RU2540131C2 - Method for removal of sand and mechanical impurities in flow of oil, water and gas - Google Patents
Method for removal of sand and mechanical impurities in flow of oil, water and gas Download PDFInfo
- Publication number
- RU2540131C2 RU2540131C2 RU2013106313/03A RU2013106313A RU2540131C2 RU 2540131 C2 RU2540131 C2 RU 2540131C2 RU 2013106313/03 A RU2013106313/03 A RU 2013106313/03A RU 2013106313 A RU2013106313 A RU 2013106313A RU 2540131 C2 RU2540131 C2 RU 2540131C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sand
- oil
- gas
- flow
- water
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Separation Of Particles Using Liquids (AREA)
- Pipeline Systems (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к добыче и перекачке полезных жидких и газообразных природных ресурсов, в частности воды, нефти, водонефтяных смесей, нефтепродуктов и газов. Известно, что добыча, перекачка и переработка с целью доведения до товарной кондиции этих природных ресурсов связана с большими техническими проблемами, и одной из главных проблем является борьба с песком и механическими примесями. Песок, выносимый вместе с добытыми полезными ресурсами, и механические примеси являются одной из основных причин отказа и вывода из строя оборудования, преждевременного износа узлов и деталей оборудования, ускоренной коррозии всей трубопроводной системы. Для предупреждения и уменьшения вредного воздействия песка и механических примесей на оборудование и трубопроводы применялись и применяется много способов и методов. Первый из них - ограничение поступления песка из породы пластов, в которой находятся добываемые ресурсы, второй - максимально возможное уменьшение вредного воздействия поступивших из добывающих пластов песков на используемое оборудование и трубопроводы. Для решения второй задачи используются технологические, химические и механические способы и методы. Из них наиболее широко применяются механические. Но практика показывает низкую эффективность применяемых в настоящее время механических способов защиты от песка. В основе работы используемого оборудования механического типа используется принцип отсечения песка от основного оборудования для добычи и перекачки использованием различного рода фильтров, а также принцип осаждения песка в различного рода накопителях путем изменения векторов скоростей движения потока или уменьшения давления по пути потока. Подобный способ улавливания песка применен во многих предлагаемых изобретениях, например в патенте №2006574 «Устройство для отделения песка и газа из нефти в скважине», в котором поток нефти через радиальные отверстия поступает в патрубок под насосом, при этом понижается давление потока, затем происходит изменение вектора скорости потока и нефть поступает на прием насоса. Применяемый способ позволяет лишь улучшить отделение песка от нефти, и, как показывает практика, при этом улавливается не свыше 40 процентов песка. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому «Способу улавливания песка и механических примесей в потоке нефти, жидкости и газа» является способ, изложенный в патенте №2232881 «Устройство для отделения песка от пластового флюида в скважине при ее эксплуатации», в котором песок собирается в приемную колонну, размещенную под приемом глубинного насоса или лифтовой колонной. Внутри приемной колонны по длине последовательно установлены ряд песочных карманов, в которые под действием сил гравитации и центробежных сил от закручивания потока скапливается песок. Недостатками этого устройства являются сложность конструкции и низкая эффективность.The invention relates to the extraction and pumping of useful liquid and gaseous natural resources, in particular water, oil, water-oil mixtures, oil products and gases. It is known that extraction, pumping and processing in order to bring these natural resources to marketable condition is associated with great technical problems, and one of the main problems is the struggle with sand and mechanical impurities. Sand carried along with the extracted useful resources and mechanical impurities are one of the main causes of equipment failure and failure, premature wear of equipment components and parts, and accelerated corrosion of the entire pipeline system. To prevent and reduce the harmful effects of sand and solids on equipment and pipelines, many methods and methods have been applied. The first of them is the limitation of sand from the reservoir rock in which the extracted resources are located, the second is the maximum possible reduction of the harmful effects of the sands received from the producing reservoirs on the equipment and pipelines used. To solve the second problem, technological, chemical and mechanical methods and methods are used. Of these, the most widely used mechanical. But practice shows the low efficiency of the currently used mechanical methods of protection against sand. The operation of the mechanical type equipment used is based on the principle of sand cut-off from the main equipment for extraction and pumping using various types of filters, as well as the principle of sand deposition in various types of storage devices by changing the flow velocity vectors or decreasing the pressure along the flow path. A similar method of trapping sand is used in many inventions, for example, in patent No. 2004574, “Device for separating sand and gas from oil in a well”, in which the oil flow through radial holes enters the pipe under the pump, while the pressure of the stream decreases, then the change occurs flow velocity vectors and oil arrives at the pump intake. The applied method allows only to improve the separation of sand from oil, and, as practice shows, while not more than 40 percent of the sand is captured. Closest to the technical nature of the claimed "Method for trapping sand and solids in the flow of oil, liquid and gas" is the method described in patent No. 2232881 "Device for separating sand from reservoir fluid in the well during its operation", in which sand is collected in receiving column located under the intake of the downhole pump or lift column. Inside the intake column, a series of sand pockets are successively installed along the length into which sand accumulates under the influence of gravity and centrifugal forces from swirling the flow. The disadvantages of this device are the design complexity and low efficiency.
