крышке в форме диска. Максимальное количество перегородок определяется требуемой длиной лабиринта, по нему рассчитываются потери энергии жидкости при ее движении к отверстию и соответствующая скорость вытекания реагента из отверстия.

Кроме того, узел регулирования потока может быть дополнительно снабжен пористой цилиндрической вставкой, закрепленной верхним торцом на крышке и размещенной в кольцевом зазоре между цилиндрическими перегородками и/или на внутренней стенке цилиндрической перегородки минимального радиуса.

Наличие внутри контейнера узла регулирования потока, на котором происходит потеря энергии потока жидкости до момента вытекания ее наружу, приводит к снижению скорости вытекания, поскольку в этом случае скорость вытекания и будет определяться из соотношения , где Δр - потери энергии на вязкое обтекание препятствия, ρ - плотность реагента, ρ₀ - плотность вытесняющей жидкости в верхней части емкости. Благодаря этому диаметр дозировочного отверстия может быть увеличен до значений, позволяющих избежать засорения механическими примесями, а расход вытекающего реагента, пропорциональный произведению скорости вытекания на площадь самого отверстия, сохранится малым.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена общая схема предлагаемого устройства с узлом регулирования потока в виде двух встречно направленных комплектов цилиндрических перегородок; на фиг. 2 - устройство с узлом регулирования потока, снабженным пористой вставкой.

Устройство (фиг. 1, 2) содержит емкость 1 с днищем, внутри которой помещен ингибитор 2. В верхней части емкости 1 имеется входное отверстие 3, а в нижней части - выходное дозировочное отверстие 4. Внутри емкости 1 размещена открытая с обоих концов полая трубка 5, вмонтированная одним своим торцом во входное отверстие 3 и соединяющая внутренний объем емкости 1 с затрубным пространством, второй торец трубки расположен под уровнем ингибитора 2, но выше уровня дозировочного отверстия 4. Через трубку 5 происходит выравнивание давления внутри емкости 1 и в затрубном пространстве в процессе вытекания ингибитора 2 из емкости 1. Внутри емкости 1 над дозировочным отверстием 4 размещен узел регулирования потока, который выполнен в виде двух встречно направленных комплектов нижних 6 и верхних 7 цилиндрических перегородок, противоположные концы которых закрыты посредством закрепления на глухих торцовых перегородках: соответственно на днище 8 емкости 1 вокруг дозировочного отверстия 4 и на крышке 9 в форме диска (фиг. 1). Открытые концы перегородок 6 и 7 концентрично размещены в кольцевых пространствах друг друга с образованием между наружной поверхностью одних и внутренней поверхностью других кольцевых зазоров 10, а между открытыми концами перегородок одного комплекта и глухой торцовой перегородкой другого комплекта образованы зоны перехода 11 потока из одного кольцевого зазора 10 в другой, при этом зоны перехода 11 потока с кольцевыми зазорами 10 образуют лабиринт. Высота и количество цилиндрических перегородок 6 и 7, а также расстояние между нижним открытым торцом полой трубки 5 и уровнем отверстия 4 определяют скорость вытекания (дозирования) ингибитора.

В одном или нескольких кольцевых зазорах 10 узла регулирования потока может содержаться пористая цилиндрическая вставка 13, закрепленная своим верхним торцом на крышке 9 и примыкающая боковой поверхностью к внутренней стенке верхней цилиндрической перегородки 7 (фиг. 2). Возможно также дополнительное или самостоятельное размещение пористой цилиндрической вставки 13 на внутренней стенке нижней цилиндрической перегородки 8 с минимальным радиусом. В этом случае вставка 13 перекрывает пространство между крышкой 9 и днищем емкости 1, непосредственно над дозировочным отверстием 4. Пористая вкладка 13 может быть изготовлена, например, из пенометалла и предназначена для удлинения пути прохождения ингибитора через узел регулирования потока с целью гашения скорости его движения. Кроме того, наличие вкладки 13 способствует очистке потока от механических примесей.

Плотность ингибитора 2 должна быть больше плотности пластовой жидкости 12.

Устройство для подачи ингибитора работает следующим образом.

При вытекании ингибитора 2 из дозировочного отверстия 4 емкости 1 трубка 5, гидравлически связанная с затрубным пространством, заполняется более легкой пластовой жидкостью 12 при использовании устройства в погружном исполнении, либо воздухом в наземном исполнении. Более легкий компонент 12, попадающий в емкость 1, через нижний торец трубки 5 поднимается вверх и, скапливаясь в верхней части емкости 1, вытесняет ингибитор 2. При вытекании ингибитор 2 движется через узел регулирования потока по извилистой траектории за счет лабиринта, образованного нижними 6 и верхними 7 цилиндрическими перегородками (фиг. 1) и дополнительно за счет лабиринта в структуре пористой вкладки 13, размещенной в одном или нескольких кольцевых зазорах 10 (фиг. 2). В результате происходит потеря энергии потока и замедление скорости вытекания ингибитора при сохранении ее постоянства, а также происходит выпадение механических примесей, что делает возможным увеличение диаметра дозировочного отверстия и обеспечивает незасоряемость и надежность устройства в целом.