ГАЗОВЫЙ СЕПАРАТОР Российский патент 1998 года по МПК E21B43/38 

Изобретение относится к газо- и нефтедобывающей промышленности и может быть применено при добыче нефти с большим газовым фактором.

Известен газовый сепаратор, содержащий корпус с отверстиями для отвода жидкости, шнек и втулку (см. ас. СССР N 3509576, кл. E 21 B 43/34, 1970).

Недостатком этого устройства является то, что при большом содержании газа в добываемой продукции скважины на его выходе невозможно получить газожидкостную смесь с допустимым содержанием газа.

Наиболее близким к предлагаемому является газовый сепаратор скважинного центробежного насоса, содержащий корпус с всасывающими отверстиями. В корпусе по ходу движения продукции скважины расположены: винтовой шнек, выправляющая решетка, лопастные ступени погружного центробежного насоса высокой производительности, включающие рабочие колеса и направляющие аппараты. За ними установлена крыльчатка, перед цилиндрическим барабаном с радиальными лопатками, за которым установлено отводящее устройство, содержащее каналы для отвода отсепарированной газожидкостной смеси и жидкости. На участке выхода газожидкостной смеси из газосепаратора установлен дополнительный сепарирующий узел (см. авторское свидетельство СССР N 1161694, кл. E 21 B 43/38, 1985).

Недостатки этого устройства состоят в том, что применение лопастных колес диагонального типа и направляющих аппаратов приводит к диспергированию (дроблению) пузырьков газа, что снижает степень сепарации газа в центробежном разделителе. Это потребовало применения в этом газосепараторе дополнительного узла для отделения пузырьков газа от жидкости. Применить же в этой конструкции осевые колеса с большой пропускной способностью по ГЖС оказалось невозможным, так как необходимо было создать значительный напор ГЖС, чтобы обеспечить прокачивание продукции скважины через оба сепарирующих узла.

Задачей настоящего изобретения является увеличение надежности работы газового сепаратора.

Для достижения технического результата газовый сепаратор скважинного центробежного насоса, содержащий вал, корпус с всасывающими отверстиями, установленное в корпусе отводящее устройство с отверстиями для отвода жидкой и газообразной сред и разделителем в виде тонкостенного цилиндра, корпус шнека, внутри которого установлен шнек на валу сепаратора с некоторым радиальным зазором по отношению к корпусу шнека, снабжен установленным на входной части разделителя разделительным диском с радиальными зазорами по отношению к корпусу сепаратора и валу, с установленными на нем лопатками, такими, что образуемые между ними каналы переходят в отверстия для отвода жидкости, причем для каждой из лопаток внешний радиус разделительного диска на тыльной стороне канала больше, чем с его лицевой стороны, причем минимальный внешний диаметр разделительного диска больше диаметра выходного отверстия корпуса шнека.

Во всех просмотренных сепараторах разделитель жидкой и твердой сред изготовлен в виде тонкостенного цилиндра, что делает границу между фазами нечеткой. Разделительный диск, установленный на входной части разделителя, с радиальными зазорами по отношению к корпусу и валу сепаратора позволяет максимально удалить друг от друга входы в устройства для отвода жидкой и газообразной сред. Причем если минимальный внешний диаметр разделительного диска больше диаметра выходного отверстия корпуса шнека, из этого следует, что диаметр выходного отверстия корпуса шнека меньше диаметра сепарационной камеры. Это позволяет обеспечить требуемый градиент давления в проточной части шнека, который зависит от его диаметра, что наряду с повышенной меридиональной скоростью приводит к улучшению проходимости проточной части сепаратора для газообразной среды. Это также позволяет на входе в устройство для отвода жидкости создать устойчивое, вращающееся кольцо жидкости, опирающееся на корпус шнека, более эффективно выдавливающее газовые каверны и отдельные пузырьки газа к центру, где они будут выводиться из сепаратора, не препятствуя течению жидкости. Погружные центробежные насосы, как правило, добывают нефть, температура которой около девяноста градусов Цельсия, насыщенную газом, ряд фракций которой имеют давление насыщенного пара. Газосепаратор должен выполнять, по крайней мере, две задачи: отсепарировать свободный газ и сообщить жидкости давление, достаточное для того, чтобы центробежный насос, установленный за газосепаратором, работал без паровой и газовой кавитации. Силовая часть сепаратора, рабочие колеса, установленные на его входе, при большом газосодержании работают плохо и практически не создают давление. Напор, создаваемый цилиндрическим барабаном сепарационной камеры, используется не эффективно, так как большая часть его теряется на входе в отверстия для отвода жидкости. Не плавный вход жидкости в каналы для ее отвода с большим углом атаки приводит практически к полной потере динамического напора. Все это при достаточно большом газосодержании приводит к тому, что снижается расход жидкости через газосепаратор, давление жидкости на выходе из газосепаратора не сильно отличается от давления на его входе. Из-за этого возможен и подсос газа в насос через радиальный зазор между подшипником разделителя и валом газосепаратора, что может привести к выходу из строя этого подшипника. На входной части разделителя установлен разделительный диск с установленными на нем лопатками. Образуемые между ними каналы переходят в отверстия для отвода жидкости, для каждой из лопаток внешний радиус разделительного диска на тыльной стороне канала больше, чем с его лицевой стороны. Образованный таким образом направляющий аппарат эффективно преобразует скоростной напор на выходе из цилиндрического барабана в давление, обеспечивая плавный вход жидкости в каналы для ее отвода с минимальными углами атаки.