Целью предлагаемого изобретения является более полное улавливание песка и механических примесей для максимального снижения вредного воздействия песка и механических примесей на оборудование и трубопроводы, увеличение срока их эксплуатации и снижение материальных затрат при использовании предлагаемого способа улавливания песка.The aim of the invention is to more fully capture sand and solids to minimize the harmful effects of sand and solids on equipment and pipelines, increase their life and reduce material costs when using the proposed method of trapping sand.
Сущность предлагаемого способа улавливания песка и механических примесей в потоке нефти, воды и газа заключается в комплексном использовании двух эффектов гидроаэродинамики - это внезапное расширение потока (потери на удар). На основании теоремы импульса сил была выведена формула Борда:The essence of the proposed method for trapping sand and solids in the flow of oil, water and gas is the integrated use of two effects of hydroaerodynamics - this is a sudden expansion of the flow (loss on impact). Based on the momentum theorem, the Bord formula was derived:
(В.И. Калицун и др. «Гидравлика, водоснабжение и канализация». М.: 1980 г. Стр.45-46).(V.I. Kalitsun and others. "Hydraulics, water supply and sewerage". M: 1980, pp. 45-46).
И эффекта Коанды, заключающегося в том, что при истечении потока жидкости или газа в трубе пониженное давление во внутренней стенке трубы препятствует свободному истечению потока, вызывая понижение давления в зоне истечения и заставляя поток отклоняться (Т.Е. Фабер «Гидроаэродинамика». Изд-во «Постмаркет», 2001 г. 105-109, 543 стр.).And the Coanda effect, which consists in the fact that at the end of the flow of liquid or gas in the pipe, the reduced pressure in the inner wall of the pipe prevents the free flow of the stream, causing a decrease in pressure in the expiration zone and causing the flow to deviate (T.E. Faber, Hydroaerodynamics. in "Postmarket", 2001, 105-109, 543 pages).
Основным условием для успешной реализации поставленной задачи, то есть максимального проявления этих эффектов гидроаэродинамики, является подбор оптимального вида и конструкции устройства и его конструкционных параметров. При этом улавливание песка и механических примесей осуществляется простым механическим способом за счет резкого понижения давления в зоне улавливания - потери на удар, основанного на эффекте Борда, усиливаемого использованием эффекта Коанды. Для этого внутри потока жидкости или газа по его направлению устанавливается накопитель песка, представляющий собой трубу с заглушенным концом, за не заглушенным концом трубы на некотором расстоянии от конца трубы по ходу потока жидкости или газа соосно устанавливается дифференциатор давления, представляющий собой металлический цилиндр, диаметр которого меньше диаметра трубы-накопителя песка. Вся конструкция устройства жестко крепится в трубопроводе, по которому и течет поток жидкости или газа.The main condition for the successful implementation of the task, that is, the maximum manifestation of these effects of hydroaerodynamics, is the selection of the optimal type and design of the device and its structural parameters. At the same time, sand and solids are trapped in a simple mechanical way due to a sharp decrease in pressure in the trapping zone — impact loss, based on the Bord effect, enhanced by the use of the Coanda effect. To do this, a sand accumulator is installed inside the fluid or gas flow in its direction, which is a pipe with a plugged end, a pressure differentiator, which is a metal cylinder, is installed coaxially with a non-plugged pipe end at a distance from the pipe end along the fluid or gas flow smaller than the diameter of the sand storage pipe. The entire design of the device is rigidly fixed in the pipeline through which the flow of liquid or gas flows.
Предлагаемый способ улавливания песка иллюстрируется схемой устройства, где 1 - трубопровод, 2 - дифференциатор давления, 3 - накопитель песка, 4 - система крепления устройства в трубопроводе. Приведем гидравлический расчет предлагаемого способа улавливания песка, реализуемого посредством такого устройства, при установке его в колонну НКТ выше глубинного плунжерного насоса, с креплением устройства в подвеске штанг. При этом варианте системы крепления в трубопроводе, то есть в колонне НКТ, не требуется и устройство состоит лишь из накопителя песка и дифференциатора давления. При откачке нефти устройство вместе с колонной штанг в соответствии с установленным числом качаний будет двигаться вверх и вниз. Выберем вариант работы станка качалки, при котором движение подвески штанг будет осуществляться вверх как наиболее сложное. Расчет основан на том, что при начале движения плунжера насоса вверх в зоне выше насоса происходит сжатие жидкости вследствие наличия газового фактора и утечек жидкости между плунжером и цилиндром насоса. Поэтому жидкость сначала движется относительно устройства для улавливания песка вниз. Этим и объясняется разница между реальной подачей ШГН и идеальной.The proposed method for trapping sand is illustrated by a device diagram, where 1 is a pipeline, 2 is a pressure differentiator, 3 is a sand accumulator, 4 is a device mounting system in a pipeline. Here is the hydraulic calculation of the proposed method for trapping sand, implemented by such a device, when installed in a tubing string above a deep plunger pump, with the device mounted in a rod suspension. With this embodiment, the fastening system in the pipeline, that is, in the tubing string, is not required and the device consists only of a sand accumulator and a pressure differentiator. When pumping oil, the device together with the rod string in accordance with the set number of swings will move up and down. We choose the option of the rocking machine, in which the movement of the suspension rods will be up as the most difficult. The calculation is based on the fact that at the beginning of the movement of the pump plunger upward in the area above the pump, liquid compression occurs due to the presence of the gas factor and liquid leakage between the plunger and the pump cylinder. Therefore, the liquid first moves relative to the device for trapping sand down. This explains the difference between the real supply of SHGN and ideal.
Скорость движения жидкости вниз в основном определяется величиной газового фактора и глубиной спуска насоса. При достижении определенной критической точки, при которой газ уже перестает сжиматься, начинается движение жидкости в основном вверх и происходит откачка нефти.The rate of fluid movement down is mainly determined by the magnitude of the gas factor and the depth of the pump. When a certain critical point is reached, at which the gas no longer contracts, the liquid begins to move mainly upward and oil is pumped out.
Для расчета примем глубину спуска насоса, равную 1000 м, внутренний диаметр НКТ=60 мм, диаметр дифференциатора давления=40 мм. For calculation, we take the pump descent depth equal to 1000 m, tubing inner diameter = 60 mm, pressure differentiator diameter = 40 mm.
Рассчитаем потери давления после дифференциатора давления, используя законы гидравлики.We calculate the pressure loss after the pressure differentiator using the laws of hydraulics.
Для этого определим коэффициенты местных гидравлических сопротивлений в сечениях
При движении плунжера насоса вверх поток жидкости сначала устремляется вниз, потому под дифференциатором давления 2 происходит явление внезапного расширения потока (потери на удар). Согласно теореме Борда:When the pump plunger moves upward, the fluid flow first rushes down, therefore, under the
g - ускорение свободного падения.g is the acceleration of gravity.