Указанные меры позволяют повысить надежность работы сепаратора.

В просмотренных источниках информации указанные отличительные признаки не обнаружены, следовательно, предложенное решение отвечает критерию существенности отличий.

На фиг. 1 изображен общий вид газового сепаратора в разрезе, на фиг. 2 изображен разделительный диск с установленными на нем лопатками.

Газовый сепаратор содержит корпус 1, в котором имеются всасывающие отверстия 2, в корпусе установлен вал 3, на корпусе сепаратора установлено отводящее устройство 4 с отверстиями для отвода жидкой 5 и газообразной 6 сред и разделителем в виде тонкостенного цилиндра 7, на входной части которого установлен разделительный диск 8 с установленными на нем лопатками 9, на входе в сепаратор установлен корпус шнека 10, внутри которого установлен шнек 11, между корпусом шнека 10 и разделительным диском 8 образована сепарационная камера, внутри которой на валу сепаратора установлен сепарирующий узел в виде цилиндрического барабана 12.

Газовый сепаратор работает следующим образом. Газожидкостная смесь через всасывающие отверстия 2 в корпусе 1 поступает на вход шнека 11, установленного в корпусе шнека 10, диаметр выходного отверстия которого меньше минимального внешнего диаметра разделительного диска и, следовательно, меньше диаметра сепарационной камеры. Это позволяет обеспечить требуемый (вплоть до отрицательного) градиент давления в проточной части шнека, который зависит от его диаметра, что наряду с повышенной меридиональной скоростью приводит к улучшению проходимости проточной части сепаратора для газообразной среды. Пройдя через шнек 11, газожидкостная смесь закручивается в цилиндрическом барабане 12, который обеспечивает разделение жидкой и газообразной сред с последующим отводом разделенных компонентов через установленное на корпусе 1 отводящее устройство 4 с разделителем в виде тонкостенного цилиндра 7 и отверстия для отвода жидкой 5 и газообразной 6 сред. На входной части разделителя 7 установлен разделительный диск 8 с установленными на нем лопатками 9, позволяющий максимально удалить друг от друга входы в отводящие отверстия 5 и 6. Минимальный внешний диаметр разделительного диска 8 больше диаметра выходного отверстия корпуса шнека 10, это позволяет на входе в устройство для отвода жидкости создать устойчивое, вращающееся кольцо жидкости, опирающееся на корпус шнека, выдавливающее газовые каверны и отдельные пузырьки газа к центру, где они будут выводиться из сепаратора, не препятствуя течению жидкости. Лопатки 9, установленные на разделительном диске 8, образуют каналы, переходящие в отверстия для отвода жидкости, для каждой из лопаток внешний радиус разделительного диска на тыльной стороне канала больше, чем с его лицевой стороны. Это позволяет обеспечить плавный вход жидкости в отверстия для ее отвода, эффективно преобразовав динамический напор жидкости в давление. Дополнительный прирост давления позволит избежать паровой и газовой кавитации в рабочих колесах насоса, установленного на выходе из газосепаратора, подсоса газа в насос через радиальный зазор между подшипником разделителя и валом газосепаратора и вследствие этого избежать выхода из строя этого подшипника.

Таким образом, по сравнению с прототипом изобретение позволяет увеличить надежность работы газосепаратора.

Использование: в газонефтедобывающей промышленности. Обеспечивает увеличение надежности в работе газового сепаратора. Сущность изобретения: устройство содержит вал, корпусу с всасывающими отверстиями, установленные в корпусе отводящее устройство с отверстиями для отвода жидкой и газообразной сред и разделитель в виде тонкостенного цилиндра, корпус шнека. Внутри корпуса шнека установлен шнек на валу сепаратора с некоторым радиальным зазором к корпусу шнека. На входной части разделителя установлен разделительный диск с радиальными зазорами к корпусу сепаратора и валу. На валу установлены лопатки, такие, что образуемые между ними каналы переходят в отверстия для отвода жидкости. Для каждой из лопаток внешний радиус разделительного диска на тыльной стороне канала больше, чем с его лицевой стороны. Минимальный внешний диаметр разделительного диска больше диаметра выходного отверстия корпуса шнека. 2 ил.

Газовый сепаратор скважинного центробежного насоса, содержащий вал, корпус с всасывающими отверстиями, установленные в корпусе отводящее устройство с отверстиями для отвода жидкой и газообразной сред и разделителем в виде тонкостенного цилиндра, корпус шнека, внутри которого установлен шнек на валу сепаратора с некоторым радиальным зазором к корпусу шнека, отличающийся тем, что на входной части разделителя установлен разделительный диск с радиальными зазорами к корпусу сепаратора и валу, с установленными на нем лопатками, такими, что образуемые между ними каналы переходят в отверстия для отвода жидкости, причем для каждой из лопаток внешний радиус разделительного диска на тыльной стороне канала больше, чем с его лицевой стороны, причем минимальный внешний диаметр разделительного диска больше диаметра выходного отверстия корпуса шнека.