Учитывая, что ϑ1×F1=ϑ2×F2, где F1 и F2 - соответствующие площади сечений:Given that ϑ 1 × F 1 = ϑ 2 × F 2 , where F 1 and F 2 are the corresponding cross-sectional areas:
илиor
Сопоставляя эти формулы с формулой Вейсбаха
Получим:We get:
Так как у нас F1=15,7 mm2 и F2=25,12 mm2,Since we have F 1 = 15.7 mm 2 and F 2 = 25.12 mm 2 ,
получим:we get:
Исходя из этого падение давления после дифференциатора давления определяется разницей местных гидравлических сопротивлений по сечениям
∂=∂2-∂1=0,220∂ = ∂ 2 -∂ 1 = 0.220
Так как при подъеме плунжера вверх давление достигает
Создаваемое предлагаемым способом улавливания песка и механических примесей в потоке нефти, воды и газа понижение давления в накопителе песка имеет сложную зависимость и определяется общей конструкцией системы, его конструкционными параметрами, и его величина определяется многими факторами (вязкость нефти, расстояние от дифференциатора давления до накопителя песка и другими), а характер распределения давления зависит от момента времени. При работе устройства в установившемся режиме течения жидкости или газа пониженное давление в накопителе песка остается неизменным. Это характерно при установке устройств для улавливания песка до и после насосов и компрессоров центробежного типа. Применение предлагаемого способа улавливания песка с установкой подобных устройств в скважинах имеет свои особенности, в частности, для обеспечения надежной работы глубинных насосов типа ЭЦН необходимо применять механические пакера, устанавливаемые автономно до насоса, на которые и монтируется устройство по предлагаемому способу.The decrease in pressure in the sand accumulator created by the proposed method for trapping sand and mechanical impurities in the flow of oil, water and gas has a complex dependence and is determined by the general design of the system, its structural parameters, and its value is determined by many factors (oil viscosity, distance from the pressure differentiator to the sand accumulator and others), and the nature of the pressure distribution depends on the point in time. When the device is operating in the steady state flow of liquid or gas, the reduced pressure in the sand accumulator remains unchanged. This is typical when installing devices for trapping sand before and after pumps and compressors of a centrifugal type. The application of the proposed method for trapping sand with the installation of such devices in wells has its own characteristics, in particular, to ensure the reliable operation of deep-well pumps of the ESP type, it is necessary to use mechanical packers installed independently before the pump, onto which the device is mounted by the proposed method.
Для полной очистки потока жидкости, нефти и газа предусматривается установка последовательно нескольких устройств. Предлагаемый способ улавливания песка и механических примесей в потоке нефти, воды и газа, включающий улавливание из потока нефти, воды и газа и накопление песка и механических примесей в накопителях, отличается от применяемых и предлагаемых принципом действия, заложенным в основу работы устройств, созданных по принципу, по которому улавливание песка и механических примесей из потока нефти, воды и газа осуществляется механическим способом за счет понижения давления на локальном участке - потеря на удар, основанного на эффекте Борда, усиливаемого использованием эффекта Коанды и предполагающего установку в потоке нефти, воды и газа, такую конструкцию устройства, состоящую из накопителя песка и механических примесей и дифференциатора давления, конструкционные параметры которых позволяют обеспечить максимальное проявление этих эффектов. Эффективность предлагаемого способа и простота созданных по этому способу устройств позволяет размещать их в потоке перекачиваемой или движущей под уже имеющимся собственным давлением потока жидкости с газом или газа как до, так и после любых перекачивающих механизмов.To completely clean the flow of liquid, oil and gas, several devices are installed in series. The proposed method for trapping sand and solids in a stream of oil, water and gas, including trapping from a stream of oil, water and gas and the accumulation of sand and solids in reservoirs, differs from those used and proposed by the operating principle underlying the operation of devices created by the principle by which the capture of sand and solids from the flow of oil, water and gas is carried out mechanically by lowering the pressure in the local area - loss on impact, based on the Bord effect, caused by the use of the Coanda effect and involving the installation of a stream of oil, water and gas, such a device design consisting of a sand accumulator and mechanical impurities and a pressure differentiator, the structural parameters of which allow for the maximum manifestation of these effects. The effectiveness of the proposed method and the simplicity of the devices created by this method allows them to be placed in the flow of a pumped or moving stream of liquid with gas or gas that already has its own pressure, both before and after any pumping mechanisms.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013106313/03A RU2540131C2 (en) | 2013-02-13 | 2013-02-13 | Method for removal of sand and mechanical impurities in flow of oil, water and gas |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013106313/03A RU2540131C2 (en) | 2013-02-13 | 2013-02-13 | Method for removal of sand and mechanical impurities in flow of oil, water and gas |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013106313A RU2013106313A (en) | 2014-08-20 |
RU2540131C2 true RU2540131C2 (en) | 2015-02-10 |
Family
ID=51384311
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013106313/03A RU2540131C2 (en) | 2013-02-13 | 2013-02-13 | Method for removal of sand and mechanical impurities in flow of oil, water and gas |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2540131C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2693787C2 (en) * | 2017-07-03 | 2019-07-04 | Ооо "Нпф "Рэком" | Multi-stage device for protection of bottom hole pump from seizures |
EA033309B1 (en) * | 2017-04-13 | 2019-09-30 | Научно-Исследовательский И Проектный Институт Нефти И Газа (Нипинг) | Method for trapping mechanical contaminants in the formation fluid flow |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU15760U1 (en) * | 1999-11-30 | 2000-11-10 | Нефтегазодобывающее управление "Нижнесортымскнефть" открытого акционерного общества "Сургутнефтегаз" | INSTALLATION WELL BORE PUMP PUMP |
RU2232881C1 (en) * | 2003-03-27 | 2004-07-20 | Хавкин Александр Яковлевич | Apparatus for separating of sand from deposit fluid in producing well |
RU43908U1 (en) * | 2004-10-13 | 2005-02-10 | Открытое акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина | DEVICE FOR DETECTING AND PROTECTING THE RECEIVING AND EXIT OF WELL BARBED PUMP PUMPS FROM MECHANICAL IMPURITIES |
RU2468196C2 (en) * | 2009-04-07 | 2012-11-27 | Агзамнур Мухаматгалиевич Шарифуллин | Sand catcher in oil well |
-
2013
- 2013-02-13 RU RU2013106313/03A patent/RU2540131C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU15760U1 (en) * | 1999-11-30 | 2000-11-10 | Нефтегазодобывающее управление "Нижнесортымскнефть" открытого акционерного общества "Сургутнефтегаз" | INSTALLATION WELL BORE PUMP PUMP |
RU2232881C1 (en) * | 2003-03-27 | 2004-07-20 | Хавкин Александр Яковлевич | Apparatus for separating of sand from deposit fluid in producing well |
RU43908U1 (en) * | 2004-10-13 | 2005-02-10 | Открытое акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина | DEVICE FOR DETECTING AND PROTECTING THE RECEIVING AND EXIT OF WELL BARBED PUMP PUMPS FROM MECHANICAL IMPURITIES |
RU2468196C2 (en) * | 2009-04-07 | 2012-11-27 | Агзамнур Мухаматгалиевич Шарифуллин | Sand catcher in oil well |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EA033309B1 (en) * | 2017-04-13 | 2019-09-30 | Научно-Исследовательский И Проектный Институт Нефти И Газа (Нипинг) | Method for trapping mechanical contaminants in the formation fluid flow |
RU2693787C2 (en) * | 2017-07-03 | 2019-07-04 | Ооо "Нпф "Рэком" | Multi-stage device for protection of bottom hole pump from seizures |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013106313A (en) | 2014-08-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9273539B2 (en) | Down-hole sand and solids separator utilized in producing hydrocarbons | |
US10934830B2 (en) | Downhole gas separators and methods of separating a gas from a liquid within a hydrocarbon well | |
US11773708B2 (en) | Sand and solids bypass separator | |
EP1916380A1 (en) | Method and apparatus for removing liquid from a gas well | |
CA2938369C (en) | Down-hole gas and solids separator utilized in production hydrocarbons | |
RU2540131C2 (en) | Method for removal of sand and mechanical impurities in flow of oil, water and gas | |
US9869164B2 (en) | Inclined wellbore optimization for artificial lift applications | |
RU2468196C2 (en) | Sand catcher in oil well | |
RU2598948C1 (en) | Landing for dual production and injection | |
RU2671372C1 (en) | Device for removing liquids that accumulate in the well | |
WO2014176095A1 (en) | System for the continuous circulation of produced fluids from a subterranean formation | |
US20180038214A1 (en) | ESP Gas Slug Avoidance System | |
RU2658854C1 (en) | Well operation method | |
RU2457365C2 (en) | Electric centrifugal submersible plant | |
RU2446276C1 (en) | Development method of deposit with forced product withdrawal, and device for its implementation | |
CA2945513C (en) | Downhole gas separators and methods of separating a gas from a liquid within a hydrocarbon well | |
US10267135B2 (en) | Oil production well gas separator system using progressive perforations | |
RU98222U1 (en) | DEVICE FOR CLEANING OIL FIELD PIPES (Tubing) from Paraffin Resins | |
RU112711U1 (en) | OIL PRODUCTION PLANT | |
US9004158B1 (en) | Seal apparatus for restriction of movement of sand in an oil well | |
RU46537U1 (en) | OIL PRODUCTION PUMP | |
CN112696174A (en) | Deep oil and gas reservoir grading pumping-assisting efficient lifting method and pipe column | |
CN112627781A (en) | Deep oil and gas reservoir grading pumping-assisting efficient lifting method and pipe column |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210214 